專利名稱：用于獲取、測量和檢查往復式流體機器的運行參數的系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于驗證或檢查往復式流體機器的系統，特別地但非排他地，涉 及一種帶有連接至十字頭的單動式缸體的類型的往復式壓縮機。
背景技術：
如所已知的，壓縮機是能夠通過使用機械能提高可壓縮流體(氣體)的壓力的機 器。在往復式壓縮機中，流體的壓縮由隨著相應缸體內的往復運動而移動的一個或多個活 塞來執行。將要壓縮的流體通過一個或多個進入管帶入缸體，而已壓縮的流體朝一個或多 個輸送管從缸體排出。通常，往復式壓縮機的活塞或多個活塞通過用于傳輸運動的曲軸和 傳統的曲柄和連桿機構由電動機驅動，或由內燃機驅動。
例如，在雙動往復式壓縮機中，各活塞并不執行任何“無負載”沖程，因為其在其兩 個運動方向上都壓縮空氣。正是出于此原因，活塞自身不可直接連接至曲柄的連桿和連桿 機構，因為封閉型缸體不允許連桿擺動。因此，被稱為“十字頭”的機構被放置在活塞和連 桿之間。活塞連接至桿，可排他地以直線運動移動，并且該桿連接至十字頭。因此柄(stem) 并不擺動，而另一方面連接至十字頭的另一側的連桿可以自由地擺動。
通過其所設有的滑塊，十字頭能夠在被稱為“動子”(runner)的適合的固定導向器 內部滑動，該導向器允許十字頭在與活塞的沖程相同的方向上的運動。已知十字頭的滑塊 的外部表面關于相對導向器的內部表面移動，有必要引入潤滑油，該潤滑油阻止滑塊的外 部表面與導向器的內部表面彼此發生接觸。潤滑系統是強制類型的，且通過為十字頭提供 主要為流體靜力類型的支承，潤滑系統防止了所涉及的運動部件的磨損。
在十字頭的往復運動期間可存在特定的運行狀態，例如當活塞以低速度移動時， 其中十字頭不能夠供給足夠量的潤滑油。在此類情況中，潤滑油層變得非常薄，并且可存在 由于摩擦的損失，帶有隨之發生的熱的產生和潤滑油自身溫度的增加，這降低了潤滑油的 粘度，還減小了潤滑能力。在最嚴重的情況中，表面甚至可以彼此接觸，且隨之可能給流體 機器帶來損害。
因此，無論往復式壓縮機是單動式還是雙動式，其尺寸和設置都必須以特別精確 的方式來實施，以避免當壓縮機在受限運行條件中運行時壓縮機自身中的臨界狀態的發 生。所以，確定往復式壓縮機的運行參數的步驟是非常重要的，所述參數包括在活塞的軸和 在十字頭上施加的負載、溫度、壓力和潤滑十字頭的油的流率、曲軸的旋轉速度、滑塊和動 子之間的間隙等。
文檔WO 2005/108744A1圖示了用于檢查往復式壓縮機的運行的裝置和方法。該 裝置包括移動元件，該移動元件操作地連接至壓縮機的其中一個運動部件(例如十字頭) 上。移動元件設有能夠探測所關心的一個或多個參數的傳感器，然后將該參數發送至外部 數據處理單元以進行必要的評估。往復式壓縮機必須在其每一個部分上都是完整的，以能 夠準確地提供所需的參數。
文檔WO 2008/157496A1描述了用于計算往復式壓縮機的運行參數的方法。該方法預見了用于能夠模擬壓縮機的運行狀態的處理器的程序的使用。然而，在此情況下，基本 參數也必須從真實的運行中的往復式壓縮機直接獲得。
因此，已知的裝置和方法預見了能夠具有往復式壓縮機以便能夠評估其特性參數 的需求，該往復式壓縮機在其每一個部件中都是完整的且該往復式壓縮機是運行著的。這 意味著，在參數不正確或不對應于那些預見的參數的情況下，必須對機器做出修改甚至實 質性的修改，例如替換其某些基本組件，而隨之而來的是成本和設置時間上的增加。
而且，盡管當壓縮機在正常模式下運行時，缸體以及用于氣體循環、冷卻和潤滑的 相關系統的存在要求參數的測量在非常復雜的測試環境中進行，結果帶來了壓縮機自身的 高能量吸收，等于在機器的通常運行狀態中發生的情況，結果帶來了對具有適合功率的馬 達的需求。發明內容
