Способ управления процессом охлаждения компрессорного агрегата с использованием вторичных теплоэнергоресурсов и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) (11) ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) ТНО ЕТЕНИЯ И СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ . ВТОР области комп- и к способамагрегата.ышение эконооптимального жениеэнергообреостренияль изтипатурнлениомех граисп в конденсаой теплоты, опроводной ля бытовых ение относится к ения, в частнос компрессорного обретения - пов утем поддержанияого режима и сн рессоохлаждЦееееЕе отопления ления проного агрега- параметров мичнос темпер потребКр ненны сос, в рои ступе- омежуточ(21) 4933358/29(71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт охраны окружающей природной среды в угольной промышленности и Пермский политехнический институт(56) Рейнер Г,Р. Автоматизация поршневых компрессорных установок, Машиностроение, 1963. с,87.Авторское свидетельство СССР М 538152, кл. Р 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 регулиротого, вместо широко распрострадирен используют тепловой наарителе которого происходит 1)5 Е 04 В 39/06, 49/00 вании 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 регулято-.ром, соединенным с исполнительным.устройством, изменяющим расход охлажда-ющей воды на концевом ВО, датчиков т-ры Я воды на входе в промежуточный ВО, давле-ние 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. еетая охлаждение оборотной воды, а торе - передача утилизированн повышенного потенциала в вод воде, используемой затем д нужд или низкотемпературногоЗаявляемый способ управ цессом охлаждения компрессор та основан на следующей связи процессов сжатия в первой и в нях сжатия и теплопередачи в п(8)Уравнение (8) позволяет найти оптимальную величину температуры сжатоговоздуха на выходе из промежуточного воз 20 духоохладителя, обеспечивающую минимальный суммарный расход электроэнергиина сжатие газа в двухступенчатом компрессоре и циркуляцию оборЬтной охлаждающей воды,25Нагретая вода от компрессорного агрегата поступает в испаритель теплового насоса, где отдавая теплоту, охлаждается дозаданной оптимальной температуры (вне30 зависимости от времени года и суток) и снова подается на охлаждение. В конденсатортеплового насоса из водопровода подаетсявода, используемая для бытовых нужд илйнизкотемпературного отопления.35 . На чертеже показана схема управленияпроцессом охлаждения компрессорного агрегата, охлаждения, оборотной воды и утилизации ее низкопотенциальной теплоты.Заявляемое устройство управления40 процессом охлаждения компрессорного агрегата с использованием вторичных теплоэнергоресурсов, включающее цилиндрыпервой 1 и второй 2 ступеней сжатия, промежуточный 3 и концевой 4 воздухоохлади-45 тели, тепловой насос 5, циркуляционнцйнасос 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 использо 55 ванием вторичных теплоэнергоресурсовосуществляется системой автоматическогоуправления следующим образом,Температура охлаждающей воды на выходе из цилиндров 1 и 2 измеряется датчиками 11 и 12 и регулируется на заданных Ы( + (") + о Р.Цн в - 1 1 т(рном 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,где )ч- суммарная потребляемая мощность, Вт;1, - удельная работа сжатия в первой и второй ступени, Дж/кг;Мх - массовый расход воды через промежуточный воздухоохладитель, кг/с,Удельная работа в первой ступени, с учетом недоохлаждения воздуха в промежу, точном воздухоохладителе будетУдельная работа во второй ступени оп- ределится Расход воды через промежуточный воз- духоохладитель Продифференцируемняем результат к нулюо1810606 5 10 15 20 25 30 35 40 45 значениях регуляторами 17 и 19, сигнал с которых поступает на исполнительные устройсва 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 рассчитанному значению температуры воздуха после промежуточного воздухоохладителя, подается как задание на регулятор температуры после промежуточного воздухоохладителя,После охлаждения компрессорного аг 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 31с 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 4 М 10- 100/8, при которой будет наименьший суммарный расход электроэнергии на выработку сжатого воздуха для следующих исходных данных; Измеренные значения параметров: Т 1 = 389 К: Тв = 303 К; Тх = 312 К: Ро =0,1 10 Па; Р - 0,35 10 Па; Р 2 = =0,899 10 Па; Рн=0,2 10 Па.