Способ управления процессом охлаждения компрессорного агрегата с использованием вторичных теплоэнергоресурсов и устройство для его осуществления
Сущность изобретения: изменяют подачу охлаждающей жидкости на промежуточный воздухоохладитель (ВО) в зависимости от режимных параметров. Изменение подачи жидкости осуществляют при регулировании т-ры воздуха на выходе промежуточного ВО в соответствии с определенной зависимостью . В качестве режимных параметров используют фактическую т-ру воздуха и охлаждающей воды на входе и выходе ВО, давление воздуха на .входе и выходе первой и на выходе второй ступени сжатия и давление циркуляционного водяного насоса. Для осуществления способа выходы датчиков т-ры охлаждающей воды на выходе-первой и второй ступеней сжатия, регуляторов т-ры, связанных с регулирующими органами, изменяющими расход воды на цилиндры датчиков т-ры воздуха на выходе из концевого ВО, связанных с регулятором , соединенным с исполнительным устройством, изменяющим расход охлаждающей воды на концевом ВО, датчиков т-ры воды на входе в промежуточный ВО, давление воздуха на входе и выходе первой и на выходе второй ступени, давления циркуляционного водяного насоса соединены с входом функционального блока, определяющего оптимальную т-ру воздуха по заданной формуле. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ О о К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4933358/29 (22) 05.05.91 (46) 23.04.93. Бюл. O 15 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт охраны окружающей природной среды в угольной промышленности и Пермский политехнический институт . (72) А.А.Рыбин и Д.Г.Закиров, (56) Рейнер Г.P. Автоматизация поршневых компрессорных установок, Машиностроение, 1963. с.87. Авторское свидетельство СССР N 538152, кл. F 04 В 39/06, 1970. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ОХЛАЖДЕНИЯ КОМПРЕССОРНОГО АГРЕГАТА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВТОРИЧНЫХ ТЕПЛОЭНЕРГОРЕСУРСОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Сущность изобретения: изменяют подачу охлаждающей жидкости на промежуточный воздухоохладитель (ВО) в зависимости от режимных параметров. Изменение подачи жидкости осуществляют при регулироИзобретение относится к области компрессоростроения, в частности к способам охлаждения комп рессорного агрегата. Цель изобретения — повышение экономичности путем поддержания оптимального температурного режима и снижение энергопотребления. Кроме того, вместо широко распространенных градирен используют тепловой насос, в испарителе которого происходит.. Ж 1810606 А1 вании т-ры воздуха на выходе промежуточного ВО в соответствии с определенной зависимостью. B качестве режимных параметров используют фактическую т-ру воздуха и охлаждающей воды на входе и выходе В0, давление воздуха на входе и выходе первой и на выходе второй ступени сжатия и давление циркуляционного водяного насоса. Для осуществления способа выходы датчиков т-ры охлаждающей воды на выходе первой и второй ступеней сжатия, регуляторов т-ры, связанных с регулирующими органами, изменяющими расход воды на цилиндры датчиков т-ры воздуха на выходе из концевого ВО, связанных с регулято-. ром, соединенным с исполнительным . устройством, изменяющим расход охлажда- ющей воды на концевом В0, датчиков т-ры воды на входе в промежуточный ВО, давление воздуха на входе и выходе первой и на выходе второй ступени, давления циркуляционного водяного насоса соединены с входом функционального блока, оп ределя ю щего оптимальную т-ру воздуха по заданной формуле. 2 с.п. ф-лы, 1 ил. охлаждение оборотной воды, а в конденсаторе — передача утилизированной теплоты, повышенного потенциала в водопроводной воде, используемой затем для бытовых нужд или низкотемпературного отопления. Заявляемый способ управления процессом охлаждения компрессорного агрегата основан на следующей связи параметров процессов сжатия в первой и второй ступенях сжатия и теплопередачи в промежуточ1810606 ном воздухоохладителе (на расход энергии на сжатие влияет эффективное охлаждение газа в промежуточном воздухоохладителе, охлаждение цилиндров обеспечивает нормальные условия смазки и на расход энергии влияет незначительно, так как процесс сжатия протекает быстро и теплообмен между газом и стенками цилиндра не успевает осуществляться), Мощность, затрачиваемая на сжатие в первой и второй ступени и на подачу охлаждающей воды в промежуточный воздуоохладитель, + !