Способ управления процессом охлаждения компрессорного агрегата

 

Сущность изобретения: измеряют режимные параметры компрессора, температуру воздуха на выходе из промежуточного воздухоохладителя (ПВ) и изменение температуры воздуха на выходе из ПВ путем изменения расхода охлаждающей воды через ПВ. В ПВ в качестве режимных параметров принимают температуру воды на входе и выходе ПВ, давление воздуха на входе и выходе первой и второй ступени сжатия, напор циркуляционного насоса и вычисляют оптимальную температуру воздуха на выходе из ПВ по заданной зависимости. Затем сравнивают оптимальную температуру на выходе ПВ с измеренной. Изменяют расход охлаждающей воды через ПВ в сторону выравнивания оптимальной и измеренной температур. 1 ил.

Изобретение относится к компрессорным машинам.

Известен способ охлаждения компрессорного агрегата путем циркуляции охлаждающей воды, расход которой поддерживается в определенном диапазоне при помощи реле давления (см. книгу Мелькумов Л. Г. , Найман А. Е. , Травкин Е. К. Автоматизация пневматического хозяйства шахт и рудников. - М. , Недра, 1977, с. 231).

Способ заключается в том, что охлаждающая вода поступает во все охлаждающие полости компрессора, в промежуточный и концевой воздухоохладители с определенным давлением. При выходе давления охлаждающей воды за пределы допустимого подается сигнал на магнитный пускатель, и электродвигатель компрессора останавливается.

Известный способ не позволяет повысить экономичность компрессора, т. к. при его реализации не обеспечивается оптимальный температурный режим компрессора.

Известен также способ охлаждения компрессорного агрегата путем циркуляции охлаждающей воды, расход которой регулируют автоматически при изменении режимного параметра компрессора (см. авт. свид. СССР N 538152, кл. F 04 B 39/06, опубл. 05.12.76, БИ 45).

Этот способ заключается в том, что охлаждающая вода поступает во все охлаждающие полости компрессора и в промежуточный воздухоохладитель, а ее расход регулируют в зависимости от скорости вращения вала.

Способ не позволяет повысить экономичность компрессорного агрегата, т. к. практически трудно изменять частоту вращения электродвигателя, приводящего в движение компрессор. Кроме того, способ не учитывает того, что температура охлаждающей воды изменяется в зависимости от времени года и суток, компрессор работает на разное конечное давление при изменяющихся степенях повышения давления по ступеням сжатия, а также не учитывает и не поддерживает оптимальную температуру воздуха после промежуточного воздухоохладителя.

Из известных способов наиболее близким к предлагаемому является способ охлаждения компрессорного агрегата путем поддержания оптимального температурного режима, осуществляемого пропорционально температуре и влагосодержанию сжатого воздуха в промежуточном и концевом холодильниках.

Этот способ заключается в том, что замеряют температуру воздуха на выходе из промежуточного холодильника, а в качестве режимного параметра используют влагосодержание всасываемого и сжатого воздуха и изменение подачи охлаждающей воды осуществляют пропорционально температуре и влагосодержанию сжатого воздуха соответственно в промежуточном и концевом холодильниках, а при снижении влагосодержания всасываемого воздуха ниже заданной величины полностью прекращают подачу воды в концевой холодильник.

Способ не позволяет повысить экономичность компрессорного агрегата, т. к. не учитывает все режимные параметры, влияющие на эффективность работы компрессора. Кроме того, измерение влагосодержания всасываемого и сжатого воздуха сопряжено со значительными трудностями и реализация способа существенно усложнит схему автоматизации, снизив тем самым ее надежность.