因此，本發明的一般目的是制造一種系統，其用于獲得和監視運行參數，特別但非 排他地應用于前文所述類型的往復式壓縮機，該系統能夠以非常簡單、節省成本以及特別 有作用的方式解決上文提出的現有技術的缺點，而不管相應的缸體的技術特性如何，因此 是高度多用途的。
本發明的另一目的是制造一種系統，該系統用于獲取、測量和檢查往復式流體機 器的運行參數，該系統無需準備完整的原型機以表現出其運行特征，能夠至少代替通常在 要分析的各機器上存在的某些部件或系統，例如缸體、活塞、閥和氣體回路、冷卻回路和潤 滑回路，帶有更簡單的和可互換的部件。
本發明的進一步的目的在于，制造一種驗證系統，該系統是易于制造的且不需要 復雜的和昂貴的致動系統以便開始運行，因為該系統運行所需的能量遠小于制造完整的往 復式機器機件所需的能量。
根據本發明的這些目的通過制造一種用于特別但非排他地為往復式壓縮機的往 復式流體機器的驗證系統來達成，如本發明的主要方面概述。
本發明的進一步的特性由作為本描述的整體部分的本發明的其它方面突出。
從下文的作為例子而非出于限制的目的給出的詳細描述參考所附的示意性圖，根 據本發明的用于驗證、測量和檢查往復式流體機器的運行參數的系統的特性和優點將變得 更清楚，其中
圖1是顯示了往復式壓縮機的主要部件的示意性剖視圖2是顯示了往復式壓縮機的運行原理的示意性視圖3示意性地顯示了呈帶有多個缸體的構造的往復式壓縮機；
圖4是透視圖(飛輪側)，其圖示了用于根據本發明驗證往復式流體機器的運行參 數的系統的非限制示例實施例；
圖5是圖4的系統的另一透視圖(凸輪側)；
圖6是圖4的系統的側面前視圖(飛輪側)；
圖7是從圖4的系統上方的平面圖；4
圖8是圖4的系統的放大的側面前視圖(凸輪側)；以及
圖9至11顯示了根據本發明的系統的運行原理。
應指出的是，在各圖中相同的參考標號對應于之前的和/或后續的圖的相同的系 統或部件。
具體實施方式
特別地參考圖1，示意性地顯示了存在于往復式流體機器內部的基本元件，在此情 況下由雙動型往復式壓縮機來表示。
壓縮機包括帶有至少一個曲柄的軸10，該軸10連接至傳輸軸10的旋轉運動的連 桿12，由電力的或熱力的普通馬達36致動，通過飛輪38(圖幻的插入通過銷16傳輸至十 字頭14。十字頭14承擔將旋轉運動轉換為往復運動的任務，被推動在適合的反向導向器或 動子18以及20的內部移動，該反向導向器或動子18以及20允許十字頭在與和活塞22的 沖程相同的方向上移動。設有由填料匣組成的密封系統44的軸M將十字頭14連接至活 塞22。因此，在缸體沈內部移動的活塞22能夠壓縮氣體。
將在特定進入壓力下要壓縮的氣體通過一個或多個進氣閥觀和觀‘引入缸體沈 內部，并然后被活塞22壓縮，以便其達到期望的最終壓力值。一旦氣體已達到此類最終壓 力值，其通過一個或多個排氣閥30和30'從缸體沈排出。在類似于圖1中圖解的雙動式 缸體沈中，壓縮發生在兩個不同的腔室內，換言之，面朝著缸體沈的頂部的腔室32和面朝 著十字頭14的腔室34。
壓縮機可為單缸體類型的，或其可具有多個缸體沈，例如如圖3中所示的水平的 和對立的。潤滑系統40和水冷系統(water-operatedcooling system) 42使得壓縮機完成 并使得其可能在不同的旋轉速度下工作。
壓縮機的機械部件的組件，換言之，即軸10、連桿12、軸M和十字頭14，以及與其 相關的確保其往復運動的元件，可被標識為壓縮機自身的框架46。因此作為整體，框架46 可不同于缸體26，也就是，因其中沒有用于氣體循環的回路，框架46設有與其關聯的所有 液壓通道沘、28' ,30,30'、40和42。
