Способ регулирования производительности компрессорной станции Советский патент 1991 года по МПК F04D27/00 

Изобретение относится к регулированию компрессоров и может быть использовано в электроприводах компрессоров, вентиляторов.

Цель изобретения - повышение надежности работы компрессорной станции.

На фиг . 1 представлена схема регулирования производительности двух параллельно работающих компрессорных агрегатов; на фиг. 2 - графики зависимости производительности и потребляемой реактивной мощности от относительной скорости вращения компрессорного агрегагз а регулируемым электроприводом; на фиг. 3 - графики потребляемой реактивной мощности компрессорного агрегата с регулируемым электроприводом и производительности компрессорной станции, состоящей из двух параллельно работающих компрессорных агрегатов; на фиг. 4 - график регулирования производительности компрессорной станции, состоящей из двух агрегатов.

Устройство, реализующее способ, содержит компрессор 1, электродвигатель 2, преобразователь 3 частоты с блоками 4 и 5 управления выпрямителем и инвентором, блок 6 фиксации частоты вращения. Параллельно работающий компрессор 7 с электродвигателем 8 соединен с компрессором 1 и электродвигателем 2 общей схемой регуО О

о

00 О

So

лирования производительности обоих компрессоров 1 и 7, которая содержит компаратор 9, подключенный к блоку 10 задания граничной полной мощности и блоку 11 извлечения квадратного корня, сумматор 12, датчики 13 и 14 реактивной и активной мощности соответственно. Выход компаратора 9 через диод 15 и усилитель 16 подключен к первому входу запоминающего устройства 17, второй вход которого через второй усилитель 18 и второй диод 19 подключен к второму компаратору 20, который одним входом через контакт 21 реле связан с датчиком 22 производительности компрессорной станции, подключенным к общей сети, а другим - с первым выходом функционального преобразователя 23, связанного через нормально открытый контакт 24 с выдержкой времени на размыкание с функциональным преобразователем 25 регулируемого агрегата (компрессора 1). Функциональный преобразователь 25 связан с блоком 6 фиксации частоты вращения через нормально закрытый контакт 26 реле с выдержкой времени на замыкание. Между функциональным преобразователем 23 и контактом 24 реле подсоединены первый вход блока 27 вычитания, через нормально открытый контакт 28 реле - блок 6 фиксации, второй вход блока 27 подключен к второму выходу функционального преобразователя 23, а выход блока 27 через нормально закрытый контакт 29 реле - к блоку 6 фиксации. Один из выходов запоминающего устройства 17 соединен с реле 30, а второй - через нормально открытый контакт 31 реле с блоком 32 управления дроссельной заслонкой.

Устройство Также содержит квадраторы 33 и 34 и контакт 35 реле.

Синхронные двигатели компрессорных станций используются как источники реактивной мощности на местах, работающие на постоянство отдачи реактивной мощности Qp const другим потребителям. Это требуемое значение реактивной мощности должны обеспечить нерегулируемые агрегаты (или агрегаты, регулирующие свою производительность дросселированием на входе). Агрегаты, скорость которых регулируется изменением частоты вращения с помощью преобразователя частоты, являются потребителями реактивной мощности.

Относительная скорость VKC вращения компрессорного агрегата, соответствующая максимуму потребляемой реактивной мощности, при совместном управлении вентильными группами определяется как

V,cc.

при поочередном управлении вентильными группами как

VKn

2 m +1 2 (m + 1 )

где m - коэффициент, определяющий зависимость статического момента от скорости (для турбокомпрессоров m 3). Таким образом, VKC 0,865; vKn 0,875. Относительные значения qc потребляемых реактивных мощностей от относительной скорости вращения агрегата имеют вид

15

qc(v)

Рп(г)Гт

Таким образом, графики зависимости потребления реактивной мощности от v имеют вид кубической параболы (при m 3). Графики зависимости производительности компрессора QKp от относительной

скорости при стабилизации давления на выходе компрессорной станции и потребляемой реактивной мощности при совместном управлении вентильными группами приведены на фиг. 2.

