Способ регулирования компрессорной станции (варианты), способ регулирования основного параметра газа компрессорной станции и устройство для регулирования компрессорной станции (варианты)

 

Использование: при регулировании компрессорной станции, состоящей из нескольких динамических компрессоров. Сущность изобретения: регулятор станции регулирует основной параметр газа, увеличивая или уменьшая производительность станции для восстановления основного параметра газа до необходимого уровня сначала путем одновременного изменения работы всех отдельных компрессоров, например, уменьшения их скорости и затем, по достижении рабочими точками всех компрессоров соответствующих им линий настройки антипомпажного регулирования, путем одновременного открытия всех антипомпажных клапанов. В предлагаемой схеме распределения нагрузки один компрессор автоматически выбирается ведущим. При параллельной работе тот компрессор, который выбран ведущим, имеет наибольшее расстояние до соответствующей линии настройки антипомпажного регулирования. При последовательной работе ведущий компрессор имеет самое низкое значение критерия, определяемого расстоянием до линии настройки антипомпажного регулирования и эквивалентным массовым расходом через компрессор. За ведущим компрессором следуют остальные, чтобы уравнять свои расстояния до соответствующих линий настройки антипомпажного регулирования или критериев R со значениями, соответствующими ведущему компрессору. 5 с.п. ф-лы, 4 ил.

Настоящее изобретение относится, в основном, к способу регулирования и устройству, осуществляемому регулирование, для поддержания постоянного значения одного из таких основных параметров газа, как, например, давление всасывания, давление нагнетания или расход на выходе, в компрессорной станции, состоящей из нескольких динамических компрессоров. Изобретение позволяет системе управления станции, регулирующей основной параметр газа, увеличивать или уменьшать ее производительность для восстановления основного параметра газа необходимого уровня сначала путем одновременного изменения производительности всех компрессоров, находящихся в работе (например, уменьшением их скорости), а затем, после того как рабочие точки всех машин достигнут соответствующих линий настройки антипомпажного регулирования, путем одновременного открытия антипомпажных клапанов.

В предлагаемой схеме распределения нагрузки один компрессор автоматически выбирается в качестве ведущего агрегата. При параллельной работе ведущим выбирается тот компрессор, рабочая точка которого находится на наибольшем расстоянии до линии настройки антипомпажного регулирования. При последовательной работе ведущий компрессор должен иметь самое низкое значение критерия R, определяемого расстоянием до линии настройки антипомпажного регулирования и эквивалентным массовым расходом через компрессор.

За ведущим компрессором следуют остальные компрессоры, расстояния от рабочих точек которых до соответствующих линий настройки антипомпажного регулирования (или критерия R), выравниваются в соответствии с расстоянием у ведущего агрегата.

В предлагаемой схеме система регулирования станции может уменьшать производительность каждого компрессора только до тех пор, пока не возникнет угроза помпажа. После этого основной параметр газа регулируется путем управления открытием антипомпажных клапанов для изменения расхода газа.

Настоящее изобретение относится, в основном, к способам регулирования и регулирующим устройствам для управления компрессорными станциями, а более конкретно к способам регулирования и устройствам для управления динамическими компрессорами, работающими параллельно и последовательно.

Все известные системы регулирования для параллельно и последовательно работающих компрессоров могут быть разделены на две категории. К первой категории относятся системы, в которых устройства для защиты от помпажа и устройства, регулирующие основной параметр газа станции, не связаны между собой и не зависят друг от друга. Устройство, регулирующее работу станции, изменяет производительность каждого компрессора путем установки заранее обусловленных коэффициентов передачи и величин смещения, которые остаются постоянными при работе станции. Для некоторых компрессоров коэффициенты передачи равны нулю, а величины смещения задаются так, чтобы обеспечить работу при базовой нагрузке с постоянной скоростью, которая часто бывает равна максимальной.

Данная категория систем регулирования не может, однако, разрешить две следующие основные проблемы.

Первая проблема связана с необходимостью изменения коэффициентов передачи и величин смещения уставок устройства распределения нагрузки для оптимального ее распределения при изменении условий работы станции, например, условий на выходе или износ отдельных агрегатов. Вторая проблема связана с возможными отрицательными взаимовлияниями между устройством, регулирующим работу станции, и устройствами антипомпажного регулирования отдельных компрессоров в условиях непрерывного уменьшения требуемого расхода. Часто в таких системах регулирования один компрессор работает далеко от границы помпажа, в то время как работа других компрессоров осуществляется в опасной близости к помпажу и даже с включением антипомпажного перепуска газа для его предотвращения.

В системе регулирования второй категории применяется каскадная схема управления, представляющая каскадное соединение устройства, осуществляющего регулирование станции, и устройств для распределения нагрузки между отдельными агрегатами. В системах этой категории устройство, регулирующее работу станции, меняет уставки на расстояния от рабочих точек отдельных компрессоров до соответствующих границ помпажа.

Если при параллельной работе компрессоров некоторые приемы стабилизации являются эффективными для того, чтоб каскадная схема работала устойчиво, то при последовательной работе эта схема совершенно непригодна. Но даже при параллельной работе вышеназванные приемы стабилизации снижают динамическую точность регулирования.

Можно, однако, значительно усовершенствовать регулирование компрессоров как для параллельно, так и последовательно работающих агрегатов, исключив каскадную схему, но, тем не менее, обеспечив выравнивание относительных расстояний от рабочих точек до соответствующих линий настройки антипомпажного регулирования. Можно добиться еще большего усовершенствования, обеспечив взаимосвязь между всеми контурами регулирования, с тем чтобы исключить опасные взаимовлияния между ними при работе на предпомпапжных режимах.

Основная цель данного изобретения обеспечить достижение рабочими точками всех одновременно работающих компрессоров соответствующих линий настройки антипомпажного регулирования прежде, чем регулирование основного параметра газа станет осуществляться посредством крайне неэкономичного перепуска.

Другая цель данного изобретения создать такую систему регулирования, которая осуществляла бы стабильное и точное регулирование основного параметра газа, сочетая при этом эффективную защиту от помпажа и оптимальное распределение нагрузки между одновременно работающими компрессорами.

Основные преимущества данного изобретения состоят в расширении зоны безопасной работы агрегатов без перепуска для каждого отдельного компрессора и компрессорной станции в целом, минимизации и исключении отрицательного взаимовлияния контуров регулирования и увеличения стабильности системы и быстродействия регулирования.

В соответствии с предлагаемым изобретением каждый динамический компрессор компрессорной станции регулируется тремя взаимосвязанными контурами регулирования.

Первый контур регулирует основной параметр газа, общий для всех компрессоров, работающих на станции. Этот контур включает в себя главный регулятор станции, общий для всех компрессоров. Главный регулятор станции может последовательно управлять вначале положением исполнительного органа каждого отдельного компрессора, как, например, регулятором скорости, дроссельным клапаном на стороне нагнетания и т.д. а затем каждым отдельным исполнительным органом антипомпажного регулирования, таким, например, как перепускной клапан.

Второй контур регулирования обеспечивает оптимальное распределение нагрузки. Он включает в себя регуляторы распределения нагрузки, по одному для каждого компрессора. Регулятор распределения нагрузки обеспечивает условия, при которых рабочая точка компрессора достигает соответствующей линии настройки антипомпажного регулирования одновременно с рабочими точками других компрессоров до начала антипомпажного процесса, например, перепуска газа. Выходной сигнал регулятора распределения нагрузки каждого отдельного компрессора имеет связь с выходным сигналом главного регулятора станции, общего для всех компрессоров, обеспечивая уставку для исполнительного органа каждого агрегата.

Третий контур регулирования включает в себя антипомпажный регулятор, который вычисляет относительное расстояние до линии настройки антипомпажного регулирования, предотвращает уменьшение этого расстояния до отрицательных значений и передает сигнал, соответствующий этому расстоянию, регулятору другого агрегата. Выходной сигнал антипомпажного регулятора имеет связь с выходным сигналом главного регулятора станции, что позволяет управлять положением исполнительных органов антипомпажного регулирования.

Взаимодействие между всеми тремя контурами регулирования, обеспечивающими управление каждым отдельным агрегатом, осуществляется следующим образом.