Цель изобретения - снижение энергопотребления компрессорного агрегата за счет оптимизации расхода охлаждающей воды на промежуточный воздухоохладитель.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе охлаждения компрессора, включающем измерение режимных параметров компрессора, температуры воздуха на выходе из промежуточного воздухоохладителя и изменение температуры воздуха на выходе из промежуточного воздухоохладителя путем изменения расхода охлаждающей воды через промежуточный воздухоохладитель, согласно изобретению, в промежуточном воздухоохладителе в качестве режимных параметров принимают температуру воды на входе и выходе промежуточного воздухоохладителя, давление воздуха на входе и выходе первой и второй ступени сжатия, напор циркуляционного насоса и вычисляют оптимальную температуру воздуха на выходе из промежуточного холодильника по следующей зависимости: TT · - - - 1, (1) где Т₁^(opt) - температура воздуха на выходе из промежуточного воздухоохладителя, К; Т₁ - измеренная температура воздуха на входе промежуточного воздухоохладителя, К; Т_в - измеренная температура воды на входе промежуточного воздухоохладителя, К; Т_х - измеренная температура воды на выходе промежуточного воздухоохладителя, К; Р_о - измеренное давление воздуха на входе в цилиндр первой ступени, Па; Р₁, Р₂ - измеренные давления воздуха после первой и второй ступеней сжатия компрессора, Па; Р_н - измеренный напор циркуляционного насоса, Па; n₁ - показатель политропы процесса сжатия в первой ступени компрессора; n₂ - показатель политропы процесса сжатия во второй ступени компрессора; R - газовая постоянная, Дж/кг К;
η - КПД компрессора;
η _н - КПД насоса;
С₁₃ - удельная теплоемкость воздуха, Дж/кг К;
С - удельная теплоемкость воды, Дж/кг К.

Затем сравнивают оптимальную температуру на выходе промежуточного воздухоохладителя с измеренной, а потом изменяют расход охлаждающей воды через промежуточный воздухоохладитель в сторону выравнивания оптимальной и измеренной температур.

Предлагаемый способ управления процессом охлаждения компрессорного агрегата основан на связи параметров процесса сжатия в первой и второй ступени сжатия с параметрами процесса теплоотдачи в промежуточном воздухоохладителе (при этом расход энергии на сжатие зависит от эффективности охлаждения газа в промежуточном воздухоохладителе; охлаждение же цилиндров компрессора обеспечивает только нормальные условия смазки и на расход энергии влияет незначительно, т. к. процесс сжатия протекает быстро и теплообмен между газом и стенками цилиндра не успевает осуществиться).

На чертеже приведена схема управления процессом охлаждения компрессорного агрегата.

Предлагаемый способ управления процессом охлаждения компрессорного агрегата, включающего цилиндры первой 1 и второй 2 ступеней сжатия, промежуточный 3 и концевой 4 воздухоохладители, градирню 5, циркуляционный насос 6, осуществляется системой управления, составленной из датчиков температуры 7, 8, 8, 10, 11, 12, 13, датчиков давления 14, 15, 16, регуляторов температуры 17, 18, 19, 20, исполнительных устройств с регулирующими органами 21, 22, 23, 24, датчика давления воздуха на входе компрессора 25, функционального блока 26.

Способ управления процессом охлаждения компрессорного агрегата осуществляется системой автоматического управления следующим образом. Температура охлаждающей воды на выходе из цилиндров 1 и 2 измеряется датчиками 11 и 12 соответственно и регулируется на заданных значениях регуляторами 17 и 19, сигнал которых поступает на исполнительные устройства 21 и 23 с регулирующими органами, изменяющими расход воды, соответственно, на охлаждение первого и второго цилиндров.

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 воздухоохладителе.

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 26. Сигнал с регулятора 18 подается на исполнительное устройство 22 с регулирующим органом, изменяющим расход охлаждающей воды в промежуточном воздухоохладителе.

Сигналы с датчиков 8 - температуры воды на выходе промежуточного воздухоохладителя, 9 - температуры воды на входе в промежуточный воздухоохладитель, 10 - температуры воздуха на входе промежуточного воздухоохладителя, 14 - давления воздуха после цилиндра первой ступени, 25 - давления воздуха на входе в первую ступень, 15 - давления воздуха после второй ступени, 16 - напора, создаваемого циркуляционным насосом, поступают в функциональный блок 26, где по алгоритму, соответствующему уравнению (1), вычисляется значение температуры воздуха на выходе промежуточного воздухоохладителя.

