Устройство для регулирования производительности компрессора
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.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
А1
„„Я0„„1 562534 (51)5 F 04 D 27 00 ГЕЩ930Ц ЦЦЦЦ, Е - ЕайЧВЙ6
БИБЛИО Л:- г А
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Я Д BTOPGHQMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4320020/25-06 (22) 26.10.87 (46) 07.05.90. Вюл. У 17 (71) Казанский химико-технологический институт им. С.M,Êèðîâà (72) И.Н.Терюшов (53) 62!.438-55(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
Ó 1132065, кл. F 04 D 27/00, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ КОМПРЕССОРА (57) Устройство для регулирования производительности компрессора позволяет обеспечить высокое качество ре2 гулирования компрессора. По сигналам датчиков 6 и 7 расхода и давления газа соответственно на выходе компрессора 1 с помощью регуляторов 10 и 8 расхода и давления соответственно про- изводится 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 функциокального преобразователя 12, изменяющих их передаточные функции. Такое выполнение устройства повышает точность его работы. 1 ил.
1562534
Изобретение относится к устройствам автоматического регулирования давления и производительности центробежных компрессорных машин и может быть использовано при регулировании режимон работы компрессорных машин и установок, применяемых в различных у отраслях народного хозяйства.
Цель изобретения — повышение точности регулирования устройства при ! смене режимов работы компрессора пу: тем адаптации настраиваемых парамет : рон функциональных преобразователей.
На чертеже представлена структурная схема устройства.
Устройство для регулирования производительности компрессора 1 содер. жит привод 2 дроссельной заслонки . Э на входе в компрессор 1, привод 4 20 байпасного клапана 5 на выходе компрессора i датчик б расхода газа, последовательно соединенные датчик 7 давления газа на выходе компрессора регулятор 8 давления и сумматор 25 9, выход которого подключен к приводу 2 дроссельной заслонки 3, последовательно, соединенные регулятор 10 расхода и первый функциональный преобразователь 11, второй функциональный преобразователь 12 первый вход которого подключен к выходу регулятора 10 расхода, а выход — к второму входу сумматора 9. Кроме того, устройство содержит датчики )3 и 14 дан- >> ленин газа до и после дроссельной заслонки 3, нычислительный блок 15 и блок 16 умножения, первый и второй входы которого подключены к выходу ,первого функционального преобразова- 40 теля и первому выходу вычислительного блока 15 соответственно, а выход — к приводу 4 байпасного клапана 5 и второму входу вычислительного блока 15, третий вход ко- 45 торого подключен к выходу датчика
7 давления газа на выходе компрессора 1, четвертый и пятый входы — к выходам датчикон 13 и 14 давления газа до и после дроссельной заслонки
3, шестой вход — к вьглоду датчика б расхода газа, а второй выход — к нторому входу второго функционального преобразователя 12, вход регулятора
10 расхода подключен к выходу датчика 6 расхода газа.
Кроме того, на чертеже показана измерительная диафрагма 17 датчика
6 расхода газа.
К =
К,К
К ь (1
С мин к з
Кд К
G — . GMNIi Рg + G G gR к к
К
+ 0 0 мин к з
Ке 1Р 3 G (ыин Щ (1) с (к — к )
1 + — — - — — — „— dP э к . з
К+ = — ——
К Кр
К вЂ” "--- — -- pР
0 мин
К 3 где G к расход газа через. компрессор; минимальное заданное значение расхода газа через компрессор, устанавливаемое как задание регулятору 10 расхода и вычислительному блоку 15, при котором возникновение помпажа еще невозможно; давление rasa до и после дроссельной заслонки соответственно; давление газа н линии нагнетания перед байпасным клапаном 5 и после байпасного клапана 5 соотвестР, Р венно;
Устройство работает следующим образом.
При заданном режиме работы компрессора стабилизация давления и производительности осуществляются регуляторами давления и расхода.
При смене режима рабаты компрессора 1 (данления на всасывании и нагнетании, производительности компрессора, нагрузки) датчик б расхода газа, датчики 7„ 13 и 14 давления газа выдают информацию на вычислительный блок 15, который производит расчет настраиваемых параметрон (коэффициентов адаптации) второго функционального преобразователя 12 (параметра К) и блока 16 умножения (параметра К ) для новых (иэменившихся)
Ф условий работы компрессора 1.
Расчет вычислительным блоком 15 настроечных параметров (коэффициен- . тов адаптации) производится по следующим формулам:
1562534 аС. дР
ЗС
К,6Р,/G. — G"3,"
Эс» Зс»
К К К де BP
BG6 3Gg дсб
К К ° К
4 аш s ар 6 вр
5 3 4
3G0 3Gh
К вЂ” К
am- 8 аР и 3 где С6- — расход газа через байпасный клапан 5;
G — расход газа на стороне noh требления (нагрузки);
o(n — положения дроссельной за6 слонки 3 и байпасного клапана 5 соответственно;
m — положение регулирующего
П органа в линии нагрузки;
К вЂ” коэффициент передачи регу Р лятора 10 расхода.
Для расчета значений К и К н вычислительный блок 15 должны быть введены статические характеристики."
С6 = С6(Р3) э С6 — С6(Р ) s С6 — С6(ш6); и сигналы по положению дроссельной заслонки 3, байпасного клапана 5 и регулирующего органа в линии нагрузки.
При выпуске газа через байпасный клапан 5 в атмсоферу формулы (1) и (2) упрощаются вследствие равенства нулю члена
Рассчитанные значения коэффициентов К и К выдаются вычислительным блоком 15 на второй функциональный преобразователь .12 и блок 16 умножения 45 и выставляются как их ноные настраиваемые параметры.
Численное значение коэффициента К, соответствующее тому или иному режиму работы компрессора 1 и выставленное на втором функциональном преобразователе 12, определяет, на какую величину необходимо переместить дроссельную заслонку 3, чтобы обеспечить инвариантность (независимость) давления на выходе из компрессора 1 от изменения величины m6 (положение байпасного клапана 5) и других величин, входящих н уравнение (1).
Если за счет неточности математической модели процесса или погрешности измерительной аппаратуры небольшие отклонения давления от нормы все же имеют место, то вступает в работу регулятор 8 давления, работающий по отклонению регулируемой величины. Он ликвидирует отклонение давления от нормы с заданной точностью.
Если значение коэффициента К не соответствует режиму работы компрессора 1, то инвариантность (независимость) давления на выходе из компрессора 1 от изменения переменных, входящих в уравнение (1), функциональным преобразователем 12 вообще не может быть обеспечена. Имеют место большие отклонения давления от нормы и регулятор давления ликвидирует их со значительно худшими показателями качества: динамическая ошибка и время регулирования могут быть очень значительными.
Численное значение коэффициента
К, выставленное в блоке 16 умножеА ния, определяет, на какую величину необходимо переместить байпасный клапан 5 при изменениях переменных, входящих. н уравнение (2), чтобы расход газа через компрессор 1 при работе антипомпажной защиты был равен минимальному заданному значению мин (G к = G3 ) . В случае несоответствия коэффициента К режиму работы комг % прессора 1 имеют место значительные отклонения расхода газа через компрессор 1 от заданного значения. Регулятор 10 расхода ликвидирует их со значительно худшими показателями качества. Как и н случае регулирования давления динамическая ошибка и время регулирования могут быть значительными.
Адаптация настраинаемых параметров устройства при смене режимов работы компрессора осуществляется путем изменения коэффициентов передачи второго функционального преобразователя 12 и блока 16 умножения по команде от вычислительного блока 15, Блок 16 умножения позволяет изменять коэффициент передачи последовательно соединенной цепи: первый функциональный преобразователь 11 блок 16 умножения.
Регулятор 10 расхода реализует следующие функции.
Возможны два режима работы компрессора
С > С
1562534 мещение байпасно-о клапана — давление в линии нагнетания.
Алгоритм работы первого функцио5 нального преобразователя выражается формулой
Ск где С„- расход газа через компрессор; 10
С вЂ” минимальное значение расхоЦИН
Ъ да газа через компрессор, устанавливаемое как задание регулятору 10 расхода и вычислительному блоку !5
15, при котором возникновение помпажа еще невозможно. мцН
В первом случае, когда Ск > G q сигнал G поступающий с датчика 6 к расхода газа на регулятор 10, больше
ИЦН заданного С и с регулятора 10 расхода управляющее воздействие на первый и второй функциональные преобразователи 11 и 12 не поступает. В этом случае из двух регуляторов
Г работает только рагулятор 8 давления, Который сравнивает сигнал, поступающий от датчика 7 давления газа с сигналом задания, и в случае рассогласования выдает управляющее воздействие 30 через сумматор 9 на привод 2 дроссельной "..ÿñëîíêè 3. мия
Во втором случае, . когда С < С З управляющее воздействие регулятора
10 расхода газа, сформированное в зависимости от рассогласования сигнала
G с датчика 6 расхода газа и сигнаК ,мин ла задания С, поступает через первый функциональный преобразователь 40
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 «а второй функциональный преобразователь 12 ° Последний формирует дополнительное ytl. нчяющее
50 возцействие (компенсирующий сигнал), которое через сумматор 9 подается на привод 2 дроссельной заслонки 3.