Уставкой исполнительного органа каждого i-го компрессора управляет как главный регулятор станции, так и соответствующий регулятор распределения нагрузки; однако эта уставка главного регулятора может увеличиваться или уменьшаться в зависимости от выходного сигнала главного регулятора только в том случае, если относительное расстояние до соответствующей линии настройки антипомпажного регулирования d_ci больше или равно заданному значению r_i. Указанная уставка может увеличиваться только при условии, что d_ci<r.

Уставкой каждого соответствующего исполнительного органа антипомпажного регулирования может управлять либо соответствующий антипомпажный регулятор, либо главный регулятор станции. При этом исполнительный орган антипомпажного регулирования может быть закрыт только антипомпажным регулятором. Открытие же этого органа может в одном из вариантов выполнения осуществляться любым из вышеуказанных устройств, а именно тем, которое подаст сигнал на большее открытие исполнительного органа, когда d_ci<r. В другом варианте выполнения корректирующие воздействия антипомпажного регулятора и главного регулятора, если оба эти устройства требуют открытия антипомпажных исполнительных органов, суммируются и открытие этих органов происходит под действием результирующего сигнала, когда d_ci<r.

Оптимальное распределение нагрузки между параллельно работающими компрессорами обеспечивается в настоящем изобретении следующим образом.

Каждый регулятор распределения нагрузки получает уставку на относительное расстояние до соответствующей линии настройки антипомпажного регулирования, вычисленное антипомпажным регулятором другого агрегата, и сравнивает указанное расстояние с наибольшим относительным расстоянием, которое определяет главный регулятор станции, сравнивая соответствующие расстояния, вычисленные для всех компрессоров, работающих параллельно. Компрессор с наибольшим относительным расстоянием до соответствующей линии настройки антипомпажного регулирования автоматически становится ведущим. Уставкой исполнительного органа ведущего компрессора управляет только главный регулятор станции.

В дополнение к регулированию с целью поддержания общего для всех компрессоров основного параметра газа, осуществляемому главным регулятором станции, уставки исполнительных органов регулируются таким образом, чтобы уравнять относительные расстояния от их рабочих точек до соответствующих линий настройки антипомпажного регулирования с соответствующим расстоянием у ведущего агрегата.

При последовательной работе компрессоров регулятор распределения нагрузки i-го компрессора вычисляет величину критерия R_i, представляющего собой функцию относительного расстояния до линии настройки антипомпажного регулирования i-го компрессора и расхода через этот компрессор. Регулятор распределения нагрузки уравнивает его собственный критерий R_i с минимальным критерием R_min ведущего компрессора, выбранного главным регулятором станции.

Таким образом, так же, как и в случае с параллельно работающими компрессорами, выбирается ведущий компрессор, а остальные машины следуют за ним. Однако последовательно работающие компрессоры делают это путем выравнивания своих критериев R_i относительно такого же критерия ведущего агрегата.

Целью настоящего изобретения является предотвращение потерь, связанных с излишним протеканием газа через исполнительный орган антипомпажного регулирования, например рециркуляцией, для регулирования основного параметра газа, пока все компрессоры не достигнут соответствующих им линий настройки антипомпажного регулирования. Это осуществляется путем выравнивания относительных расстояний от рабочих точек до соответствующих линий настройки антипомпажного регулирования параллельно работающих компрессоров, и выравнивания критериев R, представляющих собой функцию относительного расстояния до соответствующей линии настройки антипомпажного регулирования и массового расхода через компрессор для последовательно работающих компрессоров. Эквивалентный расход компенсирует уменьшение и добавление потока между последовательно работающими агрегатами.

Другой целью настоящего изобретения является предотвращение отрицательного взаимовлияния контуров регулирования, поддерживающих постоянное значение основного параметра газа компрессорной станции, и антипомпажной защиты каждого отдельного агрегата.

Другие цели, преимущества и новые свойства настоящего изобретения станут очевидными из приведенного ниже подробного описания изобретения при рассмотрении его в совокупности с соответствующими чертежами.

На фиг. 1, 2, 3, 4 соответственно представлены схемы систем регулирования компрессорных станций с динамическими компрессорами, работающими параллельно, и компрессорных станций с динамическими компрессорами, работающими последовательно.

На всех чертежах одни и те же цифры обозначают одинаковые или соответствующие элементы.

На фиг. 1 показаны два параллельно работающих динамических компрессора 101 и 201, приводимых в движение соответственно паровыми турбинами 102 и 202 и подающих сжатый газ в общий нагнетательный коллектор 104 через соответствующие обратные клапаны 105 и 205. Каждый компрессор оснащен перепускным клапаном 106 (для компрессора 101) и 206 (для компрессора 201), с соответствующими сервоприводами, оснащенными позиционерами 107 и 207. Паровые турбины имеют регуляторы скорости 103 и 203, регулирующие скорость соответствующих динамических компрессоров. Каждый компрессор оснащен устройством для измерения расхода 108 (для компрессора 101), и 208 (для компрессора 201). Датчики 111, 112, 113, 114, 115 и 116 предназначены соответственно для измерения перепада давления на устройстве, измеряющем расход на стороне всасывания 108, измерения давления всасывания, температуры всасывания, давления нагнетания, температуры нагнетания и скорости вращения для компрессора 101. Датчики 211, 212, 213, 214, 215 и 216 предназначены соответственно для измерения перепада давления на устройстве для измерения расхода на стороне всасывания 208, измерения давления всасывания, температуры всасывания, давления нагнетания, температуры нагнетания и скорости вращения для компрессора 201.

Обе линии перепуска 150 и 250 подают газ в общий коллектор всасывания 199, куда газ поступает из места, расположенного выше по течению. Из коллектора 199 газ поступает через общий холодильник 198 и общий барабанный сепаратор 197 в общий коллектор 196.

Оба компрессора 101 и 201 управляются системой регулирования станции, обеспечивающей регулирование давления в общем коллекторе нагнетания 104, а также оптимальное распределение нагрузки и защиту их помпажа отдельных компрессоров.

Система регулирования состоит из главного регулятора станции 129, регулирующего, с использованием вычисленного сигнала коррекции ΔS_out.Основной параметр газа (в данном случае, давление нагнетания), измеряемый датчиком давления 195 двух регуляторов 123 и 223 компрессоров 101 и 201, которые регулируют производительность каждого компрессора, изменяя уставки U_out1 и U_out2 соответственно для регуляторов скорости 103 и 203 и двух антипомпажных регуляторов 109 и 209 для компрессоров 101 и 201, которые меняют уставки A_out1 и A_out2 соответственно позиционеров 107 и 207 перепускных клапанов 106 и 206.

Изображенные на фиг. 2 антипомпажные регуляторы 109 и 209 двух соответствующих компрессоров имеют каждый по семь блоков регулирования: блоки измерения 110 (для компрессора 101) и 210 (для компрессора 201), каждый из которых получает сигналы от шести датчиков 111, 112, 113, 114, 115 и 116 (для компрессора 101) и 211, 212, 213, 214, 215 и 216 (для компрессора 201), вычислительные блоки 117 (для компрессора 101) и 217 (для компрессора 201), блоки сравнения 118 (для компрессора 101) и 218 (для компрессора 201), пропорционально-интегральные регулирующие блоки 119 (для компрессора 101)и 219 (для компрессора 201, блоки обработки выходного сигнала 120 (для компрессора 101) и 220 (для компрессора 201), нелинейные функциональные блоки 121 (для компрессора 101) и 221 (для компрессора 201) и блоки умножения 122 (для компрессора 101) и 222 (для компрессора 201).

Каждый из двух регуляторов 123 и 223 соответствующих компрессоров имеет пять блоков регулирования: нормализующие блоки 124 (для компрессора 101) и 224 (для компрессора 201), блоки пропорционально-интегрального регулирования 125 (для компрессора 101) и 225 (для компрессора 201), суммирующие блоки 126 (для компрессора 101) и 226 (для компрессора 201), нелинейные функциональные блоки 127 (для компрессора 101) и 227 (для компрессора 201) и блоки умножения 128 (для компрессора 101) и 228 (для компрессора 201).

Главный регулятор станции 129 является общим для обоих компрессоров и имеет три регулирующих блока: блок измерения 130, получающий сигнал от датчика давления 195, блок ПИД регулирования 191 и блок выбора 132.

