Устройство для регулирования производительности компрессора Советский патент 1990 года по МПК F04D27/00 

G,

.-.мин

где

Q МИЯ

G - расход газа через компрессор;

минимальное значение расхода газа через компрессор, устанавливаемое как задание регулятору 10 расхода и вычислительному блоку 15, при котором возникновение помпажа еще невозможно. В первом случае, когда GK , сигнал G , поступающий с датчика 6

расхода газа на регулятор 10, больше

„ минj ,-.

заданного G3 и с регулятора 10

расхода управляющее воздействие на первый и второй функциональные преобразователи 11 и 12 не поступает.

В этом случае из двух регуляторов работает только регулятор 8 давления, который сравнивает сигнал, поступающий от датчика 7 давления газа с сигналом задания, и в случае рассогласования выдает управляющее воздействие через сумматор 9 на привод 2 дроссельной заслонки 3,

„ , „ «ии Во втором случае, когда Gk & ь

управляющее воздействие регулятора 10 расхода газа, сформированное в зависимости от рассогласования сигнала G с датчика 6 расхода газа и сигнала задания , поступает через первый функциональный преобразователь 11 и блок 16 умножения на привод 4 байпасного клапана 5, что приводит к открытию байпасного клапана 5. Одновременно, чтобы при открытии байпасного клапана 5 давление в линии нагнетания Р. не уменьшалось, управляющее воздействие регулятора 10 расхода поступает на второй функциональный преобразователь 12. Последни формирует дополнительное упрапаяющее воздействие (компенсирующий сигнал), которое через сумматор 9 подается на привод 2 дроссельной заслонки 3.

Первый функциональный преобразователь 11 реализует функцию согласования динамических характеристик (параметров) компрессора 1 по каналам перемещение дроссельной заслонки - давление в линии нагнетания и пере

Т.ГР +

1

11

,

5

0

5

0

5

0

5

0

5

где W(P) 11

т 11

Ј1

передаточная функция функционального преобразователя ;

постоянная времени компрессора по канапу перемещение дроссельной заслонки - давление в линии нагнетания;

параметр настройки; запаздывание по каналу перемещение дроссельной заслонки - давление в линии нагнетания;

запаздывание по каналу пе- перемещение байпасного клапана - давление в линии нагнетания.

В центробежных компрессорах инерционность и запаздывание канала перемещение байпасного клапана - давление в линии нагнетания, как правило, меньше инерционности и запаздывания канала перемещение дроссельной заслонки - давление в линии нагнетания. Это делает невозможным качественное регулирование давления нагнетания при перемещениях байпасного клапана 5, а систему управления с компенсацией возмущений по расходу газа, возникающих при перемещениях байпасного клапана 5 и идущих по каналу перемещение байпасного клапана - давление, физически нереализуемой. Включение функционального преобразователя 11 последовательно с регулятором 10 расхода газа позволяет из менить соотношение динамических характеристик компрессора по каналам перемещение дроссельной заслонки - давление в линии нагнетания и перемещение байпасного клапана - давление в линии нагнетания в желаемом направлении. Коррекция динамических характеристик компрессора по каналу перемещение байпасного клапана - давление в линии нагнетания осуществляется изменением настроенного параметра Т.

Динамическое поведение функционального преобразователя 11 определяется соотношением постоянных времени

Т и Т

1

При функциональный.

преобразователь 11 ведет себя как ин- тегро-дифференцирующее звено, а при Т -Ј Т - как инерционное звено первого порядка.

Включение последовательно с первым функциональным преобразователем 11 блока умножения позволяет реализовать следующий алгоритм работы:

К

W

,

(Р)

К

б Т„Р

.

г

де

WKu,(P)

К

ву

передаточная функция корректирующей цепи первый функциональный преобразователь - блок умножения на постоянный коэффициент; коэффициент передачи блока умножения на постоянный коэффициент; передаточная функция первого функционального преобразователя 11.

Для заданного (номинального) режиа работы компрессора значение К, пределяется по формуле

W

фп,

БУ

К

45 Ащ1 - 1

б Ams AGS

K0 - Аш

ас

коэффициент передачи регулятора 10 расхода газа:

К коэффициент передачи байпасного клапана 5;

/am-. - изменение положения байпасного клапана 5 изменение расхода газа через компрессор; изменение расхода газа через байпас- ный клапан 5.

Блок 16 умножения на постоянный коэффициент совместно с вычислительным блоком 15 рассчитывающим для него коэффициент адпатации К, позволяет компенсировать влияние на ре4-п

ДСи &GX

5

0

5

0

5

0

5

0

5

гулируемые расход и давление газа возмущений по давлениям и положению регулирующего органа в линии нагрузи ки (у потребителя).

