Устройство регулирования производительности компрессора с регулируемым электроприводом с расширением рабочей зоны и контролем зоны помпажа

 

Устройство регулирования производительности компрессора с регулируемым электроприводом с расширением рабочей зоны и контролем зоны помпажа относится к электротехнике, конкретно к области регулирования компрессоров, может быть использовано в электроприводах компрессоров с регулированием их производительности и позволяет повысить надежность регулирования компрессоров. Устройство содержит электропривод 2 компрессора 1 с преобразователем 3, блоки 10.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 F 04 D 27/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЁТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4770853/06 (22) 18.12.89 (46) 07.12.91. Бюл. ¹ 45 (71) Государственный институт по проектированию предн железорудной и ромышленности "Кривбасспроект" и

Криворожский горнорудный институт (72) Ю,Г.Осадчук, А.П,Кучеров, А.Т.Гужовский, А.А.Олейников, Э.М.Сигалов, А.А,Ильиных, Н.И.Илиенко и С.М.Криворучко (53) 621.438 — 55(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1359493, кл F 04 0 27/00, 1985. (54) УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ КОМПРЕССОРА С

„„ „„1696751 А1

РЕГУЛИРУЕМЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ С

РАСШИРЕНИЕМ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ И KOHTPOJlEM ЗОНЫ ПОМПАЖА (57) Устройство регулирования производительности компрессора с регулируемым электроприводом с расширением рабочей зоны и контролем зоны помпажа относится к электротехнике, конкретно к области регулирования компрессоров, может быть использовано в электроприводах компрессоров с регулированием их производительности и позволяет повысить надежность регулирования комп рессоров.

Устройство содержит электропривод 2 компрессора 1 с преобразователем 3, блоки 10, 1696751

26, 27 управления дроссельной заслонкой, . выпрямителем, инвертором, логический блок 12, блок 15 умножения и блок 25 фиксации частоты вращения, нелинейный блок

9, датчик 13 давления газа и датчик J4 расхода газа на выходе компрессора, датчик 31 скорости вращения злектропривода, блок

Изобретение относится к электротехникее, конкретно к области регулирования компрессоров, и может быть использовано в злектроприводах компрессоров с регулиро-, ванием их производительности.

Цель изобретения — повышение надежности работы устройства.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 — структурная схема работы управления механизмом задвижки компрессора; на фиг.З вЂ” реализации аналоговое запоминающее утсройство, первый вариант; на фиг.4 — то же, второй вариант; на фиг.5 — графики зависимости давления на выходе компрессора от производительности компрессора при постоянном режиме давления на выходе компрессора; на фиг.6 — графики зависимости давления на выходе компрессора от производительности компрессора при переменном режиме давления на выходе компрессора; на фиг.7 — диаграмма работы аналогового запоминающего ус. тройства, выполненного по первому варианту; на фиг.8 — диаграммы работы аналогового запоминающего устройства, выполненного по второму варианту.

Устройство регулирования производительности компрессора (фиг.1) содержит . электропривод 2 с преобразователем 3 частоты, первый, второй и третий контакторы 4, 5 и 6, блок 7 синхронизации, датчик 8 тока преобразователя, нелинейный блок 9, блок

10управления дроссельной заслонкой, блок

11 модели ампер-секундной характеристики преобразователя, логический блок 12, датчик 13 давления газа на выходе компрессора, датчик 14 расхода газа на выходе компрессора, блок 15 умножения, первый, второй, третий и четвертый функциональные преобразователи 16 — 19, первый компаратор 20 и первое реле 21 с первым, вторым и третьим контактами 22, 23 и 24, блок 25 фиксации частоты вращения, блок

26 управления выпрямителем, блок 27 управления инвертором, катушки 28, 29 и 30 первого, второго и третьего контакторов 4.

39 деления, блоки 32, 33, 34 и 35 констант, аналоговое запоминающее устройство 48, функциональные преобразователи 16, 17, 18, 19 и 47, компараторы 20, 36, 37 и 38, реле

21, 41, 44 и 46. Такое выполнение устройства позволяет повысить надежность его в работе, 8 ил.