} + М»Р» Цн n — 1 1 п (2) Удельная работа во второй ступени определится n — 1 I — .1Вт1 Р " -1, (3) Расход воды через промежуточный воздухоохладител ь Мх (4) После подстановки (2), (3) и (4) в (1) получим (5) Продифференцируем (5) по Т1 и приравняем результат к нулю --":--, —-.:- .,"" ("((-,.(;.,;"((-„ ((.,— ",; Д" ",., (6) где N - -суммарная потребляемая мощность, Вт; I, I — удельная работа сжатия в первой и второй ступени, Дж/кг; Мх — массовый расход воды через промежуточный воздухоохладитель, кг/с, Удельная работа s первой ступени, с учетом недоохлаждения воздуха в промежу, точном воздухоохладителе будет Принимая во внимание, что n — 1 n — 1 — — и То = Т1 = из уравнения (6) получим Й ((»(.. H (...-о. 10 ,, Р) Разрешая (7) относительно Т1 (), найдем ! i(apl «- 7 Р„СР Р ((! 15 „(«), " -., . (, " (8) Уравнение (8) позволяет найти оптимальную величину температуры сжатого воздуха на выходе из промежуточного воз20 духоохладителя, обеспечивающую минимальный суммарный расход электроэнергии на сжатие газа в двухступенчатом компрессоре и циркуляцию оборЬтной охлаждающей воды, 25 Нагретая вода от компрессорного агрегата поступает в испаритель теплового насоса, где отдавая теплоту, охлаждается до заданной оптимальной температуры (вне 30 зависимости от времени года и суток) и снова подается на охлаждение. В конденсатор теплового насоса из водопровода подается вода, используемая для бытовых нужд илй низкотемпературного отопления. На чертеже показана схема управления процессом охлаждения компрессорного а(грегата, охлаждения. оборотной воды и утилизации ее низкопотенциальной теплоты. Заявляемое устройство управления 40 процессом охлаждения компрессорного агрегата с использованием вторичных теплоэнергоресурсов, включающее цилиндры первой 1 и второй 2 ступеней сжатия, промежуточный 3 и концевой 4 воздухоохлади- 45 тели, тепловой насос 5. циркуляционный насос 6, содержит систему управления, состоящую из датчиков температуры 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 29, 32, датчиков давления 14, 15, 1 б, 26, регуляторов температуры 17, 18, 19, 50 20, 30, 33, исполнительных устройств с регулирующими органами 21, 22, 23, 24, 31, 34, функционального блока 25, Способ управления процессом охлаждения компрессорного агрегата с использо55 ванием вторичных теплоэнергоресурсов осуществляется системой автоматического управления следующим образом. Температура охлаждающей воды на выходе из цилиндров 1 и 2 измеряется датчиками 11 и 12 и регулируется на заданных 1810606 Ф 20 45 значениях регуляторами 17 и 19, сигнал с которых поступает на исполнительные устройс.ва 21 и 23 с регулируемыми органами, изменяющими расход воды на 1 и 2 цилиндра соответственно. Температура воздуха на выходе концевого воздухоохладителя измеряется датчиком 13 и регулируется на заданном значении регулятором 20, связанным с исполнительным устройством 24, изменяющим расход охлаждающей воды в концевом воэдухоохладителе. Температура воздуха на выходе промежуточного воздухоохладителя измеряется датчиком 7, сигнал с которого поступает на регулятор 18, где этот сигнал сравнивается с сигналом задания, поступающим с функционального блока 25. Сигнал с регулятора . 