Способ защиты компрессора от помпажа и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 1825899 1 з Р 040 ОПИСАН К АВТОРСКОМУ ИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЕТЕЛЬСТВ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Донецкий политехнический институт (72) В.Н,Деканенко, А.А.Цыганок, Н.В.Полейчук и Ю,Д.Молянов(54) СПОСОБ ЗАЩИТЫ КОМПРЕССОРА ОТ ПОМПАЖА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к области компрессоростроения, а более точно к способу защиты компрессора от помпажа и устройству защиты компрессора от помпажа. Целью настоящего изобретения является повышение надежности предотвращения помпажа и экономичности работы центробежного компрессора, Способ защиты компрессора от помпажа путем измерения первого параметра, характеризующего помпаж, выделения низкочастотных колебаний первого параметра, сравнения амплитуды колебаний с заданной величиной и информирования сигнала наличия помпажа, измерения второго, третьего и четвертого параметров, характеризующих режим работы компрессора, определения пятого параметра в зависимости от отношения третьего и четвертого параметров, по измеренному второму параметру определения максимального значения пятого параметра, определения суммарной длительности интервалов времени превышения амплитудой колебьний первой заданной величины и допустимого значения суммар-а ной длительности в зависимости от отношения пятого параметра к его максимальному значению, причем сигнал наличия помпажа формируют при превышении суммарной длительностью интервалов времени ее допустимого значения, а сброс сигнала наличия помпажа осуществляют по истечении1825899 10 15 20 25 30 заданного времени. В качестве первого, второго, третьего и четвертого параметров используют соответственно ток электропривода, расход газа, давление газа на входе и давление газа на выходе из компрессора, Иногда в качестве первого и второго параметров может быть использован расход газа, а в качестве третьего и четвертого соответственно давление газа на входе и давление газа на выходе из компрессора, Устройство защиты компрессора от помпажа содержит последовательно соединенные первый датчик параметра 1, характеризующего помпаж, первый фильтр 2, второй фильтр 3 и первый компаратор 4, последовательно соединенные элемент задержки 5 и второй компаратор 6, последовательно соединенные третий компаратор 7, триггер 8 и привод 9 противопомпажного клапана, первый функциональный преобразователь 10, счетчик 11 и второй функциональный преобразователь 12, подключенный входом к первому фильтру 2, а выходом к второму входу первого компаратора 4, а также второй 13. треИзобретение относится к области компрессоростроенйя, а более точно к способу защиты компрессора от помпажа и устрой- стоу защиты компрессора от помпажа,Целью изобретения является повышение надежности предотвращения помпажа и экономичности работы центробежного компрессора.Указанная цель достигается тем, что в известном способе защиты. компрессора от помпажа, включающем измеренйе первого параметра, характеризующего помпаж, выделение низкочастотных колебаний первого параметра, сравнение амплитуды колебаний с заданной величиной и формирование сигнала наличия помпажа, дополнительно измеряют второй, третий и четвертый параметры, характеризующие режим работы компрессора, определяют пятый параметр в зависимости от отношения третьего и четвертого параметров, по измеренному второму параметру определяют максимальное значение пятого параметра, определяют суммарную длительность интервалов времени превышения амплитудой .колебаний первой заданной величины и допустимое значение суммарной длительности в эавйсимости от отношения пятого параметра к его максимальному значению, причем. сигнал наличия помпажа формируют при превышении сумтий 14 и четвертый 15 датчики параметров, характеризующих помпаж, первый 16 и второй 17 элементы деления, генератор тактовых импульсов 18, интегратор 19 и ключ 20, подключенный параллельно последнему, а управляющим входом к второму компаратору 6, причем интегратор 19 подключен входом к первому компаратору 4, а выходом к третьему компаратору 7, счетчик 11 подключен входами к триггеру 8 и генератору тактовых импульсов 18, а выходом к установочному входу триггера 8, элемент задержки 5 подключен к выходу первого компаратора 4,первый элемент деления 16 подключен входами к первому функциональному преобра-. зователю 10 и второму элементу деления 17, а выходом к второму входу третьего компаратора 7, второй элемент деления 17 подключен входами к третьему 14 и четвертому 15 датчикам параметров. характеризующих помпаж, а вход первого функционального преобразователя 10 подключен к второму датчику параметра 13. характеризующего помпаж, 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 2 ил. марной длительностью интервалов времени ее допустимого значения. а сброс сигнала наличия помпажа осуществляют по истечении заданного времени.