5 и 6, соответственно, подключенные через соответственно первый, второй и третий контакты первого реле 21 к питающей сети, выход первого контактора 4 через преобра5 эователь 3 частоты и второй контактор 5 подключен к электроприводу 2, входы первого и третьего контакторов 4 и 6 и вход блока 7 синхронизации связаны между собой, выход датчика 8 тока преобразователя

10 подключен к входу нелинейного блока 9, первый выход которого подключен к входу блока 10 управления дроссельной заслон-. кой компрессора, а второй — к входу блока

11 модели ампер-секундной характеристи15 ки преобразователя, выход которого подключен к первому входу логического блока

12, второй вход которого подключен к выходу блока 7 синхронизации, первый выход к второму входу третьего контактора 6, а вто20 рой выход — к второму входу второго контактора 5, первый выход блока 25 фиксации через блок 26 управления выпрямителем подключен к первому управляющему входу преобразователя 3 частоты. второй выход

25 блока 25 фиксации через блок 27 управления инвертором подключен к второму управляющему входу преобразователя 3 частоты, выход третьего контактора 6 подключен к второму входу блока 7 синхрони30 эации и к электроприводу 2, выход датчика

14 расхода газа на выходе компрессора подключен к первому входу блока 15 умножения и входу третьего функционального преобразователя 18, выход которого через

35 четвертый функциональный преобразователь 19 подключен к первому входу первого компаратора 20, выход которого подключен к первому реле 21, выход датчика 13 давления газа на выходе компрессора подключен

40 к второму входу блока 15 умножения и входу первого функционального преобразователя

16, выход которого подключен к первому входу второго функционального преобразователя 17, второй вход которого подключен

45 к выходу блока 15 умножения, а выход — к второму входу компаратора 20. Кроме того

6о 6751

55 устройство содержит датчик 31 скорости вращения электропривода, первый, второй, третий и четвертый блоки 32 — 35 констант, второй, третий и четвертый компараторы

36, 37 и 38, блок 39 деления, второй блок 40 умножения, второе реле 41 с первым и вторым контактами 42 и 43, третье реле 44 с контактом 45, четвертое реле 46, пятый функциональный преобразователь 47 и аналоговое запоминающее устройство 48, выход третьего функционального преобразователя 18 подключен через первый контакт 42 второго реле 41 к входу блока 25 фиксации частоты вращения и первому входу второго блока 40 умножения, выход которого подключен к первому входу второго компаратора 36, второй вход которого подключен к выходу датчика 14 расхода газа на выходе компрессора, а выход — к третьему реле 44, выход датчика 31 скорости вращения электропривода через последовательно соединенные блок 39 деления, пятый функциональный преобразователь 47, контакт 45 третьего реле 44, аналоговое запоминающее устройство 48 и второй контакт

43 второго реле 41 подключен к первому входу второго блока 40 умножения, выход датчика 13 давления газа на выходе компрессора подключен к первым входам третьего и четвертого компараторов 37 и 38, выходы которых подключены к входам соответственно четвертого и второго реле 46 и

41, выходы первого, второго, третьего и четвертого блоков 32 — 35 констант подключены к вторым входам соответственно блока

39 деления, второго блока 40 умножения, третьего компаратора 37 и четвертого комп аратора 38.

Устройство управления механизмом 49 задвижки на выходе компрессора 1 может быть выполнено в виде устройства, содержащего контакты 50 и 51 реле 46, контакты

52 и 53 реле 44, шаговый двигатель 54 механизма 49 задвижки на выходе компрессора

1, электродвигатель 55 механизма задвижки для полного закрытия задвижки в режиме помпажа, контакт 56 концевого выключателя для фиксации полного закрытия задвижки.

Кроме того,на фиг.2 показана запитка от сети постоянного тока шагового двигателя

54 механизма 49 задвижки через нормально открытые контакты 52 и 53 реле 44, а также запитка от этой же сети электродвигателя

55 для полного закрытия задвижки в режиме помпажа через контакт 56 концевого выключателя, фиксирующего полное закрытие задвижки и, соответственно, отключающего электродвигатель 55 от сети, Устройство работает следующим образом, Рабочая зона компрессора ограничивается граничной характеристикой сети Я„, проходящей через максил1умы напорных характеристик компрсссора Hp=f(Qk) для различных частот вращения вала компрессора (фиг.5), где Н, Qy — соответственно давление и расход на выходе компрессора, Справа от этой граничной характеристики— рабочая зона, слева — нерабочая (зона помпажа). В этой зоне компрессор работать не может.

Рабочая точка системы компрессор— пневма1ическая сеть определяется точкой пересечения напорной характеристики компрессора и пневматической сети, Регулирование производительности вниз от основной в схеме осуществляется аналогично известному устройству до точки

d (фиг.5). Так, в начальный период снижения производительности от номинального значения (О ) целесообразно снижать производительность дросселированием на всасе с последующим переходом на регулирование изменением частоты вращения в момент равенства потерь активной мощности при одном и втором способе регулирования производительности. Дальнейшее снижение производительности осуществляется изменением частоты вращения, и так до точки d. В точке d поступает сигнал о наличии помпажа и отклоючении компрессора от сети. Регулирование в известном устройстве осуществляется при обеспечении постоянного давления на выходе компрессора (Н=Н л), что и требуется по условию технологии производства сжатого воздуха в рабочие часы шахты (рудника).