18 подается на исполнительное устройство 22 с регулируемым органом, изменяющим расход охлаждающей воды в промежуточном вохдухоохладителе. Сигналы с датчиков 7 — температура воздуха после промежуточного воздухоохладителя, 8 — температура воды на выходе промежуточного воздухоохладителя, 9— температура воды на входе в промежуточный воздухоохладитель, 10 — температура. воздуха на входе промежуточного воздухоохладителя, 14 — давление воздуха после цилиндра первой ступени, 26 — давление воздуха на входе в первую ступень, 15— давление воздуха после второй ступени, 16 . — давления, создаваемого циркуляционным насосом, поступают в функциональный блок 25, где по алгоритму соответствующему уравнению (8) вычисляется значение температуры воздуха на выходе промежуточного воздухоохладителя, соответствующее минимуму суммарной потребляемой энергии, затрачиваемой на сжатие в первой и второй ступенях компрессора и на подачу охлаждающей воды циркуляционным насосом в промежуточныйй воздухоохладител ь. Сигнал функционального блока 25, соответствующий рассчита н ному значению температуры воздуха после промежуточного воздухоохладителя, подается как задание на регулятор температуры после промежуточного воздухоохладителя, После охлаждения компрессорного ar- 5 регата нагретая вода поступает в испаритель 27 теплового насоса, где, отдавая теплоФу на испарение хладагента, охлаждается до необходимой температуры и насосом 6 снова подается на охлаждение 5 компрессорного агрегата. Температура воды на выходе из испарителя измеряется датчиком 29 и регулируется на заданном значении регулятором 30, сигнал с которого поступает на исполнительное устройство 31 с регулирующим органом (дроссельным вентилем). Температура горячей воды, выходящей из конденсатора теплового насоса, измеряется датчиком 32 и регулируется на заданном значении регулятором 33, сигнал с которого поступает на исполнительное устройство 34 с регулирующим органом, изменяющим расход воды. Рассмотрим работу способа охлаждения компрессорного агрегата при изменении, например, давления на стороне нагнетания после второй ступени компрессора. В этом случае на выходе функционального блока 25 появится сигнал, соответствующий новому значению температуры воздуха на входе в цилиндр второй ступени, который изменит задание регулятору 18, этот регулятор, воздействуя на исполнительное устройство 22, изменит температуру воздуха на выходе промежуточного воэдухоохладителя до вычисленного значения изменением расхода охлаждающей воды. Аналогичным образом система управления функционирует при изменении других параметров на входе функционального блока 25. Формирование нового значения выходного сигнала функционального блока 25 производится по значениям входных параметров, взятых в момент, соответствующий окончанию переходного процесса от предыдущей коррекции задания регулятору 18. Система может быть реализована на базе микропроцессора и на средствах агрегатных систем электроавтоматики или пневмоавтоматики. Пример конкретного выполнения. Определить оптимальную температуру сжатого воздуха после промежуточного воздухоохладителя для компрессора 4М 10100/8, при которой будет наименьший суммарный расход электроэнергии на выработку сжатого воздуха для следующих исходных данных: Измеренные значения параметров: Т1= 389 K; Te = 303 K; Tx = 312 К: Ро =0,1; Р - 0,35 10; Pz = =0,899 10 Па; PH=0,2 ° 10 Па. Справочные данные: R = 287 Дж/(кг К); п = 1,25; g - 0,7; rí = 0,7; Ср - 1000 Дж/(кг К); С *. =4190 Дж/(кг ° К). Подставив данные в формулу (8), получим 1810606 ал (О 899/О Б)» 5 с ° »o» <»o О.т Корт) с 50 т)") /09911 02 9»29 025 289(— 1 3,5 — i Ì9 .9 — ».5 389 )0,25 (».25) О,25 )».25) с )98»0 ° 5.)4»0 К Т.е. оптимальная температура воздуха после промежуточного воздухоохладителя . для данных условий будет равн5) 314 К. 10 Значение температуры T> = 314 К поддерживается системой управления пу .тем регулирования расхода охлаждающей воды на промежуточный воздухоохладитель. 15 Предлагаемый способ управления охлаждением компрессорного агрегата типа 4М10-100/8 позволит. снизить энергопотребление по.сравнению с прототипом с 613 к8т . ч до 569 к8т - ч, то есть на 44 20 к8т ч, а утилизация теплоты оборотной воды позволит выработать около 20 тыс. ГДж теплоты в год. Формула изобретения 1. Способ управления.