В качестве первого, второго, третьего и четвертого параметров используют соответственно ток электропривода, расход газа,давление газа на входе и давление газа на выходе из компрессора, Иногда в качестве первого и второго параметров может быть использован расход газа, а в качестве третьего и четвертого - соответственно давление газа на входе и давление газа на выходе из компрессора.Указанная цель достигается тем, что известное устройство защиты компрессора от помпажа. содержащее последовательно соединенные первый датчик параметра, характеризующего помпаж, первый фильтр. вторОй фильтр и первый компаратор. последовательно соединенные элемент задержки и второй компаратор, последовательно соединенные третий компаратор, триггер и привод противопомпажного клапана, а также первый функциональный преобразователь. счетчик и второй функциональный преобразователь, подключенный входом к первому фильтру, а выход к второму входу первого компаратора, дополнительно содержит второй, третий и четвертый датчики параметров, характе1825899 30А35 40путем деления двух сигналов; сигнала, пропорционального давлению нагнетания (вы 45 50 Овх 2Овых =Квх 1 ризующих помпаж, первый и второй элементы деления, генератор тактовых импульсов, интегратор и ключ, подключенный параллельно последнему, а управляющим входом к второму компаратору, причем интегратор подключен входом к первому компаратору, а выходом к третьему компаратору, счетчик подключен входами к триггеру и генератору тактовых импульсов, а выходом к уСтановочному входу триггера, элемент задержки подключен к выходу первого компаратора, первый элемент деления подключен входами к первому функциональному преобразователю и второму элементу деления, а выходом к второму входу третьего компаратора, второй элемент деления подключен входами к третьему и четвертому датчикам параметров, характеризующих помпаж, а вход первого функционального преобразователя подключен ко второму датчику параметра, характериЗующего помпаж,Использование в качестве первого, второго, третьего и четвертого параметров, соответственно, тока злектропривода, расхода газа, давления всасывания и нагнетания компрессора позволяет наиболее просто получить первый сигнал, а второй, третий и четвертыи при этом будут наиболее точно определять режим работы компрессора,Формирование сигнала открытия противопомпажного клапана при превышении величиной суммарной длительности импульсов уставки, зависящей от величины вероятности нахождения рабочей точки на линии помпажа, позволяет исключить ложные срабатывания противопомпажного клапана в устойчивой зоне,При использовании в качестве привода центробежного компрессора других типов приводов (незлектрических)целесообразно использовать расход газа в качестве первого и второго параметров, что также приводит к выполнению поставленной цели.На фиг,1 изображена блок-схема устройства защиты центробежного компрессора; на фиг,2 - эксплуатационные режимы работы центробежною компрессора в координатах расход газа 0 - степень сжатия е,Устройство защиты компрессора от помпажа (фиг,1) содержит последовательно соединенные первый датчик параметра 1, характеризующего помпаж, первый фильтр 2,.