Справочные данные:й = 287 Дж/(кг К); п = 1,25; у - 0,7; ун = 0,7; Ср =ф 1000 Дж/(кгК); С фф =4190 Дж/(кг К).Подставив данные в формулу 8), пол- учимоо о.т о 5 тт55 0,55 .0,55 ,55 ф 4964 О К отгде Т 1 Р - оптимальЧое значтурц воздуха на выходе првоэдухоохладителя, К;п - показатель политропый - газовая постоянная, Дд- КПД компресСора;ф - КПД насоса;Ср - удельная теплоемкДж/(кг К);С - удельная теплоемДж/(кг К);Т 1 - измеренное(фактичетемпературы сжатого воздупромежуточного воздухоохла ние темперамежуточн ого сжатия;ж/(кг К) сть воздуха ть воды,55 кое) значениеа на выходеителя, К; Т.е. оптимальная температура воздухапосле промежуточного воздухоохладителя . для данных условий будет равн 314 К. 10Значение температуры Т 1= 314 Кподдерживается системой управления пу.тем регулирования расхода охлаждающей воды на промежуточный воздухоохладитель. 15Предлагаемый способ управления охлаждением компрессорного агрегата типа 4 М 10-100/8 позволит. снизить энергопотребление по.сравнению с прототипом с 613 кВт ч до 569 кВт. ч, то есть на 44 20 кВт ч, а утилизация теплоты оборотной воды позволит выработать около 20 тыс. ГДж теплоты в год, Формула изобретения 1. Способ управления.процессом ох лаждения компрессорного агрегата с использованием вторичных теплоэнергоресурсов, заключающийся в изменении подачи охлаждающей жидкости на промежуточный воэдухоохладитель в зави симости от режимных параметров, о т л и ча ю щ и й с я тем, что, с целью повышения 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:1- оптимально духа на выхо ду хладителя, К; и - показатель пол В - азовая постоян ц- КПД компресса 9 - КПД насоса; где Т 1(орт туры воз воз хоо чение темпер ромежуточно тропыная, Джра; ия;К); Тв - фактическое значение температуры воды на входе промежуточного воздухоохладителя, К;Тх - температура воды на выходе из промежуточного воздухоохладителя, К;Ро - фактическое значение давления воздуха на входе в цилиндр первой ступени, Па;Р 1, Р 2 - фактическое значение давлениявоздуха после первой и второй ступенейПа,Рн - фактическое значение давления циркуляционного водяного насоса, Па, в качестве режимньх 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 е с я 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:1810606 10 Корректор П.Гереш ехред М.Моргентал Козл Редакт аз 1432 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям к откры113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 ри ГКНТ ССС ьский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Производственно-и Ср - удельная теплоемкость воздуха, Дж/(кг К);С -удельная теплоемкость воды, Дж/(кг К);Т 1 - измеренное(фактическое) значение температуры сжатого воздуха на выходе промежуточного воздухоохладителя, К;Тв - фактическое значение температуры воды на входе промежуточного воздухоохладителя, К:Тх - температура воды на выходе из промежуточного воздухоохладителя, К;Ро - фактическое значение давления воздуха на входе в цилиндр первой ступени, Па; Рс, Р 2 - фактическое значение давлениявоздуха после первой и второй ступеней,Па;Рн - фактическое значение давления5 циркуляционного водяного насоса,а выход функционального блока соединен свходом регулятора температуры воздуха,сравнивающего фактическую и оптимальную температуры и направляющего сигнал 10 задание на исполнительное устройство срегулирующим органом, регулирующимрасход охлаждающей воды на промежуточный воздухоохладитель,