График зависимости производительности компрессорной станции QKc от относительной скорости вращения регулируемого агрегата 1 приведен на фиг. 3 (компрессорная станция состоит из двух компрессорных

агрегатов, при этом нерегулируемый агрегат 7 работает с номинальной производительностью).

Нерегулируемые агрегаты 7 должны обеспечить отдачу в сеть такого количества

реактивной мощности Qpi, чтобы обеспечить сеть постоянным значением реактивной мощности Qp Const и реактивной мощностью Qp1 агрегата 1, регулирующего производительность компрессорной станции изменением частоты вращения Qp( рсОрн, где Орн - номинальное значение потребляемой реактивной мощности, Производительность компрессорной станции регулируется последовательным регулированием производительности каждого турбокомпрессора путем подключения к нему преобразователя частоты. На одну компрессорную станцию может быть использован один преобразователь частоты, мощность

которого равна мощности приводного двигателя компрессора.

При работе с номинальным моментом на валу при обеспечении Qp const нерегулируемые синхронные двигатели могут быть перегружены по полной мощности S при

работе регулируемого компрессора на скоростях, близких VKC. что вызывает резкое сокращение срока службы синхронных двигателей, работающих на генерацию реактивной мощности в сеть. Поэтому при работе с номинальной нагрузкой повышать отдачу реактивной мощности в сеть этими двигателями целесообразно до вполне определенного уровня (на фиг. 2 этот уровень отмечен прямой А-В). Данный уровень определяется для каждого конкретного двигателя индивидуально и зависит от срока службы и загрузки.

Поэтому при достижении уровня отдачи реактивной мощности Qpi -- qciQpH + dp, т.е. достижении точки А на фиг. 2, целесообразно дальнейшее снижение производительности компрессорной станции осуществлять дросселированием на входе нерегулируемого агрегата 7, оставив производительность и скорость вращения регулируемого агрегата 1 постоянными, ограничивающими потребление реактивной мощности на уровне qci; скорость вращения при этом i i, a производительность агрегата Окр1 (см. фиг. 2). Регулирование производительности компрессорной станции дросселированием на входе нерегулируемого агрегата 7 необходимо осуществлять до значения CUc Окспред(см. фиг. 2 и 3), что соответствует на графике реактивной мощности точке В. При дальнейшем снижении производительности компрессорной станции потребление реактивной мощности регулируемым агрегатом 1 снижается и регулирование производительности станции целесообразно осуществлять изменением частоты вращения агрегата 1.

Техническое решение позволяет исключить перегрузку по полной мощности S синхронного двигателя, работающего в режиме компенсации (генерации) реактивной мощности

компрессорной станции (фиг. 3), осуществляется следующим образом.

При переводе системы на дросселирование нерегулируемого агрегата 7 фиксируется i i (с выхода преобразователя 25 агрегата 1). Определяется производительность компрессорной станции Опрел (см- фиг. 3) с помощью преобразователя 23, при которой необходимо перевести привод на

регулирование изменением частоты вращения (точка С на фиг. 3). Для этого вычисляем г (соответствует по характеристике Оке

f (0кспред): V2 1 (V1 -VKC) +Ol -VKC) +

+ (1 -vi) 1 -(vi -2 VKC 4-1 )

2 VKC - Vi .

(1)

Напорная характеристика компрессора (зависимость давления компрессора от его производительности Окр) имеет вид при изменении частоты вращения:

HKD -Vd Окп-ЬО

ткр

JKP

где Но, d, b - постоянные коэффициенты, зд откуда при НКр const:

b Окр 2 + v d Окр + v2 Но - Нкр 0 ;

35

Q..

п

UKP пред -

ЛИГТГ : Лн 4- У.к-р

,2bb

4b

о

кспред

-Q

крпред

+

Способ регулирования производительности компрессорной станции относится к области регулирования компрессоров с электроприводами и позволяет повысить надежность компрессорной станции, имеющей компрессорные агрегаты с регулируемыми и синхронными нерегулируемыми электроприводами. Работающие на общую пневмосеть компрессорные агрегаты 1 и 7 с регулируемым 2 и нерегулируемым синхронным 8 электродвигателями могут управляться дросселированием на входе, а электродвигатель 2 еще и по частоте вращения с помощью преобразователя 3 частоты. С помощью датчиков 13 и 14 реактивной и активной мощности, квадраторов 33 и 34, сумматора 12 и блока 11 извлечения корня определяется полная мощность, потребляемая синхронным электродвигателем 8. При регулировании производительности компрессорной станции осуществляется управление компрессорными агрегатами 1 и 7 дросселированием частотой вращения электродвигателя 2 таким образом, чтобы обеспечить оптимальный режим работы синхронного электродвигателя 8 как источника реактивной мощности для других потребителей сети питания.

S vpA2 + QpT

где PA, Qp - потребляемая активная и генерируемая в сеть реактивная мощности нерегулируемого синхронного двигателя 8.

Функциональный преобразователь 25 реализует зависимость относительной скорости вращения от производительности QK регулиемого компрессора 1:

VK f ( QK ) .

Вычисление значения VL с которого регулируемый компрессор 1 приводится в режим регулирования производительности

где QKH - номинальная производительность компрессора.

При достижении производительностью станции предельного значения Окс Окспред осуществляется перевод на дальнейшее

снижение производительности изменением частоты вращения регулируемого агрегата 1. После перевода компрессора осуществляется открытие дроссельной заслонки нерегулируемого агрегата 7.

Таким образом, процесс регулирования производительности компрессорной станции произодится в соответствии с фиг. 4,, где Qi - производительность регулируемого агрегата 1; 02 - производительность нерегулируемого агрегата 2.

На I участке регулируется производительность Qi, Q2 const, на II участке - Qi -const, Q2 var (изменением положения дроссельной заслонки на угол а), на III участке - Q - var, дроссельная заслонка нерегулируемого агрегата возвращается в исходное полож ние (это необходимо делать с целью снижения дополнительных потерь энергии на заслонке).

Способ осуществляется следующим образом.

При достижении точки А (фиг. 2) - потребляемой реактивной мощности регулируемым агрегатом 1 (величина qci может изменяться в зависимости от срока эксплуатации двигателя 2, его возможности по перегрузочной способности и устанавливается в процессе наладки устройства) - суммарная полная мощность нерегулируемого агрегата 7, вычисляемая по формуле

Зтек VQp2+PA

где Ра и Qp - активная и реактивная мощности агрегата, измеряемые датчиками активной и реактивной мощностей 14 и 13 соответственно.

становится равной мощности ограничения Srp, задаваемой блоком 14.

При этом на выходе компаратора 9 появляется сигнал, поступающий на запоминающее устройство 17 (триггер), которое подает сигнал на реле 30 и фиксирует с помощью замыкающего контакта 28 реле 30 угол управления, соответствующий v - v const, на период регулирования дросселированием компрессора 7. При этом сигнал с устройства 17 поступает также через контакт 31 реле 30 на блок 32 управления дроссельной заслонкой компрессора 7, переводя его в режим регулирования дросселированием на входе при необходимости снижения производительности компрессорной станции. Такой режим работы станции сохраняется до значения Q кспред (фиг.З)

Функциональный преобразователь 23 (фиг. 4) вычисляет значение Окспред. Сигнал vi подается на него через контакт 24 с выдержкой времени на размыкание реле 30 из преобразователя 25. При равенстве Окспред Окстек (Окстек - текущее значение производительности станции, измеряемое датчиком 22 производительности) на выходе компаратора 20 появляется сигнал, сбрасывающий устройство 17. Реле 30 обесточивается, разрывая свои контакты 28,31, 21 и 24 и 35 в цепи питания преобразователя 23 с выдержкой времени, необходимой для вычисления с помощью преобразователя 23

и блока 27 вычитания значения скорости V2 2 VKC - vi (см. фиг. 3 и формулу (1), подаваемой через контакт 29 реле 30 на блок 6 фиксации частоты вращения. При этом

компрессор 1 переводится на регулирование изменением частоты вращения, а начальный угол управления выпрямителем и инвертором преобразователя 3 частоты устанавливается для получения скорости вращения агрегата 2 г кс -v .

Дальнейшее снижение производительности компрессора 1 производится обычным образом, при этом сигнал скорости вращения компрессора 7 подается через

нормально замкнутый контакт 26 реле 30 с выдержкой времени на замыкание на блок 6 фиксации частоты вращения, причем выдержка времени на замыкание контакта 26 выбирается из условия установки начальной

частоты вращения 2 VKC - vi , после чего цепь питания преобразователя 23 - блок 27 вычитания - контакт 29 разрывается благодаря контакту 24 и сигнал скорости вращения компрессора поступает с преобразователя

25 на блок 6 через контакт 26 реле 30.

Дроссельная заслонка при этом возвращается в исходное положение (см. фиг. 4).

После снятия сигнала с запоминающего устройства 17 на его вход с компаратора 9

новый сигнал не поступает, так как при дросселировании на входе компрессора 7 его полная мощность снижается ввиду снижения потребляемой активной мощности при дросселировании. Дальнейшее уменьшение производительности осуществляется регулированием агрегата 1, при этом Qpi снижается (см. фиг. 2 и 3).

Процесс регулирования производительности станции вверх осуществляется в обратной последовательности.

Формула изобретения

Способ регулирования производительно- сти компрессорной станции с параллельно работающими компрессорным грегатами с регулируемым и нерегулируемым синхронным работающим а режиме компенсации реактивной мощности электроприводами путем осуществления начального регулирования производительности компрессорной станции дросселированием на входе с последующим переходом на регулирование изменением частоты вращения агрегата с регулируемым приводом, измерения расхода и давления газа на выходе агрегата с регулируемым электроприводом, определения по измеренным значениям мощности, потребляемой регулируемым электроприводом при регулировании дросселированием на входе и при регулировании изменением частоты вращения, сравнения полученных значений мощностей, перехода на режим регулирования изменением частоты вращения регулируемого электропривода, если мощность, потребляемая регулируемым электроприводом, при регулировании изменением частоты вращения меньше мощности, потребляемой регулируемым электроприводом при регулировании дросселированием на входе, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, дополнительно измеряют полную мощность, потребляемую нерегулируемым синхронным электроприводом, сравнивают ее с граничным значением полной мощности, соответствующей нормальной работе нерегулируемого синхронного электропривода в режиме компенсации реактивной мощности, а при превышении ею граничного значения переводят компрессорный агрегат с регулируемым электроприводом на режим работы с постоянной относительной частотой вращения vi, с которой вращался компрессорный агрегат с регулируемым электроприводом при достижении полной потребляемой мощностью нерегулируемого синхронного

QP7

телам

0

5

электропривода граничного значения, дальнейшее снижение производительности компрессорной станции осуществляют дросселированием на входе компрессорного агрегата с нерегулируемым синхронным электроприводом до тех пор, пока производительность компрессорной станции не будет снижена до значения, соответствующего относительной частоте вращения компрессорного агрегата с регулируемым электроприводом, определяемой из выражения

V2 2 VKC - V1 ,

где VKC относительная частота вращения компрессорного агрегата с регулируемым электроприводом, соответствующая максимуму потребляемой им реактивной мощно- сти,

последующее снижение производительности компрессорной станции осуществляют регулированием частоты вращения компрессорного агрегата с регулируемым электроприводом с прекращением дросселирования на входе компрессорного агрегата с нерегулируемым синхронным электроприводом.

Qp const

текущее

Фиг. г

Цкр Qf

«г q,c