Второй функциональный преобразователь 12 реализует функцию компенсации влияния на регулируемое давление, компенсации возмущений по расходу газа, возникающих при срабатывании байпасного клапана 5, идущих по перекрестному каналу перемещение байпасного клапана - давление в линии нагнетания, а также (при совместной работе с вычислительным блоком 15) других возмущений при смене режимов работы компрессора (изменении давления на всасывании и нагнетании, производительности компрессора, нагрузки), т.е„, второй функциональный преобразователь 12 позволяет реализовать принцип регулирования по возмущению.

Задача стабилизации давления нагнетания при действующих на объект возмущениях может быть решена и регулятором 8 давления газа, работающим по отклонению регулируемой величины. Однако качество регулирования давления при этом низкое, так как для срабатывания регулятора 8 давления необходимо отклонение регулируемой величины - давления нагнетания от нормы.

При наличии функционального преобразователя 12 регулятор 8 давления включается в работу лишь для ликвидации небольших отклонений давления нагнетания от нормы, которые возможны за счет неточности математической модели (неточности вычисления коэффициентов адаптации), действия на объект неучтенных (неконтролируемых) возмущений, погрешности измерительной аппаратуры.

Передаточная функция функционального преобразователя 12 для данной схемы его включения (выходной сигнал функционального преобразователя суммируется с выходным сигналом регулятора 8 давления) определяется из условий абсолютной инвариантности (независимости) давления нагнетания РЗ от возмущений, действующих на компрессор, по формуле

w W(P).

ntu W,,(P)

где W (Г) - передаточная функция компрессора по каналу

wt1(p)

111562534

перемещение дроссельной заслонки - давление в линии нагнетания; передаточная функция компрессора по каналу перемещение байпасного клапана - давление в линии нагнетания. Динамическое поведение компрессопо основному W(P) и перекрестму W.J, (Р) каналам может быть опино уравнениями первого порядка запаздыванием, т.е.:

Кц

10

Wff(P)

-pi.

Tf1P+1

11

15

12

ДР2

V

К1Г

-422. W

где л Р.

am

, - приращение регулируемой величины - давления в линии нагнетания компрессора;

uoi- изменения положений байпасного клапана 5 и дроссельной заслонки 3 (управляющих воздействий на компрессор), вызвавшие приращение давления в линии нагнетания. Следовательно:

Устройство для регулирования производительности компрессора позволяет обеспечить высокое качество регулирования компрессора. По сигналам датчиков 6 и 7 расхода газа и давления газа соответственно на выходе компрессора 1 с помощью регуляторов 10 и 8 расхода и давления соответственно производится регулирование положения дроссельной заслонки 3 и байпасного клапана 5. При изменении режима работы компрессора 1 вычислительный блок 15 осуществляет формирование сигналов адаптации для блока 16 умножения и второго функционального преобразователя 12, изменяющих их передаточные функции. Такое выполнение устройства повышает точность его работы. 1 ил.

к

J

T11P+1

,

де К

1T

К

21

ii

11

n

г If

коэффициенты передачи компрессора по соответствующим каналам;

постоянные времени/ компрессора по соответствующим каналам;

запаздывания по соответствующим каналам.

Таким образом

K.n IJL.i 1

nl Ту, + 1

21

К

Kjti

Ф К

11

коэффициент передачи второго функционального преобразователя 12.

Численное значение коэффициента показывает, на какую величину необходимо переместить дроссельную заслонку 3, чтобы при перемещениях байпасного клапана 5 давление Р3 в линии нагнетания оставалось неизменным. А постоянные времени Т11 и Т, определяют закон, по которому должно происходить перемещение дроссельной заслонки 3 из одного положения в другое.

Коэффициенты передачи К , и Ки , входящие в выражение дяя коэффициента передачи второго функционального преобразователя 12 Кфп , определяют через входные и выходные переменные компрессора следующим образом:

10 расхода.

Вычислительный блок 15 может быть реализован на средствах микропроцессорной техники и микроЭВМ.

Вычислительный блок 15 реализует следующий алгоритм работы.

Опрос датчика 2 расхода и определение расхода газа сор.

G через компресПроверка выполнения условий G,,

ллИН глинК

G з ,

Если G к , то вычислительный блок 15 прекращает работу.

Если G k G , то вычислительный

блок 15 осуществляет сбор информации о режиме работы компрессора (значения расхода газа Gk через компрессор от датчика 6 расхода; давления газа на всасывании до (Р и после

(Р) дроссельной заслонки 3 от датчика 13 и 14 давления; давления газа Р. в линии нагнетания от датчика 7 давления; сигналов по положению дроссельной заслонки 3,байпасного клапана 5, регулирующего органа в линии нагрузки у потребителя.