Первый функциональный преобразователь 11 реализует функцию согласо55 вания динамических характеристик (параметрон) компрессора 1 по каналам перемещение дроссельной заслонки давление в линии нагнетания и переТ+Р + 1 -P(— ь
1,!(Р) = — — е " Т,P + где W(P) — передаточная функция функционального преобразователя; Т,„ — постоянная времени компрессора по каналу перемещение дроссельной заслонки — давление в линии нагнетания; параметр настройки; запаздывание по каналу перемещение дроссельной заслонки — давление в линии нагнетания; запаздывание по каналу пеперемещение байпасного клапана — давление в линии нагнетания. Т+ Ь 11 л "21 В центробежных компрессорах инерционность и запаздывание канала перемещение байпасного клапана — давление в ликии 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 — давле- . ние в линии нагнетания в желаемом направлении. Коррекция динамических характеристик компрессора по каналу перемещение байпасного клапана давление в линии нагнетания осуществляется изменением настроенного параметра Т! . 9 156 Динамическое поведение функционального преобразователя 11 определяется соотношением постоянных времени Т и Т, . При Т ) Т „, функциональный. преобразователь 11 ведет себя как иитегро-дифференцирующее звено, а при Т < Т вЂ” как инерционное звено первого порядка. Включение последовательно с первым функциональным преобразователем 11 блока умножения позволяет реализс,— вать следующий алгоритм работы: со() „ф Бу фп, Т Р + 1 Рф л К вЂ” — — — р "« бМТ«Р + 1 ) где И (Р) — передаточная функция ки, корректирующей цепи первый функциональный преобразователь — блок умножения на постоянный коэффициент; К вЂ” коэффициент передачи блока умножения ча постоянный коэффициент; И вЂ” передаточная функция первого функциональHGго преобразователя 11. Для заданного (номинального) режима работы компрессора значение K 6 определяется по формуле йС„dms 1 К БУ йш dG К К @ о где К = ---- — коэффициент передачи Р dGê регулятора 10 расхода газа; dG6 К = — — — коэффициент передаd -r< чи байпасного клапана 5; d m — изменение положения 6 байпасного клапана 5; ДСк — изменение расхода газа через компрессор; dG — изменение расхода газа через байпа "ный клапан 5, Блок 16 умножения на постоянный коэффициент совместно с вычислительным блоком 15,рассчитываюп;им для него коэффициент адпатации К, позволяет компенсировать влияние на ре10 2534 55 где 50 гулируемые расход и давление raза возмущений по давлениям и положению регулирующего органа в линии нагруз . 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 pa5ore 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 го 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 ликви— дации 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 инвариалтности (независимости, давления нагнетания Р> от возл. ущений, действующих на компрессор, по формуле, (Р) 1 (Р) "« (Г) — передаточная функция « компрессора по каналу 1562534 перемещение дроссельной заслонки — давление в линии нагнетания; WÄ (P) — передаточная функция компрессора по каналу перемещение байпасного клапана — давление в линии нагнетания. Динамическое поведение компрессора по основному N » (P) и перекрестному V„ (P) каналам может быть описано уравнениями первого порядка с запаздыванием, т.е.: M (P) = — — — — -е Т Р+1 К = — -- - (11 do(К 21 4m э 6 де 4 P3 — приращение регулируемой величины — давления в линии нагнетания компрессора; 4т, 4d- изменения положений байпасного клапана 5 и дроссельной заслонки 3 (управляющих воздействий на компрессор), вызвавшие приращение давления в линии нагнетания. Следовательно: где К К вЂ” коэффициенты пеРеда 21 чи компрессора по соответствующим каналам; постоянные времени компрессора по соответствующим кана.— лам; — запаздывания по соответствующим каналам. Таким образом (л л — » + 1 ("" "111 4 п2 "2 Т21 + 1 К 11 К фп< коэффициент передачи второго функционального преобразователя 12 где другое. Коэффициенты передачи К, и К„, входящие в выражение для коэффициента передачи второго функционального преобразователя 12 К д, определяют через входные и выходные переменные компрессора следующим образом: Численное значение коэффициента К „ показывает, на какую величину необходимо переместить дуоссельную заслонку 3, чтобы при перемещениях байпасного клапана 5 давление Р> в линии нагнетания оставалось неизмен,. ным. А постоянные времени Т „ и Т,, определяют закон, по которому должно происходить перемещение дроссельной заслонки 3 из одного положения в и 4(4С, 1 dm. 4G К 4 к К. = ---- — коэффициент передад Г чи дроссельной заслонки 3; 25 где реализован на средствах микропроцессорной техники и микроЭВМ. Вычислительный блок 15 реализует следующий алгоритм работы. Опрос датчика 2 расхода и определение .расхода газа G через компресК сор. 4р Про ерка выполнения условий С К ) 3 ь С К СЗ Если G < G ", то вычислительный блок t5 прекращает работу. ми Если G < G, то вычислительный блок 15 осуществляет сбор информации о режиме работы компрессора (значения расхода газа G через компресК сор от датчика 6 расхода; давления газа на всасывании до (Г1) и после (Р2) дроссельной заслонки 3 от датчика 13 и 14 давления; давления газа P. в линии нагнетания от датчика 7 давления; сигналов по положению дроссельной заслонки З,байпасного клапана 5, регулирующего органа в линии нагрузки у потребителя. 1Первичная обработка информации (линеаризация сигнала с датчика 6 расхода и коррекция его сигнала при Л Габ К = — — — — коэффициент передачи P 4G 30 регулятора 10 расхода. Вычислительный блок 15 может быть К = K1К К К Кр 13 156 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 2534 введенные 3(rf 3G6 OG К 1а 4 am6 > зр», ар, BGn ДР Сп К = -- — - Kg Om„ осуществляется вычислительным блоком 15 на основе использования информации. поступающей в него с соответствующих приборов и регулирующих органов, а -акже на основе статиче20 ских характеристик процесса: вующих ур Расчет Расчет С С к 1 ao(в него в виде соответставнений программным путем. Kоэффициентов К, К ь...,К6. значений коэффициентов aG ас„ » К вЂ” К ар,* З Р ° 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 коэф— фициента передачи Кр регулятора 10 расхода. Последние выражения являются частным случаем выражений (1) и (2), когда режим работы компрессора 1 соответствует расчетному и приращения соответствующих режимчых параметров отсутствуют ДР: = О, i = 1, 2, 3, I 4; dd= 0;Дш = 0;Дти= О; Ск= Если компрессор 1 переведен на ." другой режим работы, то вычислительный блок 15 рассчитывает величины отклонений режимных параметров от их значений при номинальном режиме: o(((í à,ì )1 Дш б m 6 m6 (ном) ь Dm ((и и (н м1 D Расчет отклонений ilP t,, i = 1, 2, 3, 4; йтпб; йш„; аСк 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 G< и G и их отклонений и йСб и CtG вычислительный блок иси пользует статические характеристики б 6(Ъь Зь 4 Си = Gn(mn p3) С,=С„(Ы, Р„, Р); Сб С6(т Р, Р) 25 Gn = G>(m» P ) введенных в него в виде соответствующих уравнений программным путем. При этом расчет коэффициентов К„, K,,......,К 6, как частных производных, сводится к расчету отношения соответствующих приращений Сн., Ск — К » др з др ЛСк K 1 >pi 35 С6 Сб Ф р ь др ь DG6 Лшб Вычисленис 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 i. Таким образом, в устройстве обеспечивается высокое качество регулирования при изменениях условий работы компрессора путем адаптации настраиваемых параметров. ЛС„AGn К В вычислительный блок 15 могут быть непосредственно введены формулы для -расчета коэффициентов К „, К ь...ь К получе.нные из статических харакЦ ь 45 теристик путем нахождечия соответствующих частных производных. !! 5 156253 из об ре тения Формула 15 Составитель В.Колясников Техред Л. Сердюкова Корректор М.Нароши Редактор М.Бланар -Заказ 1046 Тираж 492 Подписное ВН ИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул. Гагарина,101 Устройство для регулирования про( изводительности компрессора, содержащее привод дроссельной заслонки на входе в компрессор, привод байпасного клапана на выходе компрессора, датчик расхода газа, последовательно соединенные датчик давления газа на, выходе компрессора, регулятор давле, ния и сумматор, выход которого подключен к приводу дроссельной заслон,ки, 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, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности регулирования при смене режимов работы компрессора путем 4 16 адаптации настраиваемых параметров функциональных преобразователей, 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 н второму входу вычислительного блока, третий вход которого подключен к выходу датчика давления газа на выходе компрессора, четвертый и пятый входы— к выходам датчиков давления газа до и после дроссельной заслонки, шестой вход — к выходу датчика расхода газа, а второй выход — к второму входу функционального преобразователя, вход регулятора расхода подключен к выходу датчика расхода газа.