Рассмотрим работу способа охлаждения компрессорного агрегата при изменении, например, температуры охлаждающей воды на входе в промежуточный воздухоохладитель. В этом случае на выходе функционального блока 26 появится сигнал, который изменит задание регулятору 18. Этот регулятор, воздействуя на исполнительное устройство 22, изменит температуру воздуха на выходе промежуточного воздухоохладителя до оптимального значения изменением расхода воды.

Аналогичным образом система управления функционирует при изменении других параметров, поступающих на вход функционального блока 26. Формирование нового значения выходного сигнала функционального блока 26 производится по значениям входных параметров, взятых в момент, соответствующей окончанию переходного процесса от предыдущей коррекции задания регулятору 18.

П р и м е р. Определить оптимальную температуру сжатого воздуха после промежуточного воздухоохладителя для компрессора 4М10-1000/8 при которой будет наименьший суммарный расход электроэнергии на выработку сжатого воздуха для следующих исходных данных:
Измеренные значения параметров
Т₁ = 433 К, Т_В = 294 К, Т_х = 301 К
Р₀ = 100000 Па, Р₁ = 300000 Па, Р₂ = = 800000 Па, Р_н = 200000 Па.

Справочные данные
R = 287 Дж/кг; n₁ = 1,20; n₂ = 1,25; η = = 0,7; η _н = 0,7; С_р = 1000 Дж/кг˙К; С = 4190 Дж/кг˙К.

Подставив данные в формулу (1), получим T¹₁^(opt)= 433 _ _ - 1= 320K
Таким образом, оптимальная температура воздуха после промежуточного воздухоохладителя для данных условий будет равна 47^оС.

Значение температуры, равное Т₁^(opt) = = 47^оС поддерживается путем изменения расхода охлаждающей воды на промежуточный воздухоохладитель.

Предлагаемый способ управления охлаждением компрессорного агрегата типа 4М10-100/8 позволяет снизить энергопотребление по сравнению с прототипом с 623 кВт ч до 607 кВт ч. (56) Авторское свидетельство СССР N 694657, кл. F 04 B 39/06, 1978.

Формула изобретения

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ОХЛАЖДЕНИЯ КОМПРЕССОРНОГО АГРЕГАТА, включающий измерение режимных параметров компрессора, температуры воздуха на выходе из промежуточного воздухоохладителя и изменение температуры воздуха на выходе из промежуточного воздухоохладителя путем изменения расхода охлаждающей воды через промежуточный воздухоохладитель, отличающийся тем, что, с целью снижения энергопотребления путем оптимизации расхода охлаждающей воды, в промежуточном воздухоохладителе в качестве режимных параметров принимают температуру воды на входе и выходе промежуточного воздухоохладителя, давление воздуха на входе и выходе первой и второй ступеней сжатия, напор циркуляционного насоса и вычисляют оптимальную температуру T₁^оптвоздуха на выходе из промежуточного холодильника по следующей зависимости
T^о₁^пт = T ×
× - - 1;
где T₁ - измеренная температура воздуха на входе промежуточного воздухоохладителя, К;
T_в - измеренная температура воды на входе промежуточного воздухоохладителя, К;
T_x - то же на выходе промежуточного воздухоохладителя, К;
P₀ - измеренное давление воздуха на входе в цилиндр первой ступени, Па;
P₁, P₂ - измеренные давления воздуха после первой и второй ступеней сжатия компрессора, Па;
P_н - измеренный напор циркуляционного насоса, Па;
n₁ - показатель политропы процесса сжатия в первой ступени компрессора;
n₂ - то же во второй ступени компрессора,
R - газовая постоянная, Дж/(кг. К);
η - КПД компрессора;
η_н - КПД насоса;
C_р - удельная теплоемкость воздуха, Дж/(кг. К);
C - удельная теплоемкость воды, Дж/(кг. К),
затем сравнивают оптимальную температуру на выходе промежуточного воздухоохладителя с измеренной и изменяют расход охлаждающей воды через промежуточный воздухоохладитель в сторону выравнивания оптимальной и измеренной температур.

РИСУНКИ

Рисунок 1