Поскольку антипомпажные регуляторы 109 и 209 и регуляторы 123 и 223 абсолютно идентичны, взаимосвязь между их элементами можно описать на примере одного компрессора 101.

Вычислительный блок 117 антипомпажного регулятора 109 компрессора 101 получает информацию от шести датчиков, объединенных блоком измерения 110: датчика 111 перепада давления на расходомере, датчиков давления и температуры всасывания 112 и 113, датчиков давления и температуры нагнетания 114 и 115 и датчика скорости 116. Исходя из имеющихся данных, вычислительный блок 117 вычисляет относительное расстояние от рабочей точки компрессора 101 до соответствующей границы помпажа. Указанное относительное расстояние может быть вычислено следующим образом: , где f(N) представляет собой зависимость изменения крутизны соответствующей границы помпажа от изменения скорости N компрессора 101, R_с степень сжатия компрессора 101, ΔP_o перепад давления на расходомере на стороне всасывания; P_s давление всасывания; σ- число политропы для компрессора 101 и K газовая постоянная для газа с постоянными молекулярным весом и сжимаемостью.

В свою очередь, степень сжатия R_с вычисляется следующим образом: , где P_d и P_s даны в абсолютных единицах; а число σ вычисляется по закону политропного сжатия, т.е.

В результате получаем
,
где R_t степень повышения температуры;
,
где T_d и T_s соответственно температуры нагнетания и всасывания, выраженные в абсолютных единицах.

На основе вычисленного выше относительного расстояния d_r1 до границы помпажа, блок сравнения 118 вычисляет относительное расстояние d_c1 до соответствующей линии настройки антипомпажного регулирования:
d_c1 d_r1 b₁,
где b₁ зона безопасности (запас устойчивости) между соответствующей границей помпажа и линиями настройки антипомпажного регулирования.

Уставка блока пропорционально-интегрального регулирования 119 равна нулю, что не позволяет расстоянию d_c1 уменьшаться до нуля и отрицательных значений при открытии перепускного клапана 106. Клапаном 106 управляет сервопривод при помощи позиционера 107, который, в свою очередь, управляется блоком обработки выходного сигнала 120 антипомпажного регулятора 109. Блок обработки выходного сигнала 120 может при необходимости быть выполнен в виде селективного блока или блока суммирования. Будучи селективным блоком, блок 120 выбирает либо приращение выходного сигнала пропорционально-интегрального блока 119, либо приращение выходного сигнала блока умножения 122 в зависимости от того, какой из блоков требует большей степени открытия клапана 106. Будучи блоком суммирования, блок 120 осуществляет суммирование приращения выходных сигналов блока 119 и блока 122. Блок 122 умножает приращение выходного сигнала ΔS_out блока ПИД-регулирования 131 главного регулятора 129 нга линейную функцию двух переменных 121. Эти две переменные представляют собой относительное расстояние d_c1 и сигнал коррекции ΔS_out главного регулятора станции. Величина этой нелинейной функции может быть равна величине M₁₁, величина M₁₂ или нулю. Функция в большинстве случаев равна нулю, кроме случаев, когда d_c1<r и ΔS_out> 0 (тогда она равна величине M₁₁ или когда d_c1<r и ΔS_out< 0 (тогда она равна M₁₂).

Регуляторы 123 и 223 также абсолютно идентичны, и работу обоих можно достаточно полно описать на примере одного регулятора 123.

Величина относительного расстояния d_c1, вычисленная антипомпажным регулятором 109, поступает в регулятор 123, где нормализующий блок 124 умножает ее на коэффициент β₁ Целью такой нормализации является либо перемещение рабочей точки компрессора 101 на его характеристике так, чтобы она располагалась ниже линии максимальной скорости и линии номинального давления нагнетания и чтобы
d_cn1= β₁·d_c1=1 (7)
при максимальной величине расстояния d_cn1, либо перемещение рабочей точки каждого компрессора так, чтобы максимальная эффективность достигалась на наиболее часто реализуемых режимах работы. Коэффициент β₁ можно также определять на ходу, используя систему оптимизации более высокого уровня.

Выходной сигнал нормализующего блока 124 поступает в блок выбора 132 главного регулятора 129 и в блок пропорционально-интегрального регулирования 125 регулятора 123. Блок 132 выбирает величину d_cnmax как наибольшую из величин d_cn1 и d_cn2, соответствующих компрессором 101 и 201, и подает ее в качестве уставки на блоки пропорционально-интегрального регулирования 125 и 225 регуляторов 123 и 223.

Если величина d_enmax, выбранная блоком 132, есть d_cn1, то компрессор 101 автоматически становится ведущим. Его блок пропорционально-интегрального регулирования 125 формирует в этом случае приращение сигнала, равное нулю. В результате, на блок суммирования 126 оказывает влияние только приращение сигнала ΔS_out блока ПИД регулирования 131 главного регулятора 1129, при условии, что сигнал блока нелинейной функции 127 не равен нулю. Если блок 132 выбирает в качестве наибольшего нормализорванное расстояние d_ch2, блок пропорционально-интегрального регулирования 125 регулятора 123 уравнивает свое собственное нормализорванное расстояние d_ch1 с расстоянием для компрессора 201, который автоматически становится ведущим.

В этом случае блок 126 изменяет свой сигнал, исходя из приращений сигналов двух регулирующих блоков, а именно блока пропорционально-интегрального регулирования 125 регулятора 123 и блока ПИД-регулирования 131 главного регулятора 129. Благодаря нелинейной функции, вычисленной блоком 127, приращение сигнала ΔS_out блока ПИД регулирования 131 умножается блоком 128 либо на величину, равную М₁₃, либо на величину, равную М₁₄, либо на нуль.

Если относительное расстояние d_c1 больше или равно величине "r_i", то множитель всегда равен М₁₃. Он равен М₁₄, если d_c1<r, а приращение ΔS_out сигнала блока 131 больше нуля. Однако если d_c1<r и приращение ΔS_out сигнала блока 131 меньше или равно нулю, то множитель равен нулю. Это означает, что, в то время как главный станционный регулятор регулирует давление в общем коллекторе нагнетания 104, но не может уменьшать относительное расстояние d_c1 для компрессора 101 ниже заданного уровня "r_c.

Сигнал суммирующего блока 126 регулятора 123 управляет изменением уставки U_out1 регулятора скорости 103.

Главный регулятор 129 изменяет приращение выходного сигнала ΔS_out своего блока ПИД регулирования 131, поддерживая при этом давление, измеряемое датчиком 195 в общем коллекторе нагнетания 104.

Работу системы регулирования, представленной на фиг. 1, можно пояснить на следующем примере. Предположим, что первоначально оба компрессора 101 и 201 работают при номинальном давлении в общем коллекторе нагнетания 104 с полностью закрытыми перепускными клапанами 106 и 206. Нормализованные относительные расстояния d_cn1 и d_cn2 от их рабочих точек до соответствующих линий настройки антипомпажного регулирования равны одной и той же величине, например 2. Предположим далее, что потребность в расходе через общий коллектор 104 уменьшается. В результате давление в коллекторе 104 начинает увеличиваться. Нормализованное расстояние d_cn1 до линии настройки антипомпажного регулирования компрессора 101 уменьшается до величины А₁, а величина нормализованного относительного расстояния d_cn2 для компрессора 201 уменьшается с 2 до величины А₂. Также предположим, что А₁>A₂ и оба относительных расстояния d_cn1 и d_cn2 больше их соответствующих заданных значений "r₁" и "r₂".

Блок выбора 132 выбирает величину d_cn1 в качестве установки d_cnmax для регулирующих блоков 125 и 225 регуляторов 123 и 223. Компрессор 101, следовательно, автоматически становится ведущим.

Поскольку d_cn1>r₁, значение нелинейной функции 127 равно М₁₁, и суммирующий блок 126 регулятора 123 получает через блок 128 отрицательное приращение ΔS_out сигнала блока ПИД-регулирования 131, умноженное на М₁₁, что необходимо для восстановления давления в коллекторе 104 до требуемого уровня. Указанное отрицательное приращение сигнала блока ПИД-регулирования 131 снижает уставку регулятора скорости 103 турбины 102, тем самым уменьшая расход в компрессоре 101. Одновременно суммирующий блок 226 агрегатного регулятора 223 компрессора 201 изменяет уставку регулятора скорости 203 компрессора 201. Это изменение осуществляется под влиянием двух факторов: приращения сигнала регулирующего блока 131 главного регулятора 129 и изменения сигнала блока пропорционально-интегрального регулирования 225 регулятора 223 компрессора 201.