Устройство позволяет расширить рабочий диапазон работы компрессора на величину Л Q (Wll Л Q). Известное устройство не может реализовать регулирование производительности от значения 01 и ниже (фиг,б) при изменении давления на выходе компрессора, т.е. расширить регулировочный диапазон по производительности компрессора, так как функциональный преобразователь 18 осуществляет закон регулирования v = f(Qp) и ри Нк=сопз, т.е. работа известного устройства ограничена точкой d. В известнол1 устройстве при достижении точки d (фиг.5) компрессор отключается . от сети, открывается противопомпажный клапан и весь вырабатываемый воздух уходит B атмосферу. Предлагаемое устройство увеличивает регулировочный диапазон, что позволяет более рачительно использовать сжатый воз1696751

20

55 дух, т,е. не выпускать его в атмосферу, а, направлять непосредственно в шахту. Известное устройство не позволяет работать при производительностях ниже Q1, поскольку эта производительность является граничной при. обеспечении номинального постоянногого давления íà выходе (фиг.5 и 6).

Величина номинального давления Н о в функциональном преобразователе 18 известного устройства представлена как константа. Т.е. расширить рабочую зону компрессора, как видно из фиг.6, 5, можно только изменив давление на выходе компрессора, что позволяет осуществить предлагаемое устройство. Геометрическое место максимумов напорных характеристик компрессора, т,е. значения производительностей О э« для каждой И, ограничивающих рабочую зону и зону помпажа, можно получить, зная аналитическое выражение зависимости Hg=f{Q!<) для различных И, взяв

d Hk производную =0 (и приравняв ее к

dQp нулю). Выражение напорной характеристики компрессора для различных и (3,4) следующие

Нк = Но И вЂ” И dQg — Ь2О к где Ho,d, Ь2 константы; б Н

dQs

= — Ио — 2Ь2 Qk = 0 .

ЦД

ОтСЮда QC э« I =- - —

2Ь

Вычисление 0 >« I осуществляется в схеме следующим образом, Блок 33 констант реализует зависимость {-d/2Ь2). Текущее значение г (при обеспечении закона регул ирован ия произв одител ьн ости при

Н =сопз1, что осуществляет в известном устройстве функциональный преобразователь 18) поступает с функционального преобразователя 18 на первый вход блока

40 умножения. Нэ второй вхоц блока 40 поступает константа (-d/2bð). На компараторе

36 происходит сравнение текущего значения произвоцительности компрессора и граничного значения Gk a« I, получаемого на выходе блока 40, При превышении Qp, >« значения текущего 0 ; в известном устройстве должен сигнализираваться помпаж (точки d на фиг.б и 5).

В предлагаемом устройстве при Ок экс l

Qa met< рабатывает реле 44, так кэк сигнал на положительном входе компаратора 36 превышает сигнал на отрицательном входе и диод, включенный в соответствии с показанным на фиг.1 способом, пропустит сигнал к реле 44. Сработав, реле 46 замыкает свои KQHTBKTt>l 52 и 53 в цепи питания шагсваго двигателя 54 механизма 49 задвижки, т.е. при этом задвижка нэ выходе компрессора 1 приоткрывает выход компрессора 1 в пневмосеть. что тем самым снижает сопротивление пневмосети, и условно характеристика сети становится R сю (фиг.2 и 6).

Рабочая точка системы компрессор — сеть смещается в точку е (фиг.6), Смещение характеристики сети в точку е (т,е, изменение характеристики пневмосети вследствие приоткрытия задвижки на выходе в пневмосеть) рассчитано аналитически таким образом, что давление в системе падает не меньше чем на 10 g,. Это требование необходимо соблюдать вследствие того, что, хотя давление в сети и стабилизируется в течение рабочей смены на шахте, отклонения его от номинального значения вниз могут достигать максимально 6-7;4 (на основании анализа статистических данных), а режим перехода работы системы нэ пониженное давление необходимо очень четко зафиксировать.

