Устройство для защиты компрессора от помпажа Советский патент 1993 года по МПК F04D27/02 

Изобретение относится к области комп- рессоростроения, в частности к конструкции устройства защиты компрессоров от помпажа, и может быть использовано для защиты компрессоров газоперекачивающих станций.

Целью изобретения является повышение надежности и экономичности работы компрессора.

На чертеже изображена блок-схема устройства для защиты компрессора от пом- пажа.

Устройство для защиты компрессора от помпажа содержит последовательно соединенные датчик помпажных колебаний 1, первый фильтр 2. второй фильтр 3, первый компаратор 4, первый сумматор 5, триггер Шмитта 6, первый счетчик 7, первый дешифратор 8, элемент ИЛИ 9. первый триггер 10 и привод противопомпажного клапана 11, последовательно соединенные второй компаратор 12. второй счетчик 13, второй дешифратор 14, второй триггер 15 и привод компрессора 16, последовательно соединенные функциональный преобразователь 17 и третий компаратор 18, последовательно соединенные элемент задержки 19 и четвертый компаратор 20, а также пятый компаратор 21, причем вход функционального преобразователя 17 подключен к первому фильтру 2, второй компаратор 12 и второй вход третьего компаратора 18 подключены ко второму фильтру 3, вторые входы первого сумматора 5 и элемента ИЛИ 9 подключены, соответственно, к третьему 18 и второму 12 компараторам, а выход четвертого компаратора 20 подключен к установочным входам первого триггера 10 и первого счетчика 7, элемент И 22, третий 23, четвертый 24 и пятый триггеры, первый 26, второй 27 и третий 28 ключи, а также второй сумматор 29, подключенный входами к выходам первого 26, второго 27 и третьего 28 ключей, а выходы к второму входу четвертого компаратора 20, причем входы третьего 23. четвертого 24 и пя гого 25 триггеров подключены, соответственно, к управляющим входам первого 26, второго 27 и третьего 28 ключей, элемент задержки 19 подключен к триггеру Шмитта 6, элемент И 22 подключен входами к пятому компаратору 21 и первому дешифратору 8, а выходом - к элементу ИЛИ 9, пятый компаратор 21 подключен к выходу второго фильтра 3, а установочные входы второго 15, третьего 23, четвертого 24 и пятого 25 триггеров и второго счетчика 13 подключены к четвертому компаратору 20.

Устройство работает следующим образом.

При увеличении, например, сопротивления пневматической сети компрессора его рабочая точка, приближается к границе помпажа. При этом возникают колебания в контролируемом параметре, характеризующие близкий к неустойчивому режиму работы компрессора - предпомпажный режим. Сигнал, пропорциональный контролируемому параметру, с выхода датчика 1 помпажных

0 колебаний поступает на вход фильтра 2, который сглаживает пульсации частот в заданном диапазоне. Далее сигнал поступает на вход фильтра 3, который выделяет переменную составляющую сиг нала контролируемо5 го параметра и на вход функционального преобразователя 17, выходной сигнал которого служит уставкой для третьего компаратора 18 и зависит линейно от значения постоянной составляющей сигнала контро0 лируемого параметра. Сигнал с выхода второго фильтра 3 поступает на входы первого 4, второго 12 и пятого21 компараторов. Причем, сигнал с выхода функционального преобразователя 17 является верхним значением

5 уставки для третьего компаратора 18, а по линии 30 для первого компаратора 4 задается нижнее значение, которые определяют порог их срабатывания при превышении сигналом контролируемого параметра за0 данных значений уставок. При срабатывании этих компараторов их выходные импульсы суммируются первым сумматором 5 и подаются на триггер Шмитта 6. Триггер Шмитта 6 срабатывает и на его выходе

5 появляются импульсы, частота которых равна частоте колебаний контролируемого параметра компрессора при нахождении его рабочей точки в неустойчивой зоне. Далее эти импульсы поступают на вход первого

0 счетчика 7 и передаются на вход первого дешифратора 8. При достижении, например, пяти импульсов на выходе дешифратора 8 появится сигнал, который через элемент ИЛИ 9 поступает на вход первого

5 триггера 10. Триггер 10 переключится, запомнит и передаст его на вход привода 11 противопомпажного клапана, который откроется и тем самым изменит сопротивление пневматической сети, что приведет к переводу рабо0 чей агрегата в зону устойчивой работы.