現參考圖4至10，顯示了根據本發明的用于驗證、獲取、測量和檢查往復式流體機 器的運行參數的系統的優選實施例，整體以參考標號50指示。
系統50優選地包括基板或基座52，在其上安裝有對系統50自身的運行所必需的 部件。因此，基板52具有可移動地應用于其上的往復式流體機器尤其為往復式壓縮機的至 少一個框架46，此處框架46指的是不包括用于氣體的回路(參見前文的描述)的機器的所 有部件的組件。更具體而言，框架46包括至少一個連桿12和十字頭14，隨著往復運動可移 動并且在其兩端的至少其中一端處固定地連接到軸M上，軸M又隨著往復運動而可移動。
可旋轉地與基板52聯接的框架46的部件12、14和M依靠第一曲軸M隨著往復 運動而移動。通過由基板52支承的致動系統58的插入，軸M又設置為旋轉，該旋轉基于 預定義的但在任何情況下可通過優選為電力的致動馬達56來改變的角速度。
在該圖示的示例實施例中，致動系統58包括剛性連桿58'和相應的曲軸58〃的 系統，由馬達56通過帶60和飛輪滑輪62驅動。飛輪62通過中心曲軸58"連接至第一曲 軸54。
根據本發明，在系統50的基板52上安裝有用于產生負載80的至少一個系統，該 系統適合于復制作用在框架46上的氣體的負載，如同在真實流體機器中發生的一樣。
在本發明的一個特別有利的實施例中，用于產生負載80的系統是機械類型的。顯 然，不應排除的是用于產生負載80的此類系統可為任何其它類型的，例如液壓的、電動的、 氣動的或其它。
在優選實施例中，用于產生負載80的系統包括與至少一個偏心輪或凸輪66置于 操作性連接中的彈性或屈服元件64。
更具體而言，各彈性元件64插入在各軸M和各偏心輪66之間(參見圖10和11 的圖解)并受壓，且各彈性元件64基于同時發生的框架46的軸M的往復運動和偏心輪66 的旋轉運動依次釋放。因此，如下文將更清楚地說明的，一旦由馬達56致動并在已被適合 地校準后，由彈性元件64和偏心輪或凸輪66構成的組件能夠模擬一般的往復式流體機器 的缸體沈的負載，例如較早描述過的往復式壓縮機。在實踐中，以由在圖示的示例實施例 中的壓縮來操作的螺旋彈簧的形式制成的各彈性元件64能夠復制與在所關心的運行狀態 中作用在往復式壓縮機(特別作用在十字頭14和相關的銷16之上)的部件上相同的力。
屈服元件74有利地且優選地插入偏心輪66和彈簧64之間來減少摩擦，并促進凸 輪和彈簧之間的接觸。
在一個有利的實施例中，另一個彈性元件82(圖5和8)與凸輪的軸68以及屈服 元件74的軸相關聯，以確保在每一種運行狀態中屈服元件64和凸輪66之間的接觸。此彈 性元件82可以通過調整元件78來調整，在圖中所示的情況下，該調整元件78以作用在板 76上的螺桿78制成。
以這種方式，對于任何旋轉速度有可能不必需主要彈簧64 (設計為在十字頭14上 獲得期望的負載)的剛度而保持屈服元件64和凸輪66之間的接觸。
系統50有利地設有一個或多個傳感器84，該傳感器84能夠獲取和測量涉及框架 46和復制缸體沈的由彈簧64和凸輪66組成的組件的運行參數。此類參數包括
十字頭14的滑塊以及相關的動子18和20之間的間隙(以千分之一毫米)；
-曲柄角度(θ)；
-作用在十字頭14和軸M之上的力(Fθ );
-軸10的旋轉速度(ω)和十字頭14的線速度(V θ );
-存在于十字頭14的滑塊以及相關的動子18和20之間的間隙中的潤滑油的溫 度、壓力和流率。
由傳感器84獲取和測量的所有參數均可以通過適合的無線通訊線路70或通過線 纜發送至中央處理單元(未顯示)，該中央處理單元能夠實時地記錄并圖形化顯示根據軸 54的各個單獨的旋轉的此類參數。