второй фильтр 3 и первый компаратор 4, последовательно соединенные элемент задержки 5 и второй компаратор . последовательно соединенные третий компаратор 7, триггер 8 и привод 9 противопомпажного клапана, первый функциональный преобразователь 10, счетчик 11 и второй функциональный преобразователь 12, и одкл юченнь 1 й 5 10 15 20 входом к первому фильтру 2, а выходом к второму входу первого компаратора 4, а также второй 13, третий 14 и четвертый 15 датчики параметров, характеризующих помпаж, первый 16 и второй 17 элементы деления. генератор тактовых импульсов 18, интегратор 19 и ключ 20, подключенный параллельно последнему, а управляющим входом к второму комнаратору 6, причем интегратор 19 подключен входом к первому компаоатору 4, а выходом к третьему компаратору 7, счетчик 11 подключен входами к триггеру 8 и генератору тактовых импульсов 18, а выходом к установочному входу триггера 8, элемент задержки 5 подключен к выходу первого компаратора 4, первый элемент деления 16 подключен входами к первому функциональному преобразователю 10 и второму элементу деления 17, а выходом к второму входу третьего компаратора 7, второй элемент деления 17 подключен входами к третьему 14 и четвертому 15 датчикам параметров, характеризующих помпаж, а вход первого функционального преобразователя 10 подключен ко второму датчику параметра 13, характеризующего помпаж,Устройство работает следующим образом,При работе компрессора в устойчивой зоне (т.а 1, фиг.2) фактический расход газа Ов 1 ОПРЕДЕЛЯЕтСЯ ВЕЛИЧИНОЙ СИГНаЛа На ВЫ- ходе второго датчика параметра 13 (второй сигнал), Первь 1 й функциональный преобразователь 10 по величине второго сигнала вычисляет максимальное значение пятого СИГНаЛа (СТЕПЕНЬ СжатИЯ Е ла 1) КОМПРЕССОра, соответствующее помпажу, а второй элемент деления 17 вычисляет фактическую ВЕЛИЧИНУ ПЯТОГО СИГНаЛа(СТЕПЕНЬ СжатИЯ Е в 1) ход четвертого датчика параметра 15), и сигнала, пропорционального давлению всасывания (выход третьего датчика параметра 14). Максимальное и фактическое значения пятого сигнала поступают соответственно на первый и второй входы первого элемента деления 16, который реализует зависимостьвида ГДЕ Овх 2 - НаПРЯжЕНИЕ На ВТОРОМ ВХОДЕ ПЕР- вого элемента деления 16;Овх 1 - напРЯжение на пеРвом вхоДе первого элемента деления 16;К - коэффициент, величина которого определяется из условия отстройки от ложного15 20 30 35 40 50 срабатывания защиты при работе компрессора в устойчивой зоне и надежного срабатывания ее в предпомпажной зоне при появлении предпомпажных колебаний первого параметра,Таким образом, для т,а 1 первый элемент деления 16 вычисляет величину допустимой суммарной длительности импульсов, При перемещении т.а 1 по характеристике компрессора изменяется и величина допустимой суммарной длительности импульсов, которая увеличивается (уменьшается) пропорционально уменьшению (увеличению) величины вероятности при увеличении (уменьшении) расхода газа. Допустимая величина является уставкой срабатывания третьего компаратора 8, которая подается на его второй вход.При переходе рабочей точки компрессора иэ устойчивой зоны (т.а, фиг.2) в предпомпажную (т.а 2, фиг.2) при увеличении сопротивления пневматической сети в контролируемом первом параметре, например в токе статора приводного электродвигателя, возникают предпомпажные колебания, характерные для атаговекима работы, Первый сигнал, пропорциональный току статора, с первого датчика параметра 1 поступает на вход первого фильтра 2 нижних частот, которой сглаживает пульсации свыше 5 Гц и пропускает далее сигнал на вход второго фильтра 3 верних частот, который выделяет и усиливает переменную составляющую низкочастотного спектра предпомпажной частоты (интервал частот 0,1-5 Гц) и подает ее на вход первого компаратора 4, Одновременно сигнал с выхода первого фильтра 2 через второй функциональный преобразователь 12 подается на второй вход первого компаратора 4 и задает ему уставку срабатывания (заданную величину амплитуды переменной составляющей). При превышении амплитудной отрицательной полуволны переменной составляющей входного сигнала уставки первый компаратор 4 срабатывает и на.его выходе появляется импульс, длительность которого определяется временем превышения величины амплитуды переменной составляющей над заданной величиной амплитуды переменной составляющей. При работе компрессора в и редпомпажной зоне импульсы на выходе первого компаратора 4 появляются с частотой предпомпажных колебаний первого параметра, Импульсы подаются на вход интегратора 19. Сигнал на выходе интегратора 19 имеет возрастаю. щую форму ,рост наблюдается при наличии импульсов, измененное значение - при их отсутствии).Сигнал с выхода интегратора 19 подается на первый вход третьегокомпаратора 7,на втором входе которого присутствует величина допустимой суммарной длительности импульсов, определяемая первым элементом деления 16, При достижении сигналом на выходе интегратора 19 величины уставки третьего компаратора 7 он срабатывает и на выходе появляется импульс, приводящий к срабатыванию триггера 8. Сигнал открытия противопомпажного клапана с выхода триггера 8 поступает на привод 9 противопомпажного клапана, который начинает открываться и рабочая точка компрессора переводится из предпомпажной эоны(т.