一种节能型气体压缩机及其控制方法与流程

本发明涉及一种空气压缩机，尤其涉及一种节能型气体压缩机及其控制方法。

背景技术：

1、空气式压缩机的种类很多，按工作原理可分为容积式压缩机，往复式压缩机，离心式压缩机，容积式压缩机的工作原理是压缩气体的体积，使单位体积内气体分子的密度增加以提高压缩空气的压力。但现有的气体压缩技术部分气体压缩系统在压力达到设定值后，通常会保持空压机运行，以维持压力，这导致了不必要的能耗。传统压缩机的储气罐都是固定容积的，大容量的压缩机需要很长时间达到设定压力，导致充压慢，如果在使用需求不高的情况下，更造成能源浪费，压力下降后，储气罐中还有很多气体，再次补充压力也需要很长时间，因此导致能源浪费。小容量的压缩机补充压力快，但是使用时间短，压力消耗快，为了维持压力稳定，部分压缩机通常需要频繁启停压缩机，这不仅增加了机器的磨损，也降低了系统的整体效率。此外，传统系统在充压过程中需要将储气罐内压力提高到较高水平，以确保在使用气体时能够满足需求。然而，这种做法会导致能源浪费，尤其是当压力超过实际需要时。

技术实现思路

1、本发明的目的是要提供一种节能型气体压缩机及其控制方法。

2、为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

3、本发明一种节能型气体压缩机包括空气压缩组件、变容式空气存储组件、传感器组件、控制箱，所述空气压缩组件的排气端与所述变容式空气存储组件的进气端连接，所述传感器组件设置于所述变容式空气存储组件上，监测所述变容式空气存储组件的压力和容量变化，所述传感器组件的信号输出端与所述控制箱的信号输入端连接，所述控制箱的控制信号输出端与所述空气压缩组件和所述变容式空气存储组件的控制信号输入端连接，所述变容式空气存储组件的排气端为所述节能型气体压缩机的排气端。

4、所述变容式空气存储组件包括变容式气体存储仓、推进组件、存储仓变容活塞、存储仓排气管，所述变容式气体存储仓的一端设置所述存储仓进气口和存储仓排气口，所述存储仓变容活塞位于所述变容式气体存储仓内，所述存储仓变容活塞与所述变容式气体存储仓的内壁滑动连接，所述推进组件的驱动端与所述存储仓变容活塞连接，所述存储仓进气口与所述空气压缩组件连接，所述存储仓排气口与所述存储仓排气管连接，所述传感器组件设置于所述变容式气体存储仓上，监测所述变容式气体存储仓内的压力和所述推进螺杆的位置。

5、所述推进组件包括推进电机、推进螺杆、推进主动齿轮、推进被动螺母，所述推进螺杆穿过所述变容式气体存储仓的另一端与所述存储仓变容活塞转动连接，所述推进电机与所述变容式气体存储仓的外壁固定连接，所述推进电机的转轴与所述推进主动齿轮固定连接，所述推进主动齿轮与所述推进被动螺母啮合连接，所述推进被动螺母套装于所述推进螺杆外，且所述推进螺杆与所述推进被动螺母螺纹连接，所述推进电机的控制信号输入端与所述控制箱的控制信号输出端连接。

6、所述传感器组件包括压力检测器和推进距离传感器，所述压力检测器的检测端与所述变容式气体存储仓内相通连接，所述压力检测器的信号输出端与所述控制箱的信号输入端连接，所述推进距离传感器设置于变容式气体存储仓上，且所述推进距离传感器的检测端检测所述推进螺杆的移动位置，所述推进距离传感器的信号输出端与所述控制箱的信号输入端连接。

7、所述空气压缩组件包括空气压缩驱动机、压缩机排气管、压缩机进气管，所述压缩机排气管连接于所述空气压缩驱动机的排气端与所述变容式空气存储组件的进气端之间，所述压缩机进气管与所述空气压缩驱动机的进气端连接，所述空气压缩驱动机的控制信号输入端与所述控制箱的控制信号输出端连接，所述存储仓进气口与所述压缩机排气管连接，所述压缩机进气管的进气端连接有进气过滤组件，所述存储仓排气管的排气端连接有排气缓存罐。

8、所述控制箱包括中央处理器、压缩机驱动控制器、电机控制器、控制交互单元，所述中央处理器的压缩机控制信号输出端通过所述压缩机驱动控制器与所述空气压缩驱动机的控制信号输入端连接，所述中央处理器的交互控制信号传输端与所述控制交互单元连接，所述中央处理器的电机控制信号输出端通过所述电机控制器与所述推进电机连接，所述推进距离传感器的信号输出端与所述中央处理器的电机位移检测信号输入端连接，所述压力检测器的信号输出端与所述中央处理器的压力检测信号输入端连接。

9、本发明所述节能型气体压缩机的控制方法包括以下步骤：

10、s1：初始化：通过控制交互单元设置初始压力设定值和变容式气体存储仓的初始容积，启动控制箱，将空气压缩驱动机处于待命状态；

11、s2：实时监测：控制系统通过压力检测器实时监测变容式气体存储仓的压力；

12、s3：控制算法：中央处理器根据实际压力与设定值之间的偏差，采用控制算法计算出控制变量，即空气压缩驱动机的工作状态和变容式气体存储仓的容积调整量；

13、s4：压力控制：如果实际压力小于设定值，中央处理器启动空气压缩驱动机以增加压力；如果实际压力大于设定值，中央处理器停止空气压缩驱动机，以减少能耗；

14、s5：容积调整：中央处理器根据压力变化情况结合推进距离传感器的信息判断变容式气体存储仓的容积，从而调整变容式气体存储仓的容积，以保持压力稳定，当变容式气体存储仓的压力减小而变容式气体存储仓的容积较大时，则启动推进电机缩小变容式气体存储仓的容积以保持压力稳定，直至推进螺杆的位置推进至最小，再重新将推进螺杆的位置复位，重新启动空气压缩驱动机补充变容式气体存储仓的压力。

15、本发明的有益效果是：

16、本发明是一种节能型气体压缩机及其控制方法，与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

17、能效提升：控制系统可以根据实际需求调整压缩机的工作状态，避免了空载或低负载时的能耗浪费。压力检测器实时监测变容式气体存储仓的压力，控制系统根据压力变化调整空气压缩驱动机的运行状态，从而实现了能耗的有效节约。

18、压力稳定：控制系统精确控制变容式气体存储仓的压力，避免了压力波动过大的问题，保障了设备运行的稳定性和可靠性。

19、减少启停次数：通过合理控制变容式气体存储仓的容积变化，可以降低空气压缩驱动机的启停次数，延长设备的使用寿命，提高系统的可靠性和稳定性。

20、降低能源浪费：通过精确控制变容式气体存储仓的压力，可以避免过度充压，减少能源的浪费。在压力降低到设定值时，压缩机会改变容积来保持压力，同时最大限度地降低了能源消耗。

21、自适应性强：控制系统可以根据变容式气体存储仓的实时状态和压力需求，自适应地调整空气压缩驱动机的运行参数，适应不同工况下的气体需求，提高了系统的灵活性和适用性。

22、综上所述，本发明设计的节能型气体压缩机及其控制系统在能效、稳定性、可靠性等方面都具有显著的优势，能够有效地解决传统系统存在的问题，为工业生产提供了更加可靠和高效的气体压缩解决方案。

技术特征：

1.一种节能型气体压缩机，其特征在于：包括空气压缩组件、变容式空气存储组件、传感器组件、控制箱(16)，所述空气压缩组件的排气端与所述变容式空气存储组件的进气端连接，所述传感器组件设置于所述变容式空气存储组件上，监测所述变容式空气存储组件的压力和容量变化，所述传感器组件的信号输出端与所述控制箱(16)的信号输入端连接，所述控制箱(16)的控制信号输出端与所述空气压缩组件和所述变容式空气存储组件的控制信号输入端连接，所述变容式空气存储组件的排气端为所述节能型气体压缩机的排气端。

2.根据权利要求1所述的节能型气体压缩机，其特征在于：所述变容式空气存储组件包括变容式气体存储仓(5)、推进组件、存储仓变容活塞(10)、存储仓排气管(14)，所述变容式气体存储仓(5)的一端设置所述存储仓进气口(11)和存储仓排气口(12)，所述存储仓变容活塞(10)位于所述变容式气体存储仓(5)内，所述存储仓变容活塞(10)与所述变容式气体存储仓(5)的内壁滑动连接，所述推进组件的驱动端与所述存储仓变容活塞(10)连接，所述存储仓进气口(11)与所述空气压缩组件连接，所述存储仓排气口(12)与所述存储仓排气管(14)连接，所述传感器组件设置于所述变容式气体存储仓(5)上，监测所述变容式气体存储仓(5)内的压力和所述推进螺杆(7)的位置。

