СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ НАГНЕТАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ, ОБОРУДОВАННОЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫМ КОМПРЕССОРОМ С ПРИВОДОМ ОТ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ Российский патент 1999 года по МПК G01F1/34 

Изобретение относится к области газоснабжения и вентиляции и может быть использовано для измерения производительности центробежных компрессоров с приводом от электродвигателей.

Известен способ измерения производительности компрессоров с помощью газовых ротационных счетчиков, скоростных расходомеров, основанных на измерении перепада давления или скорости напоров, а также с помощью пневматических трубок (Молчанов А.Г., Чичеров В.Л. Нефтепромысловые машины и механизмы. - М. : Недра, 1983, а также Сладков С.П. Автоматизация и телемеханизация газового хозяйства. - М.: Стройиздат, 1986, а еще Калмаков А.А., Кувшинов Ю. Я. , Романов С.С., Щелкунов С.А. Автоматизация систем теплогазоснабжения и вентиляции. Учебник для вузов. - М.: Стройиздат, 1986). Известен также способ измерения расхода, основанный на определении мощности, потребляемой электродвигателем привода вала насоса (А.С. N 1617201, F 48 51/00, 1990.

Недостатками этих способов являются:
1. Наличие, как такового, сложного, громоздкого, малонадежного и недостаточно точного оборудования для измерения производительности компрессорных установок.

2. Способ измерения по перепаду давления зависит от многих факторов и приводит к большим потерям давления и большим эксплуатационным затратам.

3. Способ измерения по мощности потребляемой электроприводом двигателя рассмотрен конкретно для определенного класса центробежных насосов для перекачки жидкости и его нельзя применить к центробежным компрессорам.

Задача изобретения - упрощение процесса измерения производительности компрессоров и повышения точности измерения.

Отличие от известных способов измерения состоит в том, что предварительно для центробежного компрессора определяют зависимости величин напора, давления, мощности на валу компрессора от производительности компрессора и зависимость расходного коэффициента, определяемого как разность между результатом деления мощности на валу компрессора на развиваемое им давление при данной производительности компрессора и результатом деления мощности на валу компрессора на развиваемое им давление при нулевой производительности компрессора, а для электродвигателя определяют зависимость КПД от потребляемой электрической мощности, затем для текущего момента времени определяют давление на входе в компрессор и на выходе из компрессора с учетом номинального давления при котором снимались указанные зависимости определяют фактическое значение мощности, действующей на валу компрессора с учетом фактического значения КПД электродвигателя для этой величины мощности, вычисляют для текущего момента времени величину расходного коэффициента, по которой определяют производительность нагнетательной установки.

Из рассмотренной технической и патентной литературы не выявлено аналогичного способа измерения производительности центробежных компрессоров.

Доказательство существенных отличительных признаков предполагаемого способа измерения производительности центробежных компрессоров производилось только по сравнению с указанными выше.

На фиг.1 даны области наиболее широкого применения рассматриваемого способа измерения производительности компрессорных установок.

На фиг. 2 даны основные и новая расходная характеристика компрессорной установки.

На фиг. 3 даны основные и новая расходная характеристики вентиляционной установки.

На фиг.4 дан алгоритм вычисления производительности.

Компрессоры представляют собой машины для сжатия и перемещения газообразных сред, например природного газа, воздуха и т.д.

Область применения их огромна, как от транспортирования газа в магистральных трубопроводах, закачки газа в подаваемое хранилище, так до закачки газа в нефтяные пласты, а также в вентиляции с целью циркуляции воздуха в помещении.

На фиг.1 даны области наиболее широкого применения компрессорных установок. Как видно из этой схемы наиболее широко центробежные компрессоры используются при закачке газа в подаваемые хранилища, при опресовке трубопроводов и емкостей, при транспортировке газа по магистральным трубопроводам, при подаче воздуха в пневмотические системы, при сборе газа во время эксплуатации газовых месторождений, при подаче воздуха в различные пневматические системы и в других областях человеческой деятельности.

В этих системах измерение производительности необходимо, как для контроля за работой оборудования в целом, так и для контроля количества перекачиваемого газа. Все компрессоры условно можно разделить на динамические объемные. К динамическим компрессорам относятся центробежные компрессоры и центробежные вентиляторы. Компрессоры подразделяются по давлению на выходе- низкого (до 1 Мпа), среднего (до 10 Мпа), высокого (до 100 Мпа) и сверхвысокого давления (более 100 Мпа). Конструктивно центробежные компрессоры представляют собой машины, которые могут быть одноступенчатыми и многоступенчатыми, однопоточными и многопоточными. Каждый тип центробежного компрессора характеризуется своими характеристиками. Так, характеристика зависимости мощности N на валу компрессора, а также зависимость напора p, выраженного в давлении, создаваемого компрессором в зависимости от его производительности Q показаны на фиг.2. Характеристики вентилятора показаны на фиг.3, где N - мощностная характеристика и p - напорная характеристика, выраженная в давлении, построенные в зависимости от производительности Q вентилятора. Эти характеристики сняты при определенных параметрах компрессорной установки и подаваемой среды. При отклонении от этих параметров пользоваться этими характеристиками в полной мере нельзя. В связи с этим для измерения производительности компрессорных установок предлагается использовать новую - расходную характеристику M-Q и соответствующий расходный коэффициент М, который равен разности отношений текущего значения мощности N на валу насоса к развиваемому им давлению p и мощности N на валу компрессора к развиваемому им давлению p при нулевой производительности, когда задвижка на выходе компрессора закрыта. При этом расходный коэффициент равен

где N, N_o, p, p_o - соответственно мощности на валу компрессора и развиваемые им давления в текущий момент на валу компрессора и развиваемые им давления в текучий момент и при закрытой задвижке на выкиде компрессора, т. е. в начале характеристики.