аг,фиг.2) в устойчивую зону (т.а 1, фиг,2),Перевод рабочей точки компрессора в устойчивую зону приводит к прекращению возникновения импульсов на выходе первого компаратора 4, На выходе элемента задержки 5 сигнал начинает уменьшаться и при достижении им величины уставки (ли- ния 21) второго компаратора 6 он срабатывает и на его выходе появляется сигнал, приводящий к обнулению интегратора 19 (выход интегратора 19 соединяется через ключ 20 со входом), Сигнал на выходе интегратора 19 становится равным нулю, Это приводит к переключению третьего компаратора 7, т,к, величина сигнала на его первом входе становится меньше величины сигнала на втором входе (уставки). Однако,если рабочая точка компрессора не вышла из предпомпажной зоны (время перехода рабочей точки из предпомпажной эоны в устойчивуюзадается конкретно для каждого типа привода противопомпажного клапана, агрегата и т.д. подбором частоты следования прямоугольных импульсов от генератора тактовых импульсов 18 на счетный вход счетчика 11 и путем соединения соответствующего выхода счетчика 11 с установочным в исходное состояние входом триггера 8), то сброса триггера 8 от счетчика 11 не произойдет и и ротивопомпажный клапан будет продолжать открываться до тех пор, пока счетчик 11 не установит триггер 8 в исходное состояние.При работе центробежного компрессора в устойчивой зоне (т,а 2, фиг.2) и при возникновении в токе статора колебаний,вызванных, например, включением соседних компрессоров и приводящих к срабатыванию третьего компаратора 7, ложного открытия противопомпажного клапана не произойдет, т,к, величийа сигнала на выходе интегратора 19 не достигнет величины уставки на втором входе третьего компаратора 7 (допустимой суммарной длительности импульсов), которая увеличивается с уменьшением вероятности нахождения рабочей точки на линии помпажа, Только когда5 10 15 20 5 ЗО 35 40 рабочая точка компрессора достигнет предпомпажной эоны и уставка для третьего компаратора 7 уменьшится, возможно его срабатывание.Таким образом введение в устройствовторого 13, третьего 14 и четвертого 15 датчиков параметра, первого 16 и второго 17 элементов деления, генератора тактовых импульсов 18, интегратора 19 и ключа 20 позволило повысить надежность предотвращения помпажа путем устранения ложных срабатываний противопомпажного клапана и эа счет этого повысить экономичность работы компрессора.Формула и зоб рете н и я 1, Способ защиты компрессора от помпажа путем измерения первого параметра, характеризующего помпаж, выделения низкочастотных колебаний первого параметра, характеризующего помпаж, выделения низкочастотных колебаний первого параметра, сравнения амплитуды колебаний с заданной величиной и формирования сигнала наличия помпажа, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности защиты; дополнительно измеряют второй, третий и четвертый параметры, характеризующие режим работы компрессора, определяют . пятый параметр в зависимости от отношения третьего и четвертого параметровпо измеренному второму параметру определяют максимальное значение пятого параметра, определяют суммарную длительность интервалов времени превышения амплитудой колебаний первой заданной величины и допустимое значение суммарной длительности в зависимости от отношения пятого параметра к его максимальному значению, причем сигнал наличия помпажа формируют при превышении суммарной длительно, стью интервалов времени ее допустимого значения, а сбором сигнала наличия помпажа осуществляют по истечении заданного времени.2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в качестве первого второго, третьего и четвертого параметров используют, соответственно,ток электропривода, расход "газа, давление газа на входе и давление газа на выходе из компрессора.З,Способ по п,1,отличающийся тем, что в качестве первого и второго параметров используют расход газа, а в качестве третьего и четвертого параметров, соответственно, - давление газа на входе и давление газа на выходе иэ компрессора,4. Устройство для защиты компрессора от помпажа, содержащее последовательно соединенные первый датчик параметра, характеризующего помпаж, