СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ КОМПРЕССОРА Российский патент 2004 года по МПК F04D27/02 

Изобретение относится к области компрессоростроения, в частности к его регулированию и защите.

Известны способы противопомпажного регулирования и защиты компрессора (А.С. №1825899, 771359, F 04 D 27/02, проспект фирмы ″Compressor Controls Corporation″ "Регулирование, улучшающее надежность и эффективность турбомашин", США, 1992 г., ″Опыт эксплуатации систем противопомпажного регулирования и защиты газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций″, ВНИИЭГазпром, Обзорная информация. Серия "Транспорт и хранение газа", вып. 10, М., 1986 г.).

В указанных способах противопомпажное регулирование и защита осуществляются измерением, например, параметров (расход, давление и т.п.) во всасывающей и нагнетательной магистралях и/или всевозможным регулированием с помощью уникальных алгоритмов положения дроссельной заслонки, тока электропривода и т.п. В этих способах граница помпажа определяется на заводе-изготовителе компрессора и/или на месте эксплуатации в ходе наладочных испытаний, наносится на газодинамические характеристики компрессора и в последующем принимается постоянной в течение длительных межремонтных и/или других эксплуатационных периодов, которые могут длиться годами. Далее с принятым запасом относительно границы помпажа на газодинамические характеристики компрессора наносят линию настройки регулирования и защиты таким образом, чтобы при приближении режимной точки к этой линии начиналось срабатывание соответствующих исполнительных органов.

Основным недостатком рассматриваемых способов является недостаточная точность определения фактического режима работы компрессора, положения границы помпажа и линии настройки срабатывания противопомпажного регулирования, определяемых координатами характеристики компрессора, т.е. степенью сжатия, производительностью и т.п., измерение которых производится по косвенным параметрам без привязки к прямым параметрам, определяющим предпомпажное состояние компрессора, например, начала развития вращающегося срыва. Кроме того, известно, что в процессе эксплуатации граница помпажа может смещаться из-за загрязнения, обледенения, износа и других причин (см., например, К.П.Селезнев, В.В.Огнев, А.И.Гительман. Анализ рабочего процесса компрессора. Компрессорная техника и пневматика, №14-15, 1997 г.). Положением границы помпажа определяются также остальные зоны газодинамических характеристик компрессора, в частности, зона максимальных КПД компрессора, линии постоянной частоты вращения и др. (см., например, К.П.Селезнев, Ю.С.Подобуев, С.А.Анисимов. Теория и расчет турбокомпрессоров. "Машиностроение", Л., 1968 г., 406 с.). В указанных способах эти факторы не учитываются, т.е. помимо низкой точности, связанной с косвенными измерениями, имеют место низкая надежность регулирования и защиты, поскольку, например, при смещении границы помпажа больше, чем принятый помпажный запас в положении линии настройки, помпаж происходит раньше, чем срабатывает система регулирования и защиты. Кроме того, смещение зоны высоких КПД приводит к тому, что рабочий режим компрессора одновременно со снижением надежности снижает экономичность.

Известны способы противопомпажного регулирования и защиты компрессора (А.С. 1802210, 1783170, 1321927, 1783170, F 04 D 27/02, проспект фирмы АО "СНИКО", Антипомпажные системы, Украина, г.Донецк, 1999 г.). В указанных способах регулирования и защиты осуществляются замеры параметров внутри проточной части компрессора, при этом датчики измеряемых параметров контролируют течение аэродинамического процесса, а с помощью устройств управления производится регулирование режима работы с более высокой точностью, но без учета указанных выше факторов снижения надежности и экономичности.

Способом, наиболее близким по технической сущности к решаемой задаче, является способ стабилизации запаса газодинамической устойчивости турбокомпрессора (см. патент №2098669), заключающийся в использовании в качестве параметра давления спектральных составляющих его колебаний, сравнении частот спектральных составляющих с частотой вращения ротора, формировании двухкомпонентного сигнала, состоящего из целократных АЧХ и сдвига по фазе между некратными составляющими, и сравнении двухкомпонентного сигнала управления с пороговым значением, являющимся функцией частоты вращения ротора компрессора. Получаемая точность определения газодинамической устойчивости и эффективность управления продолжают повышаться, однако, точность из-за сложности двухкомпонентной процедуры формирования сигнала управления остается недостаточно высокой, а от указанных выше факторов снижения эксплуатационной надежности и экономичности рассмотренный способ не предохраняет.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности, надежности и экономичности работы турбокомпрессора.

Технический результат поставленной задачи достигается тем, что в способе регулирования режимов работы компрессора, заключающемся в измерении параметра колебаний давления в его проточной части и формировании сигналов управления, предлагается в диапазоне возможных режимов работы компрессора определять в координатах газодинамических характеристик α (абсцисса) и π (ордината) базовую границу возникновения вращающегося срыва π_баз=f(α_баз), используя в качестве сигнала по вращающемуся срыву максимум автокорреляционной функции параметра колебаний давления, после чего через интервал времени (Δτ), который выбирают по условиям эксплуатации компрессора в диапазоне Δτ=n с ... m ч, определять смещение режима возникновения вращающегося срыва при i-М вызове относительно базовой границы по соотношению Δα_i=α_i-α_баз (π_i) и затем абсциссы точки рабочего режима и линии настройки систем противопомпажного регулирования и защиты, имевшие место при i-M вызове, смещать на величину Δα=f(π), соответствующую изменению запаса по помпажу, имевшему место при смещении Δα_i. При этом вызов сигнала возникновения вращающегося срыва осуществляют путем снижения частоты вращения компрессора для сетей с характеристикой, близкой к горизонтальной, и/или путем прикрытия дросселя для сетей с характеристикой, близкой к дроссельной. Сигнал по вращающемуся срыву, возникающий в интервалах времени Δτ между вызовами, используют для срабатывания системы противопомпажного регулирования и защиты компрессора.

