Способ управления процессом охлаждения компрессорного агрегата с использованием вторичных теплоэнергоресурсов и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК F04B39/06 F04B49/00 

Изобретение относится к области комп- рессоростроения, в частности к способам охлаждения коми рессорного агрегата.

Цель изобретения - повышение экономичности путем поддержания оптимального температурного режима и снижение энергопотребления.

Кроме того, вместо широко распространенных градирен используют тепловой насос, в испарителе которого происходит

охлаждение оборотной воды, а в конденсаторе - передача утилизированной теплоты, повышенного потенциала в водопроводной воде, используемой затем для бытовых нужд или низкотемпературного отопления. Заявляемый способ управления процессом охлаждения компрессорного агрегата основан на следующей связи параметров процессов сжатия в первой и второй ступенях сжатия и теплопередачи в промежуточ00

о

Os

о

ON

значениях регуляторами 17 и 19, сигнал с которых поступает на исполнительные устройства 21 и 23 с регулируемыми органами, изменяющими расход воды на 1 и 2 цилиндра соответственно. Температура воздуха на выходе концевого воздухоохладителя измеряется датчиком 13 и регулируется на заданном значении регулятором 20, связанным с исполнительным устройством 24, изменяющим расход охлаждающей воды в концевом воздухоохладителе.

Температура воздуха на выходе промежуточного воздухоохладителя измеряется датчиком 7, сигнал с которого поступает на регулятор 18, где этот сигнал сравнивается с сигналом задания, поступающим с функционального блока 25. Сигнал с регулятора 18 подается на исполнительное устройство 22 с регулируемым органом, изменяющим расход охлаждающей воды в промежуточном вохдухоохладителе.

Сигналы с датчиков 7 - температура воздуха после промежуточного воздухоохладителя, 8 - температура воды на выходе промежуточного воздухоохладителя, 9 - температура воды на входе в промежуточный воздухоохладитель, 10 - температура воздуха на входе промежуточного воздухоохладителя, 14 - давление воздуха после цилиндра первой ступени, 26 - давление воздуха на входе в первую ступень, 15 - давление воздуха после второй ступени, 16 - давления, создаваемого циркуляционным насосом, поступают в функциональный блок 25, где по алгоритму соответствующему уравнению (8) вычисляется значение температуры воздуха на выходе промежуточного воздухоохладителя, соответствующее минимуму суммарной потребляемой энергии, затрачиваемой на сжатие в первой и второй ступенях компрессора и на подачу охлаждающей воды циркуляционным насосом в промежуточный воздухоохладитель.

Сигнал функционального блока 25, соответствующий рассчитанному значению температуры воздуха после промежуточного воздухоохладителя, подается как задание на регулятор температуры после промежуточного воздухоохладителя.

После охлаждения компрессорного агрегата нагретая вода поступает в испаритель 27 теплового насоса, где, отдавая теплоту на испарение хладагента, охлаждается до необходимой температуры и насосом 6 снова подается на охлаждение компрессорного агрегата. Температура воды на выходе из испарителя измеряется датчиком 29 и регулируется на заданном значении регулятором 30, сигнал с которого

поступает на исполнительное устройство 31 с регулирующим органом (дроссельным вентилем).

Температура горячей воды, выходящей

из конденсатора теплового насоса, измеряется датчиком 32 и регулируется на заданном значении регулятором 33, сигнал с которого поступает на исполнительное устройство 34 с регулирующим органом, изменяющим расход воды.

Рассмотрим работу способа охлаждения компрессорного агрегата при изменении, например, давления на стороне нагнетания после второй ступени компрессора. В этом случае на выходе функционального блока 25 появится сигнал, соответствующий новому значению температуры воздуха на входе в цилиндр второй ступени, который изменит задание регуля.тору 18, этот регулятор, воздействуя на исполнительное устройство 22, изменит температуру воздуха на выходе промежуточного воздухоохладителя до вычисленного значения изменением расхода

охлаждающей воды.

Аналогичным образом система управления функционирует при изменении других параметров на входе функционального бло- ка25.

Формирование нового значения выходного сигнала функционального блока 25 производится по значениям входных параметров, взятых в момент, соответствующий окончанию переходного процесса от предыдущей коррекции задания регулятору 18.

Система может быть реализована на базе микропроцессора и на средствах агрегат- ных систем электроавтоматики или пневмоавтоматики.

Пример конкретного выполнения.

Определить оптимальную температуру сжатого воздуха после промежуточного воздухоохладителя для компрессора 4М 10- 100/8, при которой будет наименьший суммарный расход электроэнергии на выработку сжатого воздуха для следующих исходных данных:

50

Измеренные значения параметров: Ti 389 К; Тв - 303 К; Тх 312 К; Р0

5

10Ь Па; Р2

106Па.

0,1 10а Па; Pi - 0,35 0,899 -106Па;Рн 0,2

Справочные данные:

Р 287Дж/(кг -К);п 1.25; ц- т/н 0,7; Ср - 1000 Дж/(кг К); 4190Дж/(кг- К).

Подставив данные в формулу (8), получим

0,7;

С .Корт)сИ

0.1-((.Т

оде (WW/ass) «

и«-«- т.М..,.М.„,-

Т.е. оптимальная температура воздуха после промежуточного воздухоохладителя для данных условий будет равна 314 К.

Значение температуры TI (орт 314 К поддерживается системой управления пу- тем регулирования расхода охлаждающей воды на промежуточный воздухоохладитель.15

Предлагаемый способ управления охлаждением компрессорного агрегата типа 4М10-100/8 позволит снизить энергопотребление по сравнению с прототипом с 613 кВт -ч до 569 кВт -ч, то есть на 44 20 кВт ч, а утилизация теплоты оборотной воды позволит выработать около 20 тыс. ГДж теплоты в год.

Формул а изо бретени я

1. Способ управления -процессом ох- 25 лаждения компрессор ного агрегата с использованием вторичных теплоэнергоре- сурсов, заключающийся в изменении подачи охлаждающей жидкости на промежуточный воздухоохладитель в зави- 30 симости от режимных параметров, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности путем поддержания оптимального температурного режима и снижения энергопотребления за счет утилизации 35 низкопотенциальной теплоты охлаждающей жидкости, изменение подачи охлаждающей, жидкости осуществляют при регулировании температуры воздуха на выходе промежуточного воздухоохладителя в 40 соответствии с зависимостью:

„ W ТРИ

IV с,

W.

-t.-C-Rl

(.v

,.. ,-. -. -... .. . . -)Щ

где Til°pT - оптимальное значение темпера- туры воздуха на выходе промежуточного воздухоохладителя, К;

п - показатель политропы сжатия;

R-газовая постоянная, Дж/(кг -К);

J/ - КПД компрессора;

rj - КПД насоса;.

Ср - удельная теплоемкость воздуха, Дж/(кг -К):

С - удельная теплоемкость воды, Дж/(кг К);

Ti -измеренное (фактическое) значение температуры сжатого воздуха на выходе промежуточного воздухоохладителя, К;

Тв - фактическое значениетемпературы воды на входе промежуточного воздухоохладителя, К;

Тх - температура воды на выходе из промежуточного воздухоохладителя, К;

Ро - фактическое значение давления воздуха на входе в цилиндр первой ступени. Па;

Pii P2 - фактическое значение давления воздуха после первой и второй ступеней, Па;

Рн - фактическое значение давления циркуляционного водяного насоса, Па. в качестве режимных параметров использу- ют-фактическую температуру воздуха и охлаждающей воды на входе и выходе промежуточного воздухоохладителя, давление воздуха на входе и выходе первой и на выходе второй ступеней сжатия и давление циркуляционного водяного насоса.

2. Устройство для управления процессом охлаждения компрессорного агрегата с использованием вторичных теплоэнергоре- сурсов, содержащее датчики и регуляторы температуры воздуха и охлаждающей воды, отличающееся тем, что, с целью повышения экономичности путем поддержания оптимального температурного режима и снижения энергопотребления за счет утилизации низкопотенциальной теплоты охлаждающей жидкости, выходы датчиков температуры охлаждающей воды на выходе первой и второй ступеней сжатия, регуляторов температуры, связанных с регулирующими органами, изменяющими расход воды на цилиндры, датчиков температуры воздуха на выходе из концевого воздухоохладителя, связанных с регулятором, соединенным с исполнительным устройством, изменяющим расход охлаждающей воды на концевом воздухоохладителе, датчиков температуры воды на входе в промежуточный воздухоохладитель, давления воздуха на входе и выходе первой и на выходе второй ступеней, давления циркуляционного водяного насоса соединены с входом функционального блока, определяющего оптимальную температуру воздуха по формуле:

1(

fVCpZ

..Ж

tvj. ,

TI , -

Л J V

. i«-c-RM Uj T lT -T i U1 Tгде Ti(opT) - оптимальное значение температуры воздуха на выходе промежуточного воздухоохладителя, К;

п - показатель политропы сжатия;

R - газовая постоянная, Дж/(кг К); КПД компрессора;

7/ц - КПД насоса;

Ср - удельная теплоемкость воздуха, Дж/(кг К);

С - удельная теплоемкость воды, Дж/(кг К);

Ti - измеренное (фактическое) значение температуры сжатого воздуха на выходе промежуточного воздухоохладителя, К;

Тв - фактическое значение температуры воды на входе промежуточного воздухоохладителя, К;

Тх - температура воды на выходе из промежуточного воздухоохладителя, К; . Ро - фактическое значение давления воздуха на входе в цилиндр первой ступени, Па;

0

PI, P2 - фактическое значение давления воздуха после первой и второй ступеней, Па;

Рн - фактическое значение давления циркуляционного водяного насоса, а выход функционального блока соединен с входом регулятора температуры воздуха, сравнивающего фактическую и оптимальную температуры и направляющего сигнал- задание на исполнительное устройство с регулирующим органом, регулирующим расход охлаждающей воды на промежуточный воздухоохладитель.

Сущность изобретения: изменяют подачу охлаждающей жидкости на промежуточный воздухоохладитель (ВО) в зависимости от режимных параметров. Изменение подачи жидкости осуществляют при регулировании т-ры воздуха на выходе промежуточного ВО в соответствии с определенной зависимостью. В качестве режимных параметров используют фактическую т-ру воздуха и охлаждающей воды на входе и выходе ВО, давление воздуха на .входе и выходе первой и на выходе второй ступени сжатия и давление циркуляционного водяного насоса. Для осуществления способа выходы датчиков т-ры охлаждающей воды на выходе-первой и второй ступеней сжатия, регуляторов т-ры, связанных с регулирующими органами, изменяющими расход воды на цилиндры датчиков т-ры воздуха на выходе из концевого ВО, связанных с регулятором, соединенным с исполнительным устройством, изменяющим расход охлаждающей воды на концевом ВО, датчиков т-ры воды на входе в промежуточный ВО, давление воздуха на входе и выходе первой и на выходе второй ступени, давления циркуляционного водяного насоса соединены с входом функционального блока, определяющего оптимальную т-ру воздуха по заданной формуле. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

Редактор М.Козлова

Техред М.Моргентал

Заказ 1432Тираж Подписное

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

Корректор П.Гереши