Переходный процесс продолжается до тех пор, пока расстояния d_c1n и d_c2n не уравняются и давление в коллекторе нагнетания 104 не восстановится до необходимого уровня.

Предположим снова, что расход еще более уменьшается и что скорость каждого отдельного компрессора уменьшается до тех пор, пока d_cn1=d_cn2=0. Любое дальнейшее уменьшение расхода приведет к открытию обоих перепускных клапанов 106 и 206 блоками регулирования 119 и 219 антипомпажных регуляторов 109 и 209 через выходные блоки 120 и 220, для того чтобы сохранить положение рабочих точек на соответствующих линиях настройки антипомпажного регулирования.

Дальнейшее уменьшение расхода еще более увеличит давление нагнетания и тогда расстояния d_cn1 и d_cn2 станут меньше соответственно значений r₁ и r₂, а главный регулятор 129 потеряет способность уменьшать скорости компрессоров 101 и 201. Вместо этого с его блока ПИД - регулирования 131 начнут поступать приращения ΔS_out выходного сигнала на блоки обработки выходного сигнала 120 и 220 антипомпажных регуляторов 109 и 209 через блоки умножения 122 и 222. Если блоки обработки выходного сигнала 120 и 220 выполняют функцию выбора и если указанные выше приращения ΔS_out требуют большего открытия перепускных клапанов 106 и 206, чем этого требуют блоки 119 и 219, перепускные клапаны будут открываться для восстановления давления до необходимого уровня. Если выходные блоки 120 и 220 выполняют функцию суммирования, приращения выходных сигналов суммируются и перепускные клапаны 106 и 206 будут открываться, чтобы восстановить давление до необходимого уровня. Как только расстояния d_cn1 и d_cn2 становятся больше соответственно заданных значений r₁ и r₂, блок ПИД
регулирования 131 главного регулятора 129 начинает через регуляторы 123 и 223 уменьшать скорости обоих компрессоров. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока давление в общем коллекторе нагнетания 104 не восстановится до неодходимого уровня.

Предположим далее, что расход увеличивается. В результате давление в коллекторе 104 падает и расстояния d_cn1 и d_cn2 становятся положительными. Главный регулятор 129 при помощи своего блока ПИД - регулирвоания 131 немедленно начнет увеличивать скорости обоих компрессоров 101 и 201. В то же время антипомпажные регуляторы через соответствующие блоки пропорционально-интегрального регулирования 119 и 219 начинают закрывать клапаны 106 и 206. Предположим также, что расстояние d_cn2 становится больше, чем расстояние d_cn1. В результате компрессор 201 автоматически становится ведущим. Блок пропорционально-интегрального регулирования 125 регулятора 123 увеличивает скорость компрессора 101, увеличивая приращение сигнала блока ПИД-регулирования главного регулятора 129. В результате у обоих компрессоров расстояния d_cn1 и d_cn2 уравниваются. Если по достижении максимальной скорости компрессор 201 не сможет больше увеличивать соответствующее расстояние d_cn2, это компрессор будет исключен из процесса выбора. В итоге компрессор 101 автоматически станет ведущим, что даст возможность главному регулятору 129 увеличить скорость компрессора 101 и восстановить давление нагнетания станции до необходимого уровня.

Обратимся к схемам, показанным на фиг.2 (a), где представлены компрессорная станция с двумя центробежными компрессорами 101 и 201 приводятся в движение соответственно турбинами 102 и 202 с регуляторами скорости 103 и 203. Компрессор низкого давления 101 получает газ из всасывающего патрубка 104 станции, куда он поступает из входного трубопровода 105 станции. Прежде чем поступить в патрубок 104, газ охлаждается в холодильнике 106.

В компрессор высокого давления 201 газ поступает из всасывающего патрубка 204, который соединен с трубопроводом 205. Прежде чем поступить в патрубок 205 имеется также отвод для дополнительного потока газа. В итоге массовый расход компрессора высокого давления 201 больше массового расхода компрессора низкого давления 101.

Каждый из компрессоров оснащен расходомером 107, измеряющим расход на всасывании компрессора 101 и расходомером 207 для компрессора 201. Расходомер 108 измеряет расход на стороне нагнетания компрессора 101, а расходомер 208 компрессора 201; обратные клапаны 111 и 211 установлены соответственно за расходомерами 108 и 208. Перепускной клапан 109 предназначен для компрессора 101, а клапан 209 для компрессора 201. Перепускные клапаны управляются сервоприводами с позиционерами 110 для компрессора 101 и 210 для компрессора 201.

Обычно минимальное значение расхода W_m газа, проходящего все компрессоры, работающие последовательно, от всасывающего трубопровода 105 до нагнетательного трубопровода 213, равно наименьшему из всех значений массового расхода через расходомеры, измеряющие расход со стороны нагнетания. Пусть W_d1 и W_d2 представляют собой значения массового расхода через расходомеры 108 и 208 компрессоров 101 и 201. Пусть дополнительный массовый расход газа, поступающего в трубопровод 205 из трубопровода 212, равен W_s2. Если расход W_s2, то, массовый расход суммируется в коллекторе 205. Поэтому W_d2 больше, чем расход W_d1 на величину расхода W_s2, дополнительно поступающего в коллектор 205, и минимальный расход W_m равен расходу W_d1 через компрессор 101. Если расход W_s2 отрицателен, то массовый расход в коллекторе 205 уменьшается. В этом случае расход W_d2 будет меньше расхода W_d1 на величину расхода, уходящего из коллектора 205, и минимальный расход W_m будет равен расходу W_d2 через компрессор 201.

Разность Δ_i между минимальным расходом W_m и расходом W_i на стороне нагнетания i-го компрессора добавляется к расходу через компрессор с меньшим расходом путем подвода газа перед этим компрессором или за ним.

Каждый компрессор снабжен также датчиками 114, 115, 116, 117, 118, 119 и 120 для измерения соответственно перепада давления на расходомере 107, установленном на стороне всасывания, давления всасывания, температуры всасывания, давления нагнетания, температуры нагнетания, перепада давления на расходомере со стороны нагнетания 108 и скорости вращения компрессора 101, а также датчиками 214, 215, 216, 217, 218, 219, и 220 для измерения соответственно перепада давления на расходомере 207 на стороне всасывания, давления всасывания, температуры всасывания, давления нагнетания, температуры нагнетания, перепада давления на расходомере на стороне нагнетания 208 и скорости вращения компрессора 201.

Оба компрессора 101 и 201 снабжены системой регулирования, поддерживающей давление во всасывающем 104 и в тоже время распределяющей оптимальным образом общую степень повышения давления между компрессорами 101 и 201 и защищающейся оба компрессора от помпажа.

Система регулирования станции содержит один главный регулятор 136, регулирующий основной параметр газа (в данном примере давление во всасывающем патрубке 104), измеренный датчиком давления 141, при помощи вычисленного корректирующего сигнала ΔS_out два регулятора 129 и 229 соответственно компрессоров 101 и 201, которые регулируют работу каждого компрессора, меняя уставки V_out1 и V_out2 для регуляторов скорости 103 и 203, и два антипомпажных регулятора 128 и 228 соответственно компрессоров 101 и 201, которые изменяют уставки A_out1 и A_out2 позиционеров 110 и 210 клапанов 109 и 209.

На фиг.4 представлены для идентичных антипомпажных регулятора 128 и 228 компрессоров 101 и 201, каждый из которых имеет семь регулирующих блоков: измерительный регулирующий блок 126 агрегата 101 и блок 226 агрегата 201, причем каждый из них получает сигналы от семи датчиков 114, 115, 116, 117, 118, 119 и 120 (для компрессора 101) и 214, 215, 216, 217, 218, 219 и 220 (для компрессора 201), вычислительный блок 127 (для компрессора 101) и 227 (для компрессора 201, блок пропорционально-интегрального регулирования 122 (для компрессора 101) и блок 222 (для компрессора 201), блок сравнения 121 (для компрессора 101) и блок 221 (для компрессора 201), блок обработки выходного сигнала 123 (для компрессора 101) и блок 223 (для компрессора 201), блок умножения 124 (для компрессора 101) и блок 224 (для компрессора 201) и блок нелинейной функции 125 (для компрессора 101) и блок 225 (для компрессора 201).

