Способ регулирования производительности компрессорной станции

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 F 04 О 27/00

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ!

1 д !

«)с ос

00 î

1СС3 (21) 4618267/06 (22) 12.12,88 (46) 30.07.91. Бюл, М 28 (71) Государственный институт по проектированию предприятий железорудной промышленности "Кривбасспроект" и Криворожский горнорудный институт (72) Ю.Г.Осадчук, Д.И.Родькин, Л.В.Острбверх. Н,И.Илиенко и С.M.Êðèâîðó÷êî (53) 621.438-58 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1359493, кл. F 04 D 27/00, 1985, (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ КОМПРЕССОРНОЙ СТАНЦИИ (57) Способ регулирования производительности компрессорной станции относится к области регулирования компрессоров с электроприводами и позволяет повысить надежность компрессорной станции, имеющей компрессорные агрегаты с регулируеИзобретение 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 агрегата в регулируемым электроприводом; на фиг. 3— графики потребляемой реак-.uâíîé мощно„„SU„„1666809 А1 мыми 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 электродви. ателем 8. При регулировании производительности компрессорной станции осуществляется управление компрессорными агрегатами 1 и 7 дросселированием частотой вращения электродвигателя 2 тàYuм образом, чтобы обеспечить оптимальный режим работы синхронного электродвигателя 8 как источника реактивной мощности для других потребителей сети питания. 4 ил. сти 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 регу1666809 пирования производительности обоих компрессоров 1 и 7, которая содержит компаратор 9, подключенный к блоку 10 задания граничной полной мощности и блоку 11 извлечения квадратйого 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 — c 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 иэ 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 репе.

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 и„вращения компрессорного агрегата, соответствующая максимуму потребляемой реактивной мощности, при совместном управлении вентильными группами определяется как при поочередном управлении вентильными группами как

2m+1 гтm+ > где m — коэффициент, определяющий зависимость статического момента от скорости (для турбокомпрессоров m = 3).

10 Таким образом, PKc = 0,865, vyn = 0,875.

Относительные значения q< потребляемых реактивных мощностей от относительной скорости вращения агрегата имеют вид

q (v) =т 1 — P, q. (v) =v 4:а.

Таким образом, графики зависимости потребления реактивной мощности от т имеют вид кубической параболы (при m = 3).

Графики зависимости производительности компрессора Окр 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 Q«от относительной скорости вращения регулируемого агрегата 1 приведен на фиг. 3 (компрессорная станция состоит иэ двух компрессорных

35 агрегатов, при этом нерегулируемый агрегат 7 работает с номинальной производительностью), Нерегулируемые агрегаты 7 должны обеспечить отдачу в сеть такого количества

40 реактивной мощности Орь чтобы обеспечить сеть постоянным значением реактивной мощности Qp = Const и реактивной мощностью Ор агрегата 1, регулирующего производительность компрессорной стан45 ции изменением частоты вращения Ор =

=цсОрн, где Ори номинальное значение потребляемой реактивной мощности, Производительность компрессорной станции регулируется последовательным регулиро50 ванием 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 npu

1666809

= 2 >кс — 1

Р d

Окр пред—

40

О; ред = Окрпред + О

1 к = f (Ок ) . работе регулируемого компрессора на скоростях, близких v,c, 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 Qpl = Цс1Орн+ Ор, 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 Ос1; СКОрОСтЬ ВращЕНИя ПрИ ЭТОМ 1 1, а пРоизводительность агРегата Окр1 (см. фиг, 2). Регулирование производительности компрессорной станции дросселированием на входе нерегулируемого агрегата 7 необходимо осуществлять до значения О„

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

Я= Рд +а, ф где Рд, Ор — потребляемая активная и генерируемая в сеть реактивная мощности нерегулируемого синхронного двигателя 8.

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

Вычисление значения 1 1, с которого регулируемый компрессор 1 приоодится в режим регулирования производительности компрессорной станции (фиг. 3), осуществляется следующим образом.

При переводе системы на дросселирование нерегулируемого агрегата 7 фиксиру5 ется 1 1 (с выхода преобразователя 25 агрегата 1). Определяется производительность компрессорной станции Опред (см. фиг. 3) с помощью преобразователя 23, при которой необходимо перевести привод на

10 регулирование изменением частоты вращения (точка С на фиг. 3). Для этого вычисляем (соответствует по характеристике Q»c

=f (v) Окспред):

Рг = 1 — ((V1 — V»c ) + (V1 кс ) +

+ (1 — Р1 ) ) = 1 — (М1 — 2 V»ñ + 1 ) =

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

Н кр = 1 Но — т д Окр Ь Окр г где Но, d, Ь вЂ” постоянные коэффициенты, 30 откуда при Нкр = const:

Ь Окр +1 d Окр +1 Но — Нкр =0; г г 14 1 г Не Н»

35 Ок + — Ок +- — — =0

Ь Р Ь Ь

-Г г о мг н, н, Ь Ь

45 где Окн — номинальнаЯ пРоизводительность компрессора.

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

5р 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 проиэодится в соответствии с фиг. 4,. где О1 — производительность регулируемого агрегата 1; Ог — производительность нерегулируемого агрегата 2.

1666809

На I участке регулируется производительность Qi, Qz = const, a II участке — Q t =

-const, Qz = чаг (иэменением положения дроссельной заслонки на угол а), на III участке — Q - чаг, дроссельная заслонка нере- 5 гулируемого агрегата возвращается в исходное полож ние (это необходимо делать с целью снижения дополнительных потерь энергии на заслонке).

Способ осуществляется следующим об- 10 разом.

При достижении точки А (фиг. 2) — потребляемой реактивной мощности регулируемым агрегатом 1 (величина q,t 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 затек†где Ре и Ор — активная и реактивная мощности агрегата, измеряемые датчиками активной и реактивной мощностей 14 и 13 соответственно, становится равной мощности ограничения

Ятр, задаваемой блоком 14, При этом на выходе компаратора 9 по- 3 является 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 3)

Функциональный преобразователь 23 (фиг. 4) вычисляет значение Окспред. Сигнал м1 подается на него через контакт 24 с выдержкой времени на размыкание реле

30 иэ 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

12 = 2 v« — v> (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 21„, — vi .

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 иэ условия установки начальной частоты вращения 2 v — v<, 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 Ор снижается (см. фиг. 2 и 3).

Процесс регулирования производительности станции вверх осуществляется в обратной последовательности, Формула изобретения

Способ регулирования производительности компрессорной станции с параллельно работающими компрессорнымСагрегатами с регулируемым и нерегулируемым синхронным работающим в 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 электроприво1666809

10 дом при регулировании дросселированием на входе и при регулировании изменением частотЫ вращения, сравнения полученных значений мощностей, перехода на режим регулирования изменением частоты вра- 5 щения регулируемого электропривода, если мощность, потребляемая регулируемым электроприводом, при регулировании изменением частоты вращения меньше мощности, потребляемой регулируемым электроприво- 10 дом при регулировании дросселированием на входе, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, дополнительно измеряют полную мощность, потребляемую нерегулируемым синхронным 15 электроприводом, сравнивают ее с граничным значением полной мощности, соответствующей нормальной работе нерегулируемого синхронного электропривода в режиме компенсации реактивной мощности, а при 20 превышении ею граничного значения переводят компрессорный агрегат с регулируемым электроприводом на режим работы с постоянной относительной частотой вращения ю, с которой вращался компрессорный 25 агрегат с регулируемым электроприводом при достижении полной потребляемой мощностью нерегулируемого синхронного электроприводв 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

И =2 1 кс — и, где v«относительная частота вращения компрессорного агрегата с регулируемым электроприводом, соответствующая максимуму потребляемой им реактивной мощности, 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.

1666809 а, кс

0,865

Составитель В.Колясников

Редактор Л.Веселовская Техред М.Моргентал Корректор М,Максимишинец

Заказ 2512 Тираж 380 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

О

1,0

10 а у

Производственно-издательский комбинат "Патент, r. Ужгород, ул,Гагарина, 101