На чертеже представлена структурная схема устройства для реализации предложенного способа.

Устройство содержит датчики 1, 2 пульсаций давления в проточной части компрессора, датчик 3 перепада давления на конфузоре (ΔР_кон) всасывающего патрубка компрессора, датчики давления на всасывании 4 (Р_Н) и нагнетании 5 (Р_К) компрессора, соединенные с аналого-цифровым преобразователем 6, который выходом соединен с цифровым сигнальным процессором 7, выход которого соединен с одним из входов системы автоматического управления компрессором (САУ) 8. Другим входом САУ 8 соединена с таймером 9. Выход САУ 8 соединен с исполнительными органами 10.

Способ регулирования режимов работы компрессора реализуется следующим образом.

Датчики 1, 2, 3, 4, 5 соединены каналами связи с входами аналого-цифрового преобразователя 6, который в свою очередь соединен каналом связи с цифровым сигнальным процессором 7, где проводится обработка сигналов, поступающих от датчиков 1, 2, в результате которой формируется сигнал о возникновении вращающегося срыва и обработка сигналов от датчиков 3, 4, 5, в результате которой формируются значения координат режима на характеристике компрессора в момент сигнала по возникновению вращающегося срыва

и

(Обоснование этой связи см. Гительман А.И. Динамика и управление судовых ГТУ, Судостроение, Л., 1974 г., 319 с.).

После этого формируется сигнал необходимого сдвига абсцисс Δα_i точки рабочего режима и линии настройки системы противопомпажного регулирования и защиты. Далее этот сигнал поступает в САУ 8. Средствами САУ 8 и при использовании исполнительных органов 10 рабочий режим и граница настройки системы противопомпажного регулирования и защиты смещают на Δα в новое значение абсциссы, газодинамических характеристик компрессора, обеспечивая оптимальный помпажный запас рабочего режима, с максимальным КПД компрессора при гарантированной противопомпажной безопасности. Таймер 9, соединенный каналом связи с входом САУ 8, через заданный интервал времени Δτ подает управляющий сигнал в САУ 8, после чего средствами САУ 8 и при использовании исполнительных органов 10 обеспечивается кратковременное перемещение рабочего режима для очередного вызова сигнала возникновения вращающегося срыва, в момент которого формируется очередное значение координат режима вращающегося срыва. При возникновении сигнала вращающегося срыва в интервале времени Δτ между вызовами этот сигнал с цифрового сигнального процессора 7 передается на вход САУ 8 таким образом, чтобы вызвать срабатывание противопомпажного регулирования и защиты.

Изобретение относится к области компрессоростроения, в частности к его регулированию и защите. Технический результат заключается в повышении точности, надежности и экономичности режимов работы компрессора. Этот результат достигается тем, что определяют базовую границу возникновения вращающегося срыва, используя в качестве сигнала по вращающемуся срыву максимум автокорреляционной функции параметра колебаний давления, после чего через выбранный интервал времени определяют смещение режима возникновения вращающегося срыва относительно базовой границы и затем абсциссы точки рабочего режима и линии настройки системы противопомпажного регулирования и защиты смещают на эту величину. Вызов сигнала возникновения вращающегося срыва осуществляют путем снижения частоты вращения компрессора для сетей с характеристикой, близкой к горизонтальной, и/или путем прикрытия дросселя для сетей с характеристикой, близкой к дроссельной. Сигнал по вращающемуся срыву, возникающий внутри интервала времени между его вызовами, используют для срабатывания системы противопомпажного регулирования и защиты. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ регулирования режимов работы компрессора, заключающийся в измерении параметра колебаний давления в его проточной части и формировании сигналов управления, отличающийся тем, что в диапазоне возможных режимов работы компрессора определяют в координатах газодинамических характеристик α (абсцисса) и π (ордината) базовую границу возникновения вращающегося срыва π_баз=f(α_баз), используя в качестве сигнала по вращающемуся срыву максимум автокорреляционной функции параметра колебаний давления, после чего через интервал времени (Δτ), который выбирают по условиям эксплуатации компрессора в диапазоне Δτ=n_секунд ... m часов, определяют смещение режима возникновения вращающегося срыва при i-м вызове относительно базовой границы по соотношению Δα_i=α_i-α_баз(π_i) и затем абсциссы точки рабочего режима и линии настройки систем противопомпажного регулирования и защиты, имевшие место при i-м вызове, смещают на величину Δα=f(π), соответствующую изменению запаса по помпажу, имевшему место при смещении Δα_i.2. Способ регулирования режимов работы компрессора по п.1, отличающийся тем, что вызов сигнала возникновения вращающегося срыва осуществляют путем снижения частоты вращения компрессора для сетей с характеристикой, близкой к горизонтальной, и/или путем прикрытия дросселя для сетей с характеристикой, близкой к дроссельной.3. Способ регулирования режимов компрессора по п.1, отличающийся тем, что сигнал по вращающемуся срыву, возникающий в интервалах времени Δτ между вызовами, используют для срабатывания системы противопомпажного регулирования и защиты компрессора.