На фиг.4 также показаны два регулятора 129 и 229 компрессоров 101 и 201, каждый из которых имеет шесть регулирующих блоков: нормализующий блок 131 (для компрессора 101) и блок 231 (для компрессора 201), вычислительный регулирующий блок 130 (для компрессора 101) и блок 230 (для компрессора 201), блок пропорционально-интегрального регулирования 135 (для компрессора 101) и блок 235 (для компрессора 201), суммирующий регулирующий блок 134 (для компрессора 101 и блок 235 (для компрессора 201), блок умножения 133 (для компрессора 101) и блок 233 (для компрессора 201 и блок нелинейной функции 132 (для компрессора 101) и блок 232 (для компрессора 201).

Главный регулятор 136 станции является общим для обоих компрессоров и имеет четыре регулирующих блока: измерительный блок 139, получающий сигнал от датчика давления 141, блок выборка минимального критерия 138, блок выбора минимального массового расхода 137 и блок пропорционально-интегрального регулирования 140.

Ввиду того, что антипомпажные регуляторы 128 и 228 абсолютно идентичны, их работу можно объяснить на примере антипомпажного регулятора 128. Измерительный регулирующий блок 126 антипомпажного регулятора 128 получает данные от семи датчиков: датчика перепада давления 114, измеряющего перепад давления на расходомере 107, датчиков давления всасывания и нагнетания соответственно 115 и 117, датчиков температуры всасывания и нагнетания соответственно 116 и 118, датчика скорости 120 и датчика перепада давления 119 на расходомере 108.

Так же, как и при параллельной работе компрессоров (см. уравнения (1) - (5), вычислительный блок 127 на основе опроса датчиков вычисляет относительное расстояние d_r1 от рабочей точки компрессора 101 до соответствующей границы помпажа. Он вычисляет также расход W_c1 через расходомер 107 (считая состав газа постоянным):

где ΔP_os, ΔP_s и T_s/ определяются соответственно датчиками 114, 115 и 116. Массовый расход через расходомер 108 равен:

где ΔP_od, P_d и T_d определяются соответственно датчиками 119, 117 и 118. Оба рассчитанных значения расхода W_d1 и W_c1 поступают в вычислительный блок 130 регулятора 129 компрессора 101. Значение массового расхода W_d1 также поступает в блок выбора минимального расхода 137 главного регулятора 136 для выбора минимального массового расхода W_m, протекающего через компрессоры 101 и 201.

Вычислительное относительное расстояние до соответствующей границы помпажа поступает в блок сравнения 121, который рассчитывает относительное расстояние d_c1 между рабочей точкой компрессора 101 и линией настройки антипомпажного регулирования путем вычитания величины запаса устойчивости b₁ из относительного расстояния d_r1:
d_c1 d_r1 b (10)
Полученное относительное расстояние до линии настройки антипомпажного регулирования поступает в нормализующий блок 130 регулятора 129, в оба нелинейной функции 125 и в блок пропорционально-интегрального регулирования 122 антипомпажного регулятора. Установка блока пропорционально-интегрального регулирования 122 равна нулю. Благодаря открытию перепускного клапана расстояние d_c1 не уменьшается до отрицательных значений. Перепускной клапан 109 управляется сервоприводом с позиционером 110, который, в свою очередь, управляется блоком 123 обработки выходного сигнала антипомпажного регулятора 128. Блок 123 может быть выполнен в виде либо блока выбора, либо блока суммирования. Если блок 123 работает как селектор, то он выбирает либо приращение выходного сигнала блока 122, либо приращение выходного сигнала блока умножения 124. Если блок 123 работает как элемент суммирования, то его выходной сигнал будет суммой выходных сигналов блоков 122 и 124. Блок умножения 124 умножает приращение выходного сигнала ΔS_out S_out главного регулятора 136 на нелинейную функцию 125 относительного расстояния d_c1 и приращения ΔS_out сигнала главного регулятора. Значение этой функции может быть равно либо M₁₁, либо M₁₂, либо нулю. Значение функции будет равно нулю, если d_c1≥r₁, величине M₁₁, если d_c1<r и ΔS_out≥ 0, и величине M₁₂, если d_c1<r и ΔS_out<0.

Нормализующий блок 131 этого регулятора 129 нормализирует относительное расстояние d_c1 до линии настройки антипомпажного регулирования компрессора 101 следующим образом:
d_cn1= β₁·d_c1=1. (II)
Подобная нормализация производится либо с целью расположения рабочей точки компрессора 101 на характеристике компрессора ниже линии, соответствующей максимальной скорости вращения и номинальному давлению нагнетания, либо с целью расположения рабочей точки в области максимальной эффективности на наиболее часто реализуемых режимах работы. Указанный коэффициент β₁ может также быть определен на ходу с помощью системы оптимизации более высокого уровня.

Выходной сигнал блока нормализации 131 регулятора 129, вычисленные массовые расходы W_c1 и W_d1, поступившие из вычислительного блока 127 антипомпажного регулятора 128 и минимальный расход на стороне нагнетания W_m, выбранный блоком выбора 137 главного регулятора 136, поступают в вычислительный блок 130. Для достижения стабильного оптимального распределения нагрузки между последовательно работающими компрессорами недостаточно уравнять относительные расстояния d_c1 между их рабочими точками и соответствующими линиями настройки антипомпажного регулирования, особенно в случае, когда компрессоры работают на линии настройки антипомпажного регулирования, и относительные расстояния d_c1 и d_c2 равны нулю. В этом случае система регулирования становится нейтральной и распределение нагрузки невозможно. Наиболее удобный критерий оптимального распределения нагрузки при последовательной работе агрегатов является функцией двух параметров: относительного расстояния до линии настройки антипомпажного регулирования и эквивалентного массового расхода, равного минимальному расходу через все последовательно соединенные компрессоры, от всасывающего трубопровода 105 до нагнетательного трубопровода 213. Предлагаемый критерий должен обеспечивать равенство значений эквивалентного массового расхода, а также расстояний до соответствующих линий настройки антипомпажного регулирования во всех компрессорах.

Данный критерий, обозначаемый R₁ вычисляется вычислительным блоком 130 агрегатного регулятора 129 следующим образом:

Минимальный массовый расход W_m на стороне нагнетания выбирается с помощью блока выбора 137 главного регулятора 136 из массовых расходов W_d1 и W_d2, рассчитанных соответственно для компрессоров 101 и 201. В системе, показанной на фиг. (3), при положительном значении дополнительного массового расхода W_s2 W_m W_d1 и для компрессора 101 Δ₁=0 Однако для компрессора 201 значение Δ₂ положительно и R₂=(1-d_cm)(W_c1-Δ₂). (14).

Значение R₁ из вычислительного блока 130 в качестве переменной величины поступает в блок пропорционально-интегрального регулирования 135 регулятора 129 и в блок выбора 138 регулятора 130. Блок выбора 138 главного регулятора 136 выбирает наименьшее из значений критерия R_m, поступающих из вычислительных блоков 130 и 230 компрессоров 101 и 201. Выбранный наименьший критерий R_m используется в качестве уставки для блоков пропорционально-интегрального регулирования 135 и 235 соответствующих регуляторов компрессоров.

В одном из двух блоков пропорционально-интегрального регулирования 135 и 235 текущее значение критерия R_i равно заданному значению. Следовательно, сигнал данного блока пропорционально-интегрального регулирования не изменяется. Если R₁ ≠ R₂, то сигнал другого блока пропорционально-интегрального регулирования будет изменяться, чтобы уравнять значения критерия R.

Если, как в настоящем примере, компрессор 101 выбран в качестве ведущего, изменения сигнала суммирующего блока 134 регулятора 129 будут основаны только на приращении сигнала блока ПИД регулирования 140 главного регулятора 136. Как уже описывалось в случае с параллельной работой компрессоров, главный регулятор 136, используя коррекцию по нелинейной функции регулирования 132 средств регулирования 129, может увеличивать и уменьшать сигнал суммирующего блока 133 только в том случае, если относительное расстояние d_c1 между рабочей точкой компрессора 101 и линией настройки антипомпажного регулирования больше или равно ранее заданной величине r₁. Если d_c1 <0, блок ПИД регулирования 140 может лишь увеличивать сигнал блока 134.