因此，根據本發明的系統50能夠實施例如在已知為全負載或部分負載的運行狀 態中諸如壓縮機的往復式流體機器的驗證測試，而無需也以使用了很大一部分的能量的相 關的氣體輸送和排氣回路來制造和致動機器的一個或多個缸體26。系統50的優勢之一實 際上為以下事實，即致動馬達56可以輸送相對于通常的馬達36所需求的能夠使用于完整 的往復式壓縮機的通常運行的動力顯著地低的動力。這是實質性的，因為在系統50的運行 期間，當彈簧64在十字頭14的返回沖程期間釋放時，彈簧64自身返還在向外沖程(參見圖11的圖表)中吸收的能量，減少了致動馬達56必須輸送的動力需求。
在此情況下，除了從系統50移除框架46的可能性外(如較早所述，并且例如如圖 5中所示)，測量和/或驗證必須在不同的機器上或針對不同的需求來進行，還可能的是從 系統50移除彈簧64和/或凸輪66，用不同類型的其它彈簧和/或凸輪取代它們。例如，可 能的是使用具有不同尺寸和彈性模量的彈簧64，或不同地設計的凸輪66。
備選地或另外，再次為了改變往復式機器的測試狀態，系統50可設有作用在各彈 簧64上的一個或多個預加載裝置72。詳細言之，基于圖示的示例實施例，預加載裝置72 (圖 8)由旋轉的環形螺母系統構成，根據螺絲-螺母原理運行，插入框架46的軸M以及相關的 彈簧64之間。因此，通過將軸M帶向更接近或更遠離彈簧64自身，預加載裝置72能夠分 別增加或減少在彈簧64上的壓縮。
根據本發明的系統50可以基于迄今描述或圖解的不同的實施例來制造，而仍維 持圖9至11的圖解中所示的基本運行原理。例如，從致動馬達56到軸M和68的運動的 傳輸可通過不同于剛性連桿58'以及不同于相應曲柄58"的一系列連接件58來進行。根 據技術需要，連接件58可以由插入在致動馬達56與軸M以及68之間的帶、鏈或齒輪的系 統或其它等價的系統構成。類似地，可預見不同數目的馬達。然而，應說明的是由剛性連桿 58'和相應的曲軸58"構成的系統被認為是優選的，以確保軸M和68的理想定相的旋轉 運動，軸M和68分別控制框架46的往復運動和凸輪66的旋轉運動。
還應指出的是，有可能制造通過復制來比例縮放真實壓縮機的框架的框架46。以 這種方式，系統50能夠實施在真實壓縮機的比例縮放樣機上的驗證測試，顯著地減少了其 制造和安裝成本，并且同時增加了其多用途性。
根據本發明的系統對于工業系統或設備中的高性能往復式流體機器的運行參數 的獲取、測量和檢查特別有用，在該工業系統或設備中制造用于氣體的回路是特別復雜和 昂貴的，例如在工作在高達大約3500巴或更高的壓力下的用于制造低密度聚乙烯的工業 設備中。
顯然，不應排除的是，此類系統可使用于不同類型的往復式機器或工業設備上。
因此，在任何情況下，本發明所構想的用于獲取、測量和檢查往復式流體機器的運 行參數的系統可經歷數目眾多的變型和變化，所有變型和變化均由相同的發明概念所覆 蓋。此外，所有的細節均可以技術上等價的元件替代。在實踐中，所使用的材料以及形狀和 尺寸可為根據技術需要的任何材料以及形狀和尺寸。
因此，本發明的保護范圍由所附的權利要求限定。權利要求
1.一種驗證系統(50)，其用于往復式流體機器，所述系統(50)包括-基板或底座(52)，在其上可移除地應用所述往復式流體機器的至少一個框架06)；-第一軸(M)，其可旋轉地與所述基板(5 聯接以致動所述框架G6)的部件(12，14， 24)；以及-用于產生負載(80)的至少一個系統，其與所述部件(12，14，24)置于操作性的連接， 并由致動系統(58)投入旋轉，用于產生負載(80)的所述系統能夠模擬由所述往復式流體 機器的缸體06)上的工作流體所產生的負載。