3.根据权利要求2所述的节能型气体压缩机，其特征在于：所述推进组件包括推进电机(6)、推进螺杆(7)、推进主动齿轮(8)、推进被动螺母(9)，所述推进螺杆(7)穿过所述变容式气体存储仓(5)的另一端与所述存储仓变容活塞(10)转动连接，所述推进电机(6)与所述变容式气体存储仓(5)的外壁固定连接，所述推进电机(6)的转轴与所述推进主动齿轮(8)固定连接，所述推进主动齿轮(8)与所述推进被动螺母(9)啮合连接，所述推进被动螺母(9)套装于所述推进螺杆(7)外，且所述推进螺杆(7)与所述推进被动螺母(9)螺纹连接，所述推进电机(6)的控制信号输入端与所述控制箱(16)的控制信号输出端连接。

4.根据权利要求3所述的节能型气体压缩机，其特征在于：所述传感器组件包括压力检测器(13)和推进距离传感器(20)，所述压力检测器(13)的检测端与所述变容式气体存储仓(5)内相通连接，所述压力检测器(13)的信号输出端与所述控制箱(16)的信号输入端连接，所述推进距离传感器(20)设置于变容式气体存储仓(5)上，且所述推进距离传感器(20)的检测端检测所述推进螺杆(7)的移动位置，所述推进距离传感器(20)的信号输出端与所述控制箱(16)的信号输入端连接。

5.根据权利要求4所述的节能型气体压缩机，其特征在于：所述空气压缩组件包括空气压缩驱动机(1)、压缩机排气管(2)、压缩机进气管(3)，所述压缩机排气管(2)连接于所述空气压缩驱动机(1)的排气端与所述变容式空气存储组件的进气端之间，所述压缩机进气管(3)与所述空气压缩驱动机(1)的进气端连接，所述空气压缩驱动机(1)的控制信号输入端与所述控制箱(16)的控制信号输出端连接，所述存储仓进气口(11)与所述压缩机排气管(2)连接，所述压缩机进气管(3)的进气端连接有进气过滤组件(4)，所述存储仓排气管(14)的排气端连接有排气缓存罐(15)。

6.根据权利要求5所述的节能型气体压缩机，其特征在于：所述控制箱(16)包括中央处理器(17)、压缩机驱动控制器(18)、电机控制器(19)、控制交互单元(21)，所述中央处理器(17)的压缩机控制信号输出端通过所述压缩机驱动控制器(18)与所述空气压缩驱动机(1)的控制信号输入端连接，所述中央处理器(17)的交互控制信号传输端与所述控制交互单元(21)连接，所述中央处理器(17)的电机控制信号输出端通过所述电机控制器(19)与所述推进电机(6)连接，所述推进距离传感器(20)的信号输出端与所述中央处理器(17)的电机位移检测信号输入端连接，所述压力检测器(13)的信号输出端与所述中央处理器(17)的压力检测信号输入端连接。

7.一种如权利要求6所述节能型气体压缩机的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的节能型气体压缩机的控制方法，其特征在于：所述控制算法包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的节能型气体压缩机的控制方法，其特征在于：所述步骤s3.4中动态方程包括能量消耗方程、容积变化方程、压力变化方程、推进螺杆位置控制方程，所述能量消耗方程为：

技术总结本发明公开了一种节能型气体压缩机及其控制方法，包括空气压缩组件、变容式空气存储组件、传感器组件、控制箱，可以根据变容式气体存储仓的实时状态和压力需求，自适应地调整空气压缩驱动机的运行参数，适应不同工况下的气体需求，提高了系统的灵活性和适用性。通过精确控制变容式气体存储仓的压力，可以避免过度充压，减少能源的浪费。在压力降低到设定值时，压缩机会改变容积来保持压力，同时最大限度地降低了能源消耗。本发明能效、稳定性、可靠性等方面都具有显著的优势，能够有效地解决传统系统存在的问题，为工业生产提供了更加可靠和高效的气体压缩解决方案。技术研发人员：李泽江,方戊强,莫晓航,曹建高受保护的技术使用者：四川省紫坪铺开发有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/8/1