процессом ох- 25 лаждения компрессорного агрегата с использованием вторичных теплоэнергоресурсов, заключающийся в изменении подачи охлаждающей жидкости на промежуточный воэдухоохладитель в зави- 30 симости от режимных параметров, о т л и ча ю шийся тем, что, с целью повышений экономичности путем поддержания оптимального температурного режима и снижения энергопотребления эа счет утилизации 35 низкопотенциальной теплоты охлаждающей жидкости, изменение подачи охлаждающей. жидкости осуществляют при регулировании температуры воздуха на выходе промежуточного воздухоохладителя в 40 соответствии с зависимостью: О Т где Ti — оптимальЧое значение темпера- 45 туры воздуха на выходе промежуточного воэдухоохладителя, К; п — показатель политропы сжатия; R — газовая постоянная, Дж/(кг Kj; у- КПД компресСора; ф» — КПД насоса; С) — удельная теплоемкость воздуха, Дж/(кг . К): С вЂ” удельная теплоемкость воды, Дж/(кг K); 55 Т1 — измеренное(фактическое) значение температуры сжатого воздуха на выходе промежуточного воздухоохладителя, К; T)» — фактическое значение температуры воды на входе промежуточного воздухоохладителя, К; Tx — температура воды на выходе из промежуточного воздухоохладителя, К; Ро — фактическое значение давления воздуха на входе в цилиндр первой ступени, Па; Р), Pg — фактическое значение давления воздуха после первой и второй ступеней, Па; PH — фактическое значение давления циркуляционного водяного насоса, Па. в качестве режимных параметров используют фактическую температуру воздуха и охлаждающей воды на входе и выходе промежуточного воздухоохладителя, давление воздуха на входе и выходе первой и на выходе второй ступеней сжатия и давление циркуляционного водяного насоса. 2. Устройство для управления процессом охлаждения компрессорного агрегата с использованием вторичных теплоэнергоресурсов, содержащее датчики и регуляторы температуры воздуха и охлаждающей воды, о т л и ч а ю щ е еся тем,,что,,с целью повышения экономичности путем поддержания оптимального температурного режима и снижения энергопотребления за счет утилизации низкопотенциальной теплоты охлаждающей жидкости, выходы датчиков температуры охлаждающей. воды на выходе первой и второй ступеней сжатия, регуляторов температуры, связанных с регулирующими органами, изменяющими расход воды на цилиндры, датчиков температуры воздуха на выходе из концевого воздухоохладителя, связанных с регулятором, соединенным с исполнительным устройством, изменяющим расход охлаждающей воды на концевом воздухоохладителе, датчиков температуры воды на входе в промежуточный воэдухоохладитель, давления воздуха на входе и выходе первой и на выходе второй ступеней, давления циркуляционного водяного насоса соединены с входом функционального блока, определяющего оптимальную температуру воздуха по формуле: сР„С,Z (,1" » с.» О-3 („ С К(— »1 (, I 1 (»1 а1 „. »(О 1 где Т1 Р - оптимальное значение температуры воздуха на выходе промежуточного воздухоохладителя, К; и — показатель политропы сжатия; R — азовая постоянная, Дж/(кг К); g — КПД компрессора; g»» — КПД насоса; 1810606 Корректор ll.Ãåðåøè Редактор М.Козлова Техред M.Mîðãåíòàë Заказ 1432 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 Ср — удельная теплоемкость воздуха, Дж/(кг К); С -- удельная теплоемкость воды, Дж/(кг К); T> — измеренное(фактическое) значение температуры сжатого воздуха на выходе промежуточного воздухоохладителя, К; Т вЂ” фактическое значение температуры воды на входе промежуточного воздухоохладителя, К: Тк — температура воды на выходе из промежуточного воздухоохладителя, К; Ро — фактическое значение давления воздуха на входе в цилиндр первой ступени, Па; Р>, Р— фактическое значение давления воздуха после первой и второй ступеней, Па; PH — фактическое значение давления 5 циркуляционного водяного насоса, а выход функционального блока соединен с входом регулятора температуры воздуха, сравнивающего фактическую и оптимальную температуры и направляющего сигнал10 задание на исполнительное устройство с регулирующим органом, регулирующим расход охлаждающей воды на промежуточный воздухоохладитель, 