2.根據權利要求1所述的系統(50)，其特征在于，所述往復式流體機器為高性能類型的。
3.根據權利要求1所述的系統(50)，其特征在于，用于產生負載(80)的所述系統為機 械的、氣動的、液壓的或電動類型的，或相似的類型。
4.根據任一前述權利要求所述的系統(50)，其特征在于，用于產生負載(80)的所述系 統包括至少一個第一彈性元件(64)，所述第一彈性元件(64)與所述部件(12，14，24)置于 操作性的連接，并且由至少一個偏心輪(66)投入旋轉，所述至少一個偏心輪(66)又由所述 致動系統(58)的至少一個第二軸(68)投入旋轉。
5.根據權利要求4所述的系統(50)，其特征在于，所述系統(50)包括作用在所述第一 彈性元件(64)上的一個或多個預加載裝置(72)，以便根據具體的應用調整其預加載。
6.根據權利要求4或5所述的系統(50)，其特征在于，所述系統(50)包括插入所述偏 心輪(66)和所述第一彈性元件(64)之間的屈服元件(74)，以減少其間的摩擦并提升其間 的接觸。
7.根據權利要求6所述的系統(50)，其特征在于，所述系統(50)包括與所述偏心輪 (66)以及所述屈服元件(74)相關聯的第二彈性元件(8 ，以便在任何操作狀態下確保其 間的接觸，并使得不必需所述第一彈性元件(64)的剛度而維持所述屈服元件(66)和所述 偏心輪(74)之間的接觸。
8.根據權利要求7所述的系統(50)，其特征在于，所述系統(50)包括適合于調整所 述第二彈性元件(8 的預加載的調整元件(78)，以根據具體應用進一步改善所述偏心輪 (66)和所述屈服元件(74)之間的接觸。
9.根據權利要求4至8的任一項所述的系統(50)，其特征在于，在必須在不同的往復 式流體機器上或對不同的需求進行測量和/或驗證的情況下，所述第一彈性元件(64)和所 述至少一個偏心輪(66)適于從所述系統(50)移除，以由不同類型的彈性元件和/或偏心 輪替代。
10.根據權利要求1所述的系統(50)，其特征在于，所述致動系統(58)為機械系統，設 有至少一個致動馬達(56)，并且所述致動系統(58)構造成以便在返回沖程期間至少部分 地返還在向外沖程中吸收的能量，減少了所述致動馬達(56)必須輸送的動力。
11.據權利要求10所述的系統(50)，其特征在于，所述致動系統(58)由所述致動馬達 (56)所致動的剛性連桿(58')和曲柄(58")的系統構成。
12.根據權利要求4至11的任一項所述的系統(50)，其特征在于，所述系統(50)包括 一個或多個傳感器(70)，所述傳感器(70)能夠獲取和測量涉及所述框架G6)和由所述第 一彈性元件(64)以及所述偏心輪(66)構成的組件兩者的運行參數。
全文摘要
本發明涉及用于獲得、測量和檢查往復式流體機器的運行參數的系統，具體而言，本發明描述了一種用于往復式流體機器的驗證系統(50)。該系統(50)包括基板或底座(52)，在其上可移除地應用往復式流體機器的至少一個框架(46)；第一軸(54)，其可旋轉地與基板(52)聯接以驅動框架(46)的部件(12，14，24)；用于產生負載(80)的至少一個系統，其與此類部件(12，14，24)置于操作性的連接，并由傳輸系統(58)通過至少一個第二軸(68)投入旋轉。用于產生負載(80)的系統能夠模擬由往復式流體機器的缸體(26)上的工作流體所產生的負載。
文檔編號F04B51/00GK102032165SQ20101051296
公開日2011年4月27日 申請日期2010年9月29日 優先權日2009年9月29日
發明者F·格爾比, F·格里富尼, M·拉澤里, M·阿爾塔莫爾 申請人:諾沃皮尼奧內有限公司