Нормально открытым контактом 45 с выдержкой времени на размыкание реле 44 подготавливается другая цепь формирования частоты вращения электропривода 2 через датчик 31 скорости. Выдержка времени контакта 45 нужна для формирования на выходе запоминающего устройства 48 сигнала, пропорционального требуемой частоте вращения электропривода 2, так как в момент изменения характеристики сети реле 44 отключается (фиг.1), Компаратор 38 на выходе дает сигнал при снижении давления в коллекторе до уровня 0,9 Нно, т.е. при смещении рабочей точки системы в точку е (фиг.б), При этом срабатывает реле 41, которое своими контактами 42 и 43 разрывает цепь запитки блока 25 фиксации частоты вращения электропривода от функционального преобразователя 18 и включает цепь запитки от датчика 31 скорости, нэ выходе которого формируется сигнал, пропорциональный частоте вращения электропривода

2, который поступает на первый вход блока

39 давления.

На второй вход блока 39 давления поступает сигнал, пропо рционал ьн ый номинальной скорости вращения электропривода 2, с блока 32 констант. На выходе блока 39 формируется сигнал текущей относительной частоты вращения v>«, который поступает на вход функционального преобразователя 47, формирующего на выходе сигнал частоты вращения, соответствующий работе электропривода 2 с частотой из (фиг,6). При этом электроприводу 2 задана новая частота вращения из, соответ1696751

30

55 ствующая переходу электропривода 2 на работу в точку f (фиг.6).

Следует отметить, что при переходе электропривода 2 из точки б в точку е (т.е, сразу же, как начинается искусственное изменение Rc) реле 44 отпускается, т.е. текущая производительность становится выше граничного значения, Однако, его контакты и в схеме аналогового запоминающего устройства 18 имеют выдержку времени на размыкание с целью формирования во времени (при отключении реле 44) на выходе запоминающего устройства 48 сигнала, пропорционального требуемой частоте вращения, которую необходимо установить электроприводу 2 при срабатывании реле 41 и переключении контактов 42 и 43. Эта частота фиксируется на выходе запоминающего устройства 48 и подается на блок 25 фиксации частоты вращения, несмотря на разрыв, через выдержку времени контакта 45 реле 44, Эта частота вращения будет фиксированной до тех пор, пока в процессе дальнейшего снижения производительности потребителей (работа электропривода 2 по кривой f—

g на фиг.6, ввиду изменения характеристики сети от Rcu до Rcr) рабочая точка не достигнет тачки g. При достижении электроприводом 2 рабочей точки срабатывает реле 44 и так далее, аналогично ранее рассмотренному.

На выходе запоминающего устройства

48 формируется новое значение частоты вращения, переводящее электропривод 2 B точку h (фиг.6). Реле 41 и его контакты остаются включенными ввиду того, что работа устройства происходит на пониженном давлении.

Такое регулирование происходит до значения давления Н=Нмин. Для более полного использования рабочего диапазона по производительности уровень срабатывания компаратора 3? принят равным 0,9 Нми, как показано на фиг.1 и 6, При достижении электроприводом 2 рабочей точки i дальнейший процесс регулирования осуществляется по кривой i — j, т.е. при повышении давления в сети, что позволит расширить на величину Л 0 — hai регулировочный диапазон по производительностити.

При достижении Нтек=0,9 Нмин срабатывает реле 46, замыкает свои контакты 50 и

51 в цепи питания электродвигателя 55 полного закрытия задвижки в режиме помпажа и сигнализирует в схему защиты от помпажа. При этом задвижка на выходе компрессора 1 полностью закрывается (полное закрытие фиксируется концевым выключателем, разрывающим контакт 56 в цепи запитки электродвигателя 55, что его абесточивает), открывается противопомпажный клапан и вырабатываемый сжатый воздух поступает в атмосферу.

Запуск компрессора до номинальной производительности осуществляется по обычной схеме пуска.

Аналоговое запоминающее устройство работает следующим образом, При замыкании контакта 45 реле 44 и дополнительного контакта реле 48 в схеме аналогового запоминающего устройства 48 (фиг,3) вступает в действие интегратор, интегрирующий входной сигнал, ограничиваемый элементом типа "Сигнатура". При постоянной интегрирования интегратора

Т=1с и единичном выходе ограничительного элемента, имеющего на первом входе сигнал, пропорциональный необходимой частоте вращения, например, равный 6В, выходной сигнал интегратора за 6с достигнет 6В.

После этого за счет сигнала, поступающего с выхода интегратора на второй инверсный вход ограничительного элемента, на выходе последнего устанавливается нулевое значение сигнала и процесс интегрирования интегратором прекращается, а на выходе интегратора сохраняется значение

6В, несмотря на разрывание через выдержку времени контакта 45 и контакта в схеме устройства 48 реле 44.