Первичная обработка информации (линеаризация сигнала с датчика 6 расхода и коррекция его сигнала при

отклонении условий измерения от нормальных; масштабирование; фильтрация измеряемых величин от помех; аналого-цифровое преобразование; вычисление действительных значений измеряемых величин в физических единицах измерения по сигналам на вводе в вычислительный блок 15).

Проверка по полученной информации соответствия режима работы компрессора расчетному (номинальному).

Если режим работы компрессора соответствует расчетному (номинальному) , то вычислительный блок осуществляет расчет коэффициентов адаптации К и К по формулам

к - 1-. K,V

К4Кр

и выдачу их значений на второй функциональный преобразователь 12 и блок 16 умножения.

Для вычисления настроечных параметров К и К в вычислительный блок 15 необходимо ввести значение коэффициента передачи Кр регулятора 10 расхода.

Последние выражения являются частным случаем выражений (1) и (2), когда режим работы компрессора 1 соответствует расчетному и приращения соответствующих режимных параметров отсутствуют 4Р: О, , 2, 3, 4; 0; &Ыу 0; Дгап 0; ДСК 0

Если компрессор 1 переведен на -г другой режим работы, то вычислительный блок 15 рассчитывает величины отклонений режимных параметров от их значений при номинальном режиме: 4Р; Р; - Г; (ном) ,2, 3, 4; act d - VHCM); /Jnff ms- тВ1но1Л ; Дт„ ran - тп(ном); 4GK - GK - Ск(нвЛ1

&G8 G S G6 (HOW) UG Gf Gn( Расчет отклонений йР, 1 1, 2,

3, 4; Дгоп; dGK вычислительный блок 15 осуществляет на основе сигналов, поступающих в него с соответствующих приборов и регулирующих органов (соответственно с датчиков 7, 13 и 14 давления, с дроссельной заслонки 3, с байпасного клапана 5, с датчика 6 расхода газа). Для расчета расходов Gg и G и их отклонений UGg вычислительный блок использует статические характеристики

Gff

G6K,

P.);

Gn РЗ

введенные в него в виде соответствующих уравнений программным путем.

Расчет коэффициентов Kf, K.j,...,Kg.

Расчет значений коэффициентов

К,

К, - -S10

К - ,, - ---

осуществляется вычислительным бло- ком 15 на основе использования информации, поступающей в него с соответствующих приборов и регулирующих органов, а также на основе статических характеристик процесса:

GK Gk U, P. , Pj;

S Gn

G, (

га

S

4

Gn(mn, Рэ)

30

введенных в него в виде соответствующих уравнений программным путем. При этом расчет коэффициентов

35

К 4Јп.

& П1,

v - UGn

к« рГ

5

0

5

В вычислительный блок 15 могут быть непосредственно введены формулы для расчета коэффициентов К19 К2,..., К., полученные из статических характеристик путем нахождения соответствующих частных производных.

Вычисление коэффициентов адаптации К и К по формулам (1) и (2) и выдача их значений на первый 11 и второй 12 функциональные преобразователи для подстройки в соответствии с конкретными условиями работы компрессора 1 .

Таким образом, в устройстве обеспечивается высокое качество регулирования при изменениях условий работы компрессора путем адаптации настраиваемых параметров.

Формула изобретения

Устройство для регулирования про-j изводительности компрессора, содержа-1 щее привод дроссельной заслонки на . входе в компрессор, привод байпасно- го клапана на выходе компрессора, датчик расхода газа, последовательно соединенные датчик давления газа на выходе компрессора, регулятор давления и сумматор, выход которого подключен к приводу дроссельной заслонки, последовательно соединенные ре- гулятор расхода и первый функциональ- ;ный преобразователь, второй функциональный преобразователь, первый вход которого подключен к выходу регулятора расхода, а выход - к второму входу сумматора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности регулирования при смене режимов работы компрессора путем

Составитель В.Колясников Редактор М.Бланар Техред Л. Сердюкова Корректор М.Шароши

-Заказ 1046

.Тираж 492

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г.Ужгород, ул. Гагарина,101

адаптации настраиваемых параметров функциональных преобразователен, оно дополнительно содержит датчики давления газа до и после дроссельной заслонки, вычислительный блок и блок умножения, первый и второй входы которого подключены к выходу первого функционального преобразователя

и первому выходу вычислительного блока соответственно, а выход - к приводу байпасного клапана и второму входу вычислительного блока, третий вход которого подключен к выходу

датчика давления газа на выходе ком- . прессора, четвертый и пятый входы - к выходам датчиков давления газа до и после дроссельной заслонки, шестой вход - к выходу датчика расхода га0 за, а второй выход - к второму входу функционального преобразователя,вход регулятора расхода подключен к выходу датчика расхода газа.

Подписное