В случае, если значение критерия R₂ меньше критерия R₁ ведущим компрессором будет выбран компрессор 201. Тогда изменения сигнала суммирующего блока 134 основывается как на изменениях выходного сигнала блока 135, так и на приращении выходного сигнала блока ПИД регулирования 140. А результате происходит корректировка скорости вращения компрессора 101, с тем, чтобы уравнять значение вычисленного критерия R₁ со значением выбранного минимального критерия R_m R₂. Уравнение значений критерия R при закрытых перепускных клапанах 109 и 209 автоматически уравнивает и относительные расстояния d_c1 и d_c2, так как эквивалентные массовые расходы через оба компрессора 101 и 201 равны ввиду последовательной работы компрессоров. Когда рабочие точки обоих компрессоров находятся на соответствующих линиях антипомпажного регулирования и нормализованные с помощью антипомпажных регуляторов 128 и 129 относительные расстояния d_c1 и d_c2 поддерживаются равными нулю, уравнение критериев R_i автоматически влечет за собой выравнивание соответствующих массовых расходов через компрессоры 101 и 201, что, в свою очередь, обеспечивает оптимальное распределение нагрузки с учетом перепуска.

Работу системы, представленной на фиг. 3, 4 можно проиллюстрировать следующим примером.

Предположим, что компрессоры 101 и 201 работают соответственно со скоростями N₁ и N₂. Их перепускные клапаны 109 и 209 полностью закрыты, а рабочие точки лежат на равных нормализованных относительных расстояниях от соответствующих линий настройки антипомпажного регулирования:
d_c1 d_c2 a₁ > 0. (15)
Следовательно, значения критериев R₁ и R₂ тоже равны:
R₁ R₂ a₂. (16)
Допустим также, что величина давления во всасывающем патрубке компрессорной станции 104 равна заданному значению и, следовательно, ΔS_out=0..

Предположим, далее, что расход, поступающий во всасывающий патрубок 104, уменьшается. В результате давление всасывания в патрубке 104 также уменьшается. Так как главный регулятор 136, путем приращения ΔS_out сигнала блока регулирования 140, начнет уменьшать сигналы умножителей 133 и 233 регуляторов 129 и 299, уменьшая при этом сигналы обоих суммирующих блоков 134 и 234 регуляторов 129 и 299 и тем самым установки регуляторов скорости 103 и 203 с целью уменьшения производительности обоих компрессоров. Предположим также, как только скорости компрессоров 101 и 201 начинают уменьшаться, критерий R₂ оказывается больше, чем R₁. Тогда блок выбора 138 главного регулятора 136 выбирает R₁, в качестве уставки R_m для обоих блоков пропорционально-интегрального регулирования 135 и 235 регуляторов 129 и 229. Сигнал блока пропорционально-интегрального регулирования 135 регулятора 129 компрессора 101 при этом меняться не будет, и суммирующий блок 134 снизит величину своего сигнала только под влияние выходного сигнала блока ПИД-регулирования 140 главного регулятора 136. Сигнал блока пропорционально-интегрального регулирования 235 компрессора 201, наоборот, увеличивается, чтобы частично компенсировать уменьшение сигнала блока 140 для уравнения критериев R₂ и R₁.

Данный процесс продолжается до тех пор, пока давление во всасывающем патрубке 104 не достигнет требуемой величины, а критерии R₂ и R₁ не станут равны.

Допустим далее, что подача газа во всасывающий патрубок 104 продолжает снижаться и в результате действия системы регулирования (см. фиг. 3,4) рабочие точки компрессоров будут смещены на соответствующие линии настройки антипомпажного регулирования, то есть d_c1 d_c2 0. Если в этом случае давление во всасывающем патрубке 104 будет ниже требуемого, главный регулятор 136 с помощью блока ПИД-регулирования 140 будет продолжать сокращать расстояния d_c1 и d_c2 до достижения ими соответственно значений r₁ и r₂. Одновременно антипомпажные регуляторы 128 и 228 начнут открывать перепускные клапаны 109 и 209.

Если давление всасывания будет продолжать падать, блок ПИД - регулирования 140 главного регулятора 136 заставит антипомпажные регуляторы 128 и 228 открыть перепускные клапаны еще больше, с тем чтобы восстановить давление до требуемого уровня. Как только расстояния d_c1, и d_c2 станут больше заданных значений r₁ и r₂, главный регулятор 136 начнет уменьшать скорость компрессоров с помощью суммирующих блоков 134 и 234 соответствующих регуляторов компрессоров. Переходный процесс будет продолжаться до тех пор, пока давление всасывания не достигнет требуемого уровня, а соответствующие значения критериев R обоих компрессоров не уравняются, тем самым обеспечивая оптимальное распределение нагрузки.

Формула изобретения

1. Способ регулирования компрессорной станции, перекачивающей газ из места, расположенного перед станцией, в место, расположенное за станцией, которая содержит несколько динамических компрессоров, работающих параллельно, производительность каждого из которых изменяется с помощью исполнительного органа компрессора, и оснащенной системой регулирования производительности станции в соответствии с потреблением газа перед станцией и за нею, поддерживающей значение основного параметра газа на заданном уровне и содержащей главный регулятор для регулирования основного параметра газа, средства регулирования, по одному на каждый компрессор, управляющие указанными исполнительными органами компрессоров, и средства антипомпажного регулирования, по одному на каждый компрессор, определяющие относительное расстояние от рабочей точки компрессора до соответствующей границы помпажа и предотвращающие уменьшение данного относительного расстояния ниже заданного минимального уровня путем открытия исполнительного органа антипомпажного регулирования, включающий формирование корректирующего изменения выходного сигнала главного регулятора для предотвращения отклонения основного параметра газа от требуемого уровня, вычисление для каждого отдельного компрессора нормализованного относительного расстояния до линии настройки антипомпажного регулирования, равного нулю в момент, когда относительное расстояние от рабочей точки компрессора до соответствующей границы помпажа становится равным указанному заданному минимальному уровню, отличающийся тем, что производят выбор наибольшего из нормализованных относительных расстояний до линии настройки антипомпажного регулирования параллельно работающих компрессоров, управление исполнительным органом компрессора с наибольшим нормализованным расстоянием до линии настройки антипомпажного регулирования с помощью масштабированного корректирующего изменения выходного сигнала главного регулятора для восстановления основного параметра газа до требуемого уровня, формирование для каждого компрессора корректирующего сигнала для уравнивания соответствующего ему нормализованного относительного расстояния до соответствующей линии настройки антипомпажного регулирования с указанным выбранным наибольшим нормализованным расстоянием и управление указанным исполнительным органом холодного компрессора, нормализованное относительное расстояние до соответствующей линии настройки антипомпажного регулирования которого меньше, чем указанное выбранное наибольшее расстояние, с помощью сочетания масштабированных изменений выходного сигнала главного регулятора с указанным корректирующим сигналом для восстановления основного параметра газа до требуемого уровня и уравнивания нормализованного относительно расстояния до линии настройки антипомпажного регулирования компрессора с выбранным наибольшим нормализованным расстоянием.