Выдержка времени указанных контактов выбирается из условия запоминания максимального сигнала задания скорости, При дальнейшем срабатывании реле 44 с изменившимся значением задания, например 5В, интегратор отрабатывает разностный сигнал задания и ранее установившегося сигнала на выходе интег, ратора (-1)В и запоминает значение заданий частоты вращения, соответствующее 5В.

Диаграмма отработки сигнала 6В и последующего сигнала 5В ва времени приведена на фи r.7.

Для обеспечения плавного перехода с одного значения скорости на другое, что особо важно для безударной работы электропривода 2, используют схему запоминающего устройства с двойным интегрированием, представленную нв фиг.4.

Таким образом, устройство позволяет при расширении рабочей эоны компрессора и контроле зоны помпажа обеспечить высокую надежность регулирования производительности компрессора.

Формула изобретения

Устройство регулирования производительности компрессора с регулируемым

1696751

12 электроприводом с расширением рабочей, зоны и контролем зоны помпажа, содержащее злектропривод с преобразователем частоты, первый, второй и третий контакторы, блок синхронизации, датчик тока преобразователя, нелинейный блок управления дроссельной заслонкой, блок модели ампер-секундной характеристики преобразователя, логический блок, датчик давления газа на выходе компрессора, датчик расхода газа на выходе компрессора, блок умножения, первый, второй, третий и четвертый функциональные преобразователи, первый компаратор и первое реле с первым, вторым и третьим контактами, блок фиксации частогы вращения, блок управления выпрямителем, блок управления инвертором, катушки первого, второго и третьего контакторов соответственно, подключенные через первый, второй и третий контакты первого реле к питающей сети, выход первого контактора через преобразователь частоты и второй контактор подключен к злектроприводу, входы первого и третьего контакторов и вход блока синхронизации связаны между собой, выход датчика тока преобразователя подключен к входу нелинейного блока, первый выход которого подключен к входу блока управления дроссельной заслонкой компрессора, а второй — к входу блока модели ампер-секундной характеристики преобразователя, выход которого подключен к первому входу логического блока, второй вход которого подключен к выходу блока синхронизации, первый выход — к второму входу третьего контактора, а второй выход — к второму входу второго контактора, первый выход блока фиксации частоты вращения через блок управления выпрямителем подключен к первому управляющему входу преобразователя частоты, второй выход блока фиксации частоты вращения через блок управления инвертором подключен к второму управляющему входу преобразователя частоты, выход третьего контактора подключен к второму входу блока синхронизации и электроприводу, выход датчика расхода газа на выходе компрессора подключен к первому входу блока умноже5

Q0

45 ния и входу третьего функционального преобразователя, выход которого через четвертый функциональный преобразователь подключен к первому входу первого компаратора, выход которого подключен к первому реле, выход датчика давления газа на выходе компрессора подключен к второму входу блока умножения и входу первого функционального преобразователя, выход которого подключен к первому входу второго функционального преобразователя, второй вход которого подключен к выходу блока умножения, а выход — к второму входу компаратора. о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности, оно дополнительно содержит датчик скорости вращения злектропривода, первый, второй, третий и четвертый блоки констант, второй, третий и четвертый компараторы, блокделения, второй блок умножения, второе реле с первым и вторым контактами. третье реле с контактом, четвертое реле, пятый функциональный преобразователь и аналоговое запоминающее устройство, выход третьего функционального преобразователя подключен через первый контакт второго реле к входу блока фиксации частоты вращения и первому входу второго блока умножения, выход которого подключен к первому входу второго компаратора, второй вход которого подключен к выходу датчика расхода газа на выходе ком и рессора, а выход — к третьему реле, выход датчика скорости вращения электропривода через последовательно с оединенные блок деления, пятый функциональный преобразователь, контакт третьего реле, аналоговое запоминающее устройство и второй контакт второго реле подключен к первому входу второго блока умножения, выход датчика давления газа на выходе компрессора подключен к первым входам третьего и четвертого компараторов, выходы которых подключены к входам соответственно четвертого и второго реле, выходы первого, второго, третьего и четвертого блоков констант подключены к вторым входам соответственно блока деления, второго блока умножения, третьего компаратора и четвертого компаратора.

1696751

1696751

169675 I п(в)

И

58

1С

Фиг. 7

l/(В)

01l 54 Ю

Фиг. Р

Составитель В.Колесников

Редактор M.ßíêoaè÷ Техред М.Моргентал Корректор М.Шароши

Заказ 4290 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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