При работе компрессора на малых скоростях вращения ротора нагнетателя в зоне малых расходов и давлений также может возникнуть неустойчивый режим - режим

5 мягкого помпажа. отличающийся от пред- помпажных колебаний величиной амплитуды в 1,5 - 3 раза. Форма этих колебаний близка к синусоидальной. При этом сигнал с выхода второго фильтра 3 поступает на вход пятого компаратора 21. На выходе этого компаратора появляются импульсы, которые поступают на вход элемента И 22. На выходе триггера Шмитта б также появляются импульсы, которые поступают на вход счетчика 7 и, далее, на дешифратор 8. При появлении, например, на выходе триггера Шмитта б второго импульса на выходе дешифратора 8 также появляется импульс, который поступает на вход элемента И 22. При этом на его выходе появляется импульс, который через элемент ИЛИ 9 поступает на вход первого триггера 10. Триггер 10 переключится, запомнит и передаст его на вход привода 11 противопомпажного клапана, который откроется и тем самым изменит сопротивление пневматической сети, что приведет к переводу рабочей агрегата в зону устойчивой работы.

При работе компрессора в области высоких давлений рабочая точка компрессора может быстро перейти в неустойчивую зону - жесткий помпаж, характеризующийся большим увеличением амплитуды переменной составляющей сигнала контролируемого параметра - более, чем в 10 раз по отношению к колебаниям в предпомпажной зоне. В этом случае амплитуда сигнала контролируемого параметра с выхода фильтра 3 поступает на вход второго компаратора 12, где сравнивается с уставкой, задаваемой по линии 31. При этом, на выходе второго компаратора 12 появляются импульсы с частотой следования, равной частоте помпажных колебаний. Фронт первого импульса через элемент ИЛИ 9 поступает на вход триггера 10 и далее на вход привода 11 противопомпажного клапана. Триггер 10 переключится, запомнит и передаст его на вход привода 11 противопомпажного клапана, который откроется и тем самым изменит сопротивление пневматической сети, что приведет к переводу рабочей агрегата в зону устойчивой работы. Если перевод рабочей точки компрессора в устойчивую зону не произошел, например, в случае заклинивания (поломки) привода 11 противопомпажного клапана, то импульсы на выходе второго компаратора 12 продолжают появляться, при этом второй счетчик 13 будет осуществлять их подсчет При появлении например пятого импульса на выходе второго дешифратора 14 появится сигнал, который поступает на вход второго триггера 15. Второй триггер 15 переключится в устойчивое состояние и сигнал с его выхода по уупает на вход привода 16 компрессора, который отключит его.

После исчезновения предпомпэжной ситуации (см выше) импульсы на выходе триггера исчезают Пример, сигнал на выходе третьего триггера 23 останется высоким (он переключится с появлением первого импульса на выходе триггера Шмитта 6), Поэтому, с исчезновением импульсов на выходе

элемента задержки 19 будет уменьшаться сигнал на его выходе и при достижении им величины уставки четвертого компаратора 20 (которая задана на втором входе), он переключится и тем самым переводит счетчик

0 7 и триггеры 10 и 15 в исходное состояние. Величина уставки четвертого компаратора 20 в этом случае, задаваемая по линии 33, подается через замкнутый ключ 26 и первый вход второго сумматора 29 и определяется

5 из условия создания минимально необходимого сечения открытого противопомпажного клапана, достаточного для перевода рабочей точки компрессора из предпомпажной зоны в устойчивую.