Расходная характеристика и значение расходных коэффициентов при соответствующей производительности индивидуальны для каждого типа компрессорной установки и в широком диапазоне не зависят от состава газовой смеси, числа установленных рабочих лопастей и их диаметра. На фиг.2 и фиг.3. даны эти новые расходные характеристики M-Q. Расходная характеристика может быть описана математически по формуле

где А, В - постоянные для данной установки коэффициенты.

Так, для компрессора, характеристики которого даны на фиг.2 расходная характеристика M - Q описывается уравнением

а для вентилятора с характеристикой, показанной на фиг.3, уравнение расхода будет иметь вид

Измерение производительности компрессоров производится по алгоритму, который дан на фиг. 4, вместе со схемой установки, содержащей компрессор 1 (К), приводной электродвигатель 2 (М), манометры на входе 3 (p) и на выходе 4 (p) из компрессора. Измерение производительности производится в следующем порядке.

1. Измеряем активные мощности N_эд и N_эд.о, потребляемые электродвигателем привода компрессора в текущий момент и при закрытом клапане на выходе из компрессора с помощью блока 5
N_эл. = 3IUcosϕ (кВт)
N _эл.о = 3I_оU_оcosϕ_o (кВт)
где I, U, cosϕ, I_о, U_о cosϕ_o -соответственно ток в А, напряжение в кВ и коэффициент мощности электродвигателя в текущий момент и при закрытом клапане на выходе из компрессора.

2. Вычисляем давления p, p_o, развиваемые компрессором в текущий момент и при закрытом клапане на выходе из компрессора в блоке 5. p = p_в - p_п и p_o = p_во - p_по при подпоре на входе в компрессор, p = p_в + p_п и p_o = p_во + p_по при разрежении на входе в компрессор, где : p_в, p_во, p_п, p_по - соответственно давления на выходе из компрессора, Мпа, и давление на входе в компрессор, Мпа, в текущий момент и при закрытом клапане на выходе из компрессора.

3. Вычисляем мощности N и N_о на валу компрессора в текущий момент и при закрытом клапане на выходе из компрессора в блоке 7. Для этого по характеристике электродвигателя находим значение его КПД при данных замеренных мощностях потребляемых электродвигателем привода из сети
N = N_эл • N = N_эл•η_эд (кВт) и
N = N_о = N_о • N₀ = N₀•η_эд.о (кВт).

4. Вычисляем расходный коэффициент М в блоке 8

5. По расходной характеристике М - Q показанной в блоке 9, определяем значение расхода Q графически по точкам 1,2,3 в соответствии с найденным значением расходного коэффициента М.

6. При наличии формулы апроксимирующую расходную характеристику М - Q производительность Q вычисляется в блоке 10 по формуле

где А и В - постоянные коэффициенты вычисленные при математической апроксимации расходной характеристики, полученной по действительным рабочим характеристикам компрессора.

Периодичность снятия действительных рабочих характеристик зависит от эксплуатационных особенностях компрессорной установки и может находится в пределах 3 - 6 месяцев непрерывной ее работы.

Способ включает операции измерения производительности путем определения зависимости величин напора, давления, мощности на валу компрессора от производительности компрессора и зависимости расходного коэффициента, определяемого как разность между результатом деления мощности на валу компрессора на развиваемое им давление при данной производительности компрессора и результатом деления мощности на валу компрессора на развиваемое им давление при нулевой производительности компрессора, а также операции определения для электродвигателя зависимости КПД от потребляемой электрической мощности. На основании полученных данных для текущего момента времени определяют давление на входе в компрессор и на выходе из компрессора с учетом номинального давления, при котором снимались указанные зависимости, определяют фактическое значение мощности, действующей на валу компрессора с учетом фактического значения КПД электродвигателя для этой величины мощности, вычисляют для текущего момента времени величину расходного коэффициента по величине которого определяют производительность нагнетательной установки. Изобретение решает задачу упрощения процесса измерения производительности центробежных компрессоров и повышения точности измерения. 4 ил.

Способ измерения производительности нагнетательной установки, оборудованной центробежным компрессором с приводом от электродвигателя, включающий измерение активной мощности, потребляемой электродвигателем привода вала компрессора, и измерение давления на выходе из компрессора, отличающийся тем, что предварительно для центробежного компрессора определяют зависимости величин напора, давления, мощности на валу компрессора от производительности компрессора и зависимость расходного коэффициента, определяемого как разность между результатом деления мощности на валу компрессора на развиваемое им давление при данной производительности компрессора и результатом деления мощности на валу компрессора на развиваемое им давление при нулевой производительности компрессора,
а для электродвигателя определяют зависимость КПД от потребляемой электрической мощности, затем для текущего момента времени определяют давление на входе в компрессор и на выходе из компрессора с учетом номинального давления, при котором снимались указанные зависимости, определяют фактическое значение мощности, действующей на валу компрессора с учетом фактического значения КПД электродвигателя для этой величины мощности, вычисляют для текущего момента времени величину расходного коэффициента, по которой определяют производительность нагнетательной установки.