2. Способ регулирования компрессорной станции, перекачивающей газ из места, расположенного перед станцией, в место, расположенное за станцией, которая содержит несколько динамических компрессоров, работающих последовательно, каждый из которых управляется с помощью исполнительного органа, изменяющего производительность компрессора, снабженной системой регулирования работы станции в соответствии с изменением потребления газа перед станцией и за ней, поддерживающей значение основного параметра газа, содержащая главный регулятор для регулирования основного параметра газа, средства регулирования, по одному на каждый компрессор, для управления указанными исполнительными органами компрессоров, и средства антипомпажного регулирования, по одному на каждый компрессор, определяющие относительное расстояние от рабочей точки компрессора до соответствующей границы помпажа и предотвращающие уменьшение относительного расстояния ниже заданного минимального уровня путем открытия исполнительного органа антипомпажного регулирования, включающий формирование корректирующего изменения выходного сигнала главного регулятора станции для предотвращения отклонения основного параметра газа от требуемого уровня, вычисление для каждого отдельного компрессора нормализованного относительно расстояния до линии настройки антипомпажного регулирования, равного нулю в момент, когда относительное расстояние от рабочей точки компрессора до соответствующей границы помпажа становится равным указанному заданному минимальному уровню, отличающийся тем, что производят вычисление для каждого компрессора массового расхода W_c газа, протекающего через компрессор, а также массового расхода W_d, равного W_c минус массовый расход газа, протекающего через антипомпажный исполнительный орган, выбор из расходов W_di, полученных для всех последовательно работающих компрессоров, наименьшего расхода W_m, представляющего собой массовый расход газа, протекающего через все компрессоры от места, расположенного перед компрессорной станцией, до места, расположенного за ней, вычисление для каждого компрессора отклонения Δ массового расхода W_d, вычисленного для данного компрессора, от выбранного минимального массового расхода W_m, протекающего через все компрессоры, вычисление для каждого компрессора критерия R, представляющего собой произведение величины, равной единице минус нормализованное относительное расстояние до линии настройки антипомпажного регулирования, на разность между заданным массовым расходом W_c через компрессор и указанным отклонением D, которая представляет собой эквивалентный массовый расход через компрессор, выбор из критериев R всех работающих последовательно компрессоров наименьшего критерия R_m, управление исполнительным органом компрессора с наименьшим критерием R путем масштабированного корректирующего изменения выходного сигнала главного регулятора станции для восстановления основного параметра газа до требуемого уровня, формирование корректирующего сигнала для каждого из компрессоров для уравнивания его критерия R с выбранным наименьшим критерием R_m и управление исполнительным органом каждого компрессора, критерий R которого превышает выбранный наименьший критерий, с помощью сочетания масштабированных изменений выходного сигнала главного регулятора и указанного корректирующего сигнала для восстановления основного параметра газа до требуемого уровня и уравнивания критерия R с выбранным критерием R_m.

3. Способ регулирования основного параметра газа компрессорной станции, содержащей несколько динамических компрессоров, соединенных параллельно или последовательно, каждый из которых управляется с помощью исполнительного органа, изменяющего его производительность в соответствии с требованиями процесса, и оснащен антипомпажным исполнительным органом, защищающим компрессор от помпажа, и систему регулирования, содержащую главный регулятор станции, предотвращающий отклонение основного параметра газа от требуемого заданного значения, средства регулирования для каждого компрессора, управляющие его исполнительным органом, а также средства антипомпажного регулирования для каждого компрессора, управляющие антипомпажным исполнительным органом, включающий расчет для каждого отдельного компрессора относительного расстояния до границы помпажа и относительного расстояния до линии настройки антипомпажного регулирования, равного нулю в момент, когда относительное расстояние от рабочей точки компрессора до соответствующей границы помпажа уменьшается до минимального допустимого значения, ниже которого средства антипомпажного регулирования начинают открывать антипомпажный исполнительный орган, отличающийся тем, что производят расчет для каждого отдельного компрессора двух нелинейных функций указанного относительного расстояния до соответствующей линии настройки антипомпажного регулирования, первая из которых подается на исполнительный орган компрессора и равна константе M₁, если относительное расстояние от линии настройки антипомпажного регулирования больше или равно заданному уровню r, а также если оно меньше r, но регулирование основного параметра газа требует увеличения производительности компрессора, и равна нулю во всех остальных случаях, а вторая подается на антипомпажный исполнительный орган и равна константе M₂, если относительное расстояние до соответствующей линии настройки антипомпажного регулирования меньше заданного уровня r и регулирование основного параметра газа требует открытия антипомпажного исполнительного органа, равна константе M₃ ≅ 0, если относительное расстояние до соответствующей линии настройки антипомпажного регулирования меньше, чем заданный ранее уровень r и регулирование основного параметра газа требует закрытия антипомпажного исполнительного органа, и равна нулю в остальных случаях, формирование корректирующего изменения выходного сигнала главного регулятора станции для предотвращения отклонения основного параметра газа от требуемого уровня, умножение для каждого компрессора указанного корректирующего изменения выходного сигнала главного регулятора станции на первую нелинейную функцию относительного расстояния до соответствующей линии настройки антипомпажного регулирования и сложение полученной величины с корректирующим сигналом на выходе средств регулирования компрессора, который уравнивает указанное нормализованное относительное расстояние до соответствующей линии настройки антипомпажного регулирования с выбранным наибольшим нормализованным расстоянием для компрессоров, соединенных параллельно, или который уравнивает соответствующий критерий R с выбранным наименьшим значением для компрессоров, соединенных последовательно, и использование полученной суммы сигналов в качестве уставки для исполнительного органа компрессора для регулирования основного параметра газа, которое осуществляется только в том случае, когда относительное расстояние до соответствующей линии настройки антипомпажного регулирования больше или равно r или когда относительное расстояние меньше r, но корректирующее изменение выходного сигнала главного регулятора требует увеличения производительности компрессора, и умножение для каждого компрессора указанного корректирующего изменения выходного сигнала главного регулятора на вторую нелинейную функцию относительного расстояния до соответствующей линии настройки антипомпажного регулирования и либо добавление полученного значения к корректирующему изменению выходного сигнала средств антипомпажного регулирования, либо сравнение этого значения с корректирующим изменением выходного сигнала средств антипомпажного регулирования и выбор наибольшего из них и использование значения, полученного в результате сложения или в результате выбора, в качестве уставки для указанного антипомпажного исполнительного органа для регулирования основного параметра газа, когда указанное расстояние до соответствующей линии настройки антипомпажного регулирования меньше r.

4. Устройство для регулирования компрессорной станции, перекачивающей газ из пласта, расположенного перед станцией, в место, расположенное за станцией, содержащей несколько параллельно работающих динамических компрессоров, каждый из которых управляется с помощью исполнительного органа, изменяющего производительность компрессора, и антипомпажного исполнительного органа, защищающего компрессор от помпажа, и систему регулирования, изменяющую производительность станции для поддержания основного параметра газа на заданном уровне, содержащую главный регулятор для регулирования основного параметра газа, средства антипомпажного регулирования, по одному на каждый компрессор, определяющие относительное расстояние между рабочей точкой компрессора и соответствующей границей помпажа и предотвращающие уменьшение указанного относительного расстояния ниже заданного минимального уровня путем регулирования исполнительного органа антипомпажного регулирования, причем средства антипомпажного регулирования каждого компрессора включают средства непрерывного измерения давления всасывания, давления нагнетания, скорости вращения, перепада давления на расходомере, установленном на стороне всасывания, отличающееся тем, что оно содержит средства регулирования по одному на каждый компрессор, для управления исполнительным органом компрессора, для поддержания указанного относительного расстояния равным наибольшему из относительных расстояний, которые имеют компрессоры, при этом средство антипомпажного регулирования каждого компрессора дополнительно включает средства непрерывного измерения температуры всасывания и температуры нагнетания, при этом непрерывно вычисляют относительное расстояние от рабочей точки компрессора до соответствующей линии настройки антипомпажного регулирования, непрерывно подают значения относительного расстояния на средства регулирования данного компрессора, непрерывно формируют антипомпажное корректирующее изменение исходя из относительного расстояния до линии настройки антипомпажного регулирования, добавляют значение антипомпажного корректирующего изменения к значению другого корректирующего изменения, рассчитываемого путем умножения корректирующего изменения, непрерывно поступающего от главного регулятора на указанную вторую нелинейную функцию относительного расстояния до линии настройки антипомпажного регулирования, непрерывно вычисляемую средствами антипомпажного регулирования, и непрерывно используют либо сумму соответствующих корректирующих изменений, либо наибольшее из них в качестве уставки для антипомпажного исполнительного органа для предотвращения уменьшения относительного расстояния между рабочей точкой и границей помпажа ниже заданного уровня безопасности, средства регулирования каждого компрессора непрерывно получают информацию от его средств антипомпажного регулирования об относительном расстоянии до линии настройки антипомпажного регулирования, непрерывно вычисляют нормализованное относительное расстояние путем умножения относительного расстояния на масштабный коэффициент и передают информацию об указанном нормализованном относительном расстоянии главному регулятору станции, непрерывно получают от главного регулятора станции значение наибольшего нормализованного относительного расстояния и вычисляют корректирующее воздействие средств регулирования компрессора, складывают его с значением другого корректирующего изменения, полученного путем умножения корректирующего изменения, непрерывно поступающего с главного регулятора, на указанную первую нелинейную функцию относительного расстояния до линии настройки антипомпажного регулирования, поступающего со средств антипомпажного регулирования, непрерывно вычисляемую средствами регулирования компрессора, и непрерывно используют значение суммы соответствующих корректирующих изменений в качестве уставки для исполнительного органа компрессора, регулирующего производительность компрессора для того, чтобы помочь главному регулятору восстановить основной параметр газа до требуемого уровня и уравнять нормализованное относительное расстояние до линии настройки антипомпажного регулирования компрессора с наибольшим нормализованным относительным расстоянием, значение которого поступает от системы регулирования станции, главный регулятор для регулирования основного параметра газа непрерывно измеряет основной параметр газа, например давление или массовый расход, непрерывно вычисляет отклонение этого параметра от заранее заданного предельного значения, непрерывно вычисляет корректирующее изменение сигнала главного регулятора и непрерывно передает это изменение всем средствам регулирования компрессоров и всем средствам антипомпажного регулирования, образующим систему регулирования станции, для использования ими этого изменения, для того, чтобы помочь главному регулятору восстановить основной параметр газа до требуемого установленного уровня, причем главный регулятор также непрерывно получает от средств регулирования компрессоров информацию о нормализованных относительных расстояниях до соответствующих линий настройки антипомпажного регулирования всех компрессоров станций, выбирает наибольшее из них, выбирая тем самым ведущий компрессор, и передает выбранное наибольшее нормализованное относительное расстояние на все средства регулирования компрессоров системы регулирования станции для использования в качестве уставки средств регулирования компрессоров для уравнивания каждого нормализованного относительного расстояния до линии антипомпажного регулирования с наибольшим нормализованным относительным расстоянием ведущего компрессора и достижения оптимального распределения нагрузки.

