Способ регулирования турбокомпрессоров Советский патент 1980 года по МПК F04D27/02 

1

Изобретение относится к области регулирования турбокомпрессоров, в частности к способам регулирования их производительности и давления: на нагнетании.

Известен способ регулирования турбокомпрессоров по параметрам давления и нагрузки (расхода) путем управ ления исполнительными устройствами JQ плавного изменения производительности fl. Сигнал на исполнительные устройства подают от двухимпульсного изодромного регулятора давления, реагирующего как на сигнал датчика давления, так и на сигнал датчика нагрузки. Импульс по нагрузке с предварением воздействует на систему регулирования, повышая качество регулирования.

К недостаткам способа относится то, что изменения, обусловленные особенностями способа, внесены только в схему регулирования давления, а все остальное, в том числе и управле-25 ние устройством противоположной защиты, оставлено так же, как и в типовых схемах при регулировании постоянства давления, в коллекторе. Р связи с этим работа двухимпульсного регулято- 30

ра давления не согласована с работой устройства противоположной защиты.

Наиболее близким к изобретению является способ регулирования турбокомпрессора, снабженного регулятором противоположной защиты, путем плавного изменения производительности по сигналу нагрузки с помощью изодромного регулятора давления, воздействующего на сервоприводы регулирующих устройств 2..

Недостатком способа является отсутствие связи между регулятором давления и устройством противопомпажной защиты, что приводит к их несогласованной работе. Турбокомпрессоры не регулируемы в режимах малых газопотреблений. Изодромный регулятор (давления) поддерживает давление Р на нагнетании по функциональной зависимости от величины нагрузки Q на нагнетании ((l) до момента полного включения в процесс регулирования устройств плавного изменения производительности. Затем при последующем уменьшении нагрузки величина давления в коллекторе изменяется (повышается) по напорной характеристике (соответствующей полному включению. регулирующего исполнительного устройIства) до момента срабатывания противопомпажной защиты и регулятора давления. Это позволяет получить в коллекторе давление, равное давлению настройки регулятора противопсялпажной защиты, но не заданное. Цель изобретения - повысить ка.,чество регулирования. Поставленная цель достигается тем, Что сигнал нагрузки дополнительно подают на регулятор противопомпажной защиты. На чертеже приведена принципиальна схема устройства для осуществления предлагаемого способа. В схеме предусмотрено регулирование давления, например, дросселированием на всасьшании в функциональной зависимости от нагрузки (расхода). Регулирование давления производят гидравлическим регулятором давления :по сигналу рассогласования ДР между текущим давлением Р в коллекторе и заданным Pj . Заданное значение давления PJ формируется в зависимости от нагрузки Q,. При линейном характере зависимости давления задания от нагрузки Р,A+bQ (где А и В - коэффи циенты уравнения) згшанное давление может быть получено, например, в виде унифицированного пневматического еигнала на выходе дифференциального мано метра ДМ-П2. Схема содержит регуляторы давления и противопомпажной защиты. В схеме регулирования давления предложены сер вопривод 1 дроссельной заслонки 2, установленной на всасывании турбокомпрессора 3, сервопривод 4 противопомпажного клапана 5. Сигналы Р пропорциональные соответственно расходу и давлению в коллекторе 6, .измеряют дифференциаль ным манометром 7 и сильфоной 8 регулятора давления. Сигнал нагрузки (ра хода) (1 дифференциальным манометром 7, например ДП-П2, преобразуют в уни фицированный сигнал давления задания 0,02-0,10 МПа и подают на сильфрн 9 регулятора давления. Сильфоны 8 и 9 воздействуют на 10, являющийся механическим элементом сравнения (заданного Pj и те кущего Р давлений в коллекторе) струйного гидравлического усилителя. С целью ограничения минимашьного дав ления в коллекторе в схеме предусмот рена пружина 11, выполняющая функции задатчика минимального давления. В зависимости от сигнала рассогла сования между заданным и текущим дав лением в коллекторе струйная трубка 12 гидравлического усилителя 13 смещается влево или вправо, соответстве но перемещая золотник двухкаскадного гидравлического усилителя. Для улучшения переходных процессов в схеме, предусмотрено изодромное устройство 14. Для повышения противопомпажной защиты сигналы нагрузки и давления вводят посредством сильфонов 15 и 16. Для управления регулятором противопомпажной защиты необходимо наличие сигнала, обратного сигналу нагрузки. С этой целью в схеме предусмотрен инвертор 17, позволяющий получить сиг нал 2 1-Р . Суммарное воздействие сильфонов 5, 16 передается рычагом 18 струйной трубке 19. С другой стороны струйная трубка ворпринимает усилие от мембраны 20, которое пропорцио нально давлению разрежения на всасывании . Изменение положения струйной трубки вызванное результирующим сигналом рассогласования отслеживается золотником двухкаскадного гидравлического усилителя 21. Настройку регулятора в номинальных режимах работы осуществляют; изменением натяжения пружины 22 задатчика. Уменьшение нагрузки в коллекторе до С й ц„ведет к изменению давления задания Р. ( Давление в коллекторе становится больше заданного , струйная трубка 12 регулятора давления смещается впргшо под действием результирукицего момента от сильфонов 8 и 9. Золотник гидравлического усилителя 13 смещается вправо. Штоковая полость изодромного устройства 14 сообщается с напорным трубопроводом, а штоковая полость сервопривода 1 - со сливом. Под Действием давления напора поршень изодрома смещается вправо, вытесняя при этом жидкость из правой полости цилиндра изодромного устройства в верхнюю полость цилиндра сервопривода 1. Поршень сервопривода 1 перемещается вниз, йocceльная заслонка на всасывании турбокомпрессора закрывается i При большой величине сигнала рассогласования между текущим и заданным давлением в коллекторе дроссельная заслонка закрывается так, что угол открытия ее не превосходит рекомендованной величины для номинального режима работы. Дальнейшее уменьшение производительности и давления на турбокомпрессора посредством дросселирования невозможно. Уменьшение давления можно производить включением в работу клапана 5 противопомпажной защиты. В связи с этим клапан 5 должен включаться при уменьшении сигнала нагрузки (расхода): открытие его должно быть тем больше, чем меньше величина расхода. Получение такого сигнала на управление клапаном 5 стало возможно при включении в схему инвертора 17. Уменьшение нагрузки (расхода) вы.зывает увеличение сигнала Р , поданного в силь.фон 15 регулятора противопомпажной защиты. В момент закрытия

дроссельной заслонки в результате воздействия, оказьшаемого сильфонами 15 и 16, струйная трубка 19 и золотник гидроусилителя 21 находятся fe. нейтральном положении.

После закрытия дроссельной заслонки при дальнейшем снижении расхода увеличение сигнала Р. в сильфоне 15 превосходит уменьшение сигнала давления р в сильфоне 16. Результирующее усилие этих сильфонов превосходит-усилие, соответствующее нейтральному положению струйной трубки, Струйная трубка 19 смещается вправо. Напорный трубопровод сообщается со штоковой полостью сервопривода 4. Дальнейшее уменьшение давления в коллекторе производится Путем перепуска газа на всасывание или в атмосферу через клапан 5.

С увеличением нагрузки (расхода) в коллекторе работа системы регулирования осуществляется в обратном порядке. Сигнал нагрузки Pj , поданной на регулятор противопомпажной защиты, уменьшается. Клапан 5 прикрывается. При расходе, равном производительности турбокомпрессора с закрытой дроссельной заслонкой, клапан 5 противопомпажной защиты закрывается полностью.

Дёшьнейшее увеличение расхода вызывает открытие дроссельной заслонки на всасывании.

Осуществление данного способа повышает безопасность эксплуатации турбокомпрессоров при регулировании давления в зависимости от нагрузки, позволяет уменьшить расход энергии на 3-5% за счет снижения давления воздуха на нагнетании в период минимальной загрузки..

Формула изобретения

Способ регулирования турбокомпрессора, снабженного регулятором противопомпажной защиты, путем плавного изменения производительности по сигналу нагрузки с помощью изодромного регулятора давления, воздействующего на сервоприводы регулирующих устройств, отличающийся тем что, с целью повышения качества регулирования, сигнал нагрузки дополнительно подают на регулятор противопомпажной защиты.

Источники информации, принятые .во внимание при экспертизе

1.Пивень в. Д., Баясанов Д. Б., Мед Г. А. Автоматизация газотурбинных

установок. Л., Машиностроение, с. 44-47, 90-94, 1967.

2.Моисеев Л. Л, и Балах В. Я. Моделирование на аналоговой вычийлительной машине системы регулирования

производительности компрессорной

станции Сб. трудов КузПИ, 66, Вопросы горной механики, Кемерово,. 1974, с. 136-148.

Yi