[发明专利]一种采用压缩比控制的压缩机无级气量调节组态控制方法

说明书

本发明公开了一种采用压缩比控制的多级往复式压缩机无级气量调节组态控制方法，基于多个气缸串联的压缩机组，每一级气缸均由对应的电控单元来控制，压缩机组采用无级气量调节系统控制；一级气缸的电控单元同时受到压缩机组入口压力信号和反应系统压力信号共同控制；此后，后一级气缸的电控单元受到上一级气缸的压缩比控制，正作用，当上一级气缸的排压值上升时，增大当前级负荷输入；当上一级气缸的入口压力值下降时，减少当前级的负荷输入，并确保上一级排气压力值不得过低。这种方法能够优化在压缩机入口压力变化较大时，提高系统控制精度，改善压缩机活塞杆的受力状态，从而提高了压缩机运行的可靠性和安全性。

技术领域

本发明涉及压缩机控制方法领域,特别是一种采用压缩比控制的多级往复式压缩机无级气量调节组态控制方法。

背景技术

目前，国内大型往复式压缩机组装备气量无级调节系统的数量越来越多，其调节原理都是在压缩行程的部分行程强制打开进气阀，实现气体回流，只压缩实际需要的气量。往复式压缩机P-V(压力-容积)示功图是反映压缩机在一个工作循环(曲轴转角360°)中活塞在不同位置时气缸内气体压力变化的曲线，亦称气体力图。根据P-V图可对压缩机的工作过程做一系列的分析计算，对于气量无级调节系统，根据P-V图的面积可以计算压缩气体的指示功率。如图1所示，在气量无级调节系统的作用下，压缩行程的C-C’阶段是不压缩气体的，从P-V示功图上能够直观地看出节省了压缩机功耗。

无级气量调节系统的基本控制过程原理如下：DCS(分布式控制系统)发送各级负荷控制信号到中间接口单元ECU(电子控制单元)，发送信号为4～20mA模拟量，对应于压缩机0～100％的工作负荷。ECU接受到负荷信号后，将负荷信号转化为执行机构高速电磁阀的通断信号，根据通断的间隔时长，控制进气阀延迟关闭的时间，从而对压缩机的负荷进行无级调节。由于每侧进气阀的控制相位不同，所以ECU发送的控制指令也存在相位差。DCS所发送的各级负荷控制信号一般是由PID(比例积分)控制器根据工艺要求的参数，如压力、流量、温度等，来进行自动计算输出的。对于不同的生产装置，工艺参数也各不相同。

从图2往复压缩机的P-V示功图可以直观、定性地观察到压缩机功耗情况，但是在实际运行中，进排气压力并不能保持毫无变化。对于常见的三级压缩机组而言，进气压力会因为整个氢气管网的压力波动而波动(例如，进气压力在2.0～2.4MPa之间波动)，如果以各进排气压力作为系统的控制参数，对于一级气缸来讲，入口压力有20％的波动，而压缩机气缸的气量、排气温度，特别的，对于活塞杆受力与进排气压力或压缩比紧密相关。为了提高提高控制精度，改善无级调节工况下活塞杆受力，有必要提出一种优化的通过压缩比作为主控变量的控制组态方案。

·对于气缸气量，其最重要的影响因子λ_v—容积系数，表征行程容积的有效利用率，计算公式为式中为相对余隙容积；为压缩比；

·不失一般性，按照理想气体绝热压缩过程来计算排气温度，公式为

从上述分析可知，以各进/排气压力作为无级气量调节系统的控制参数，二、三级气缸工作参数能够保持稳定，但是一级气缸的负荷百分比和排气温度将会跟着进气压力的波动而变化。特别是如果进气压力下降，导致压缩机比增加，从而增加了活塞杆的负载，对于压缩机的安全运行带来隐患。因此，这种控制方式(详见图3)有其不利之处。

发明内容

本发明目的是：提供了一种采用压缩比控制的多级往复式压缩机无级气量调节组态控制方法，解决了实际运行中，发现当入口压力下降时，现有的压力控制方案容易造成一级空载，成为气体通道，从而大大增加后续压缩级的压缩比的现象。

本发明的技术方案是：一种采用压缩比控制的多级往复式压缩机无级气量调节组态控制方法：基于无级气量调节系统控制的压缩机组，压缩机组由多个气缸串联，每一级气缸均由对应的电控单元来控制，一级的电控单元控制信号来自压缩机入口和出口压力信号PIC控制器，二三级的电控单元控制信号来自一二级压缩比PIC控制器。