5. Устройство для регулирования компрессорной станции, перекачивающей газ из места, расположенного перед станцией, в место, расположенное за станцией, содержащей несколько динамических компрессоров, работающих последовательно, каждый из которых управляется с помощью исполнительного органа, изменяющего производительность компрессора, и средств антипомпажного регулирования, защищающих компрессор от помпажа, и систему регулирования производительности станции для поддержания основного параметра газа на заданном уровне, содержащую главный регулятор для регулирования основного параметра газа, средства антипомпажного регулирования, по одному на каждый компрессор, вычисляющие относительное расстояние между рабочей точкой компрессора и соответствующей границей помпажа и предотвращающие уменьшение указанного относительного расстояния ниже заданного минимального уровня с помощью изменения положения исполнительного органа антипомпажного регулирования, причем средства антипомпажного регулирования каждого компрессора непрерывно измеряют давление всасывания, давление нагнетания, скорость вращения, перепад давления на расходомере на стороне всасывания, отличающееся тем, что оно содержит средства регулирования компрессоров, по одному на каждый компрессор, управляющие указанными исполнительными органами компрессоров для поддержания критерия R, представляющего собой функцию двух переменных: относительного расстояния до длины настройки антипомпажного регулирования и эквивалентного массового расхода через компрессор, на уровне, соответствующем компрессору, имеющему наименьшее значение критерия R, при этом средства антипомпажного регулирования каждого компрессора дополнительно непрерывно измеряют температуру всасывания, температуру нагнетания, перепад давления на расходомере на стороне нагнетания, расположенном за отводом газа на перепуск через исполнительный орган антипомпажного регулирования, непрерывно вычисляют нормализованный выходной массовый расход W_d путем умножения перепада давления на расходомере на стороне нагнетания на давление нагнетания и деления на указанную температуру нагнетания, извлечения квадратного корня из полученного результата и умножения на масштабный коэффициент, непрерывно подают величину нормализованного выходного массового расхода на главный регулятор и на средства регулирования соответствующего компрессора, непрерывно вычисляют нормализованный массовый расход W_c компрессора путем умножения перепада давления на расходомере на стороне всасывания на давление всасывания и деления на температуру всасывания, извлечения квадратного корня из полученного результата и умножения на масштабный коэффициент, непрерывно подают величину нормализованного массового расхода компрессора на средства регулирования этого компрессора, непрерывно вычисляют относительное расстояние между рабочей точкой компрессора и соответствующей границей помпажа, непрерывно передают величину этого относительного расстояния на средства регулирования этого компрессора, непрерывно вырабатывают антипомпажное корректирующее изменение, исходя из относительного расстояния до линии настройки антипомпажного регулирования, непрерывно прибавляют величину антипомпажного корректирующего изменения к другому корректирующему изменению, полученному путем умножения корректирующего изменения, непрерывно поступающего с главного регулятора, на указанную вторую нелинейную функцию относительного расстояния до соответствующей линии настройки антипомпажного регулирования, непрерывно вычисляемую указанными антипомпажными средствами, и непрерывно используют либо наибольшее значение, либо сумму соответствующих корректирующих изменений в качестве уставки исполнительного органа антипомпажного регулирования для предотвращения уменьшения относительного расстояния от рабочей точки до линии настройки антипомпажного регулирования ниже заданного уровня безопасности, средства регулирования каждого компрессора непрерывно получают информацию от средств антипомпажного регулирования этого компрессора об относительном расстоянии до линии настройки антипомпажного регулирования, непрерывно вычисляют нормализованное относительное расстояние путем умножения относительного расстояния на масштабный коэффициент, непрерывно получают информацию о минимальном нормализованном выходном массовом расходе W_m, вычисляемом главным регулятором и непрерывно подаваемом на все средства регулирования компрессоров системы регулирования станции, непрерывно вычисляют отклонение Δ массового расхода путем вычитания указанного минимального нормализованного выходного массового расхода W_m из нормализованного выходного массового расхода W_d компрессора, непрерывно поступающего от соответствующих средств антипомпажного регулирования, непрерывно вычисляют эквивалентный массовый расход W_e, путем вычитания указанного отклонения D массового расхода из нормализованного массового расхода W_c компрессора, непрерывно поступающего с соответствующих средств антипомпажного регулирования, непрерывно вычисляют критерий R для компрессора путем умножения величины, равной единице минус нормализованное относительное расстояние до линии настройки антипомпажного регулирования, на эквивалентный массовой расход W_e, непрерывно подают критерий R на главный регулятор, непрерывно получают от главного регулятора наименьшее значение R_m критерия R и формируют корректирующее воздействие средств регулирования компрессора, прибавляют его к другому корректирующему изменению, полученному путем умножения корректирующего изменения, непрерывно поступающего с главного регулятора, на указанную первую нелинейную функцию относительного расстояния до соответствующей линии настройки антипомпажного регулирования, непрерывно вычисляемую средствами регулирования компрессора, и непрерывно используют величину суммы соответствующих корректирующих изменений в качестве уставки исполнительного органа компрессора, изменяющего его производительность, для восстановления основного параметра газа до требуемого уровня и выравнивания критерия R с наименьшим его значением R_m, поступившим с главного регулятора, а главный регулятор основного параметра газа непрерывно измеряет основной параметр газа, например давление или массовый расход, непрерывно вычисляет отклонения основного параметра газа от заданного его значения, непрерывно вычисляет корректирующее изменение сигнала главного регулятора и непрерывно подает это корректирующее изменение на все средства регулирования компрессоров и средства антипомпажного регулирования системы регулирования станции для использования этих средств регулирования для того, чтобы помочь главному регулятору восстановить требуемый уровень основного параметра газа, причем главный регулятор также непрерывно получает значения критерия R от всех компрессоров станции, выбирает наименьшее значение R_m, из всех значений критерия R, полученных от всех средств регулирования компрессоров, выбирая тем самым ведущий компрессор, и непрерывно передает наименьшее значение R_m критерия R на все средства регулирования компрессоров станции для использования в качестве уставки, для этих средств регулирования для приведения соответствующих значений критерий R к уровню, равному наименьшему критерию R ведущего компрессора, для оптимального распределения нагрузки между компрессорами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4