0 При появлении колебаний контролируемого параметра в режиме мягкого помпэ- жа появятся импульсы на выходах триггера Шмитта б и пятого компаратора 21. С приходом фронта первого импульса на вход эле5 мента задержки 19 сигнал на его выходе резко возрастает, что приведет к переключению второго компаратора 10. На его выходе будет низкий уровень сигнала, означающий разрешение на счет счетчикам

0 и переключения в новое состояние всем триггерам При этом переключатся триггеры 23 и 24. что приведет к замыканию ключей 26 и 27 и подсоединению линий уставок 33 и 34 ко входам второго сумматора 29. Устав5 ка, задаваемая по линии 34, выбирается таким образом, чтобы общая суммарная величина (величина уставок по линиям 33 и 34) на выходе второго сумматора 29 уменьшилась. Поэтому при исчезновении колебаний контро0 лируемого параметра, характерных для мягкого помпажа импульсы на входе элемента задержки 19 также исчезнут а на его выходе сигнал будет уменьшаться и достигнет значения уставки четвертого компарато5 ра 20. Величина уставки четвертого компаратора 20, в этом случае, задаваемая по линиям 33 и 34, подается через замкнутые ключи 26 и 27 на входы второго сумматора 29 и определяется из условия создания

0 минимально необходимого сечения открытого противопомпажного клапана, достаточного для перевода рабочей точки компрессора из предпомпажной зоны в устойчивую

При появлении колебаний контролируе5 .мого параметра в режиме жесткого помпажа появятся импульсы на выходах триггера Шмитта 6 пятого 21 и второго 12 компараторов. С приходом фронта первого импульса на вход элемента задержки 19 сигнал на его выходе резко возрастает что приведет к

переключению второго компаратора 10, который, при этом, осуществит разрешение на счет всем счетчикам и переключит все триггеры в состояние готовности. Триггеры 23, 24 и 25 переключатся, соответственно, зам- кнутся ключи 26, 27 и 28, которые подадут сигналы уставок (линии 33,34 и 35) на входы второго сумматора 29. При этом общий сигнал уставки (выход второго сумматора 29) на входе четвертого компаратора 20 будет меньше, чем в предыдущих случаях и определяется из условия создания минимально необходимого сечения открытого противо- помпажного клапана, достаточного для перевода рабочей точки компрессора из п.едпомпажной зоны в устойчивую. Формула изобретения Устройство для защиты компрессора от помпажа, содержащее последовательно соединенные датчик помпажных колебаний, первый фильтр, второй фильтр, первый компаратор, первый сумматор, триггер Шмитта, первый счетчик, первый дешифратор, элемент ИЛИ, первый триггер и привод проти- вопомпажного клапана, последовательно соединенные второй компаратор, второй счетчик, второй дешифратор, второй триггер и привод компрессора, последовательно соединенные функциональный преобразователь и третий компаратор, последовательно соединенные Элемент задержки и четвертый компаратор, а также пятый компаратор.

причем вход функционального преобразователя подключен к первому фильтру, второй компаратор и второй вход третьего компаратора подключены к второму фильтру, вторые входы первого сумматора и элемента ИЛИ подключены, соответственно, к третьему и второму компараторам, а выход четвертого компаратора подключен к установочным входам первого триггера и первого счетчика, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и экономичности в работе компрессора, оно дополнительно содержит элемент И, третий, четвертый и пятый триггеры, первый, второй и третий ключи, а, также второй сумматор, подключенный входами к выходам первого, второго и третьего ключей, а выходом - к второму входу четвертого компаратора, причем входы третьего, четвертого и пятого триггеров подключены, соответственно, к триггеру Шмитта, пятому и второму компараторам, а выходы - соответственно к управляющим входам первого, второго и третьего ключей, элемент задержки подключен к триггеру Шмитта, элемент И подключен входами к пятому компаратору и первому дешифратору, а выходом - к элементу ИЛИ, пятый компаратор подключен к выходу второго фильтра, а установочные входы второго, третьего, четвертого и пятого триггеров и второго счетчика подключены к четвертому компаратору.

Использование: в устройствах защиты компрессоров от помпажа. Сущность изобретения: устройство содержит элемент И 22, третий, четвертый и пятый триггеры 23, 24 и 25. Кроме того, устройство содержит первый, второй и третий ключи 26, 27 и 28. Устройство также содержит второй сумматор 29, подключенный входами к выходам первого, второго и третьего ключа, а выходом к второму входу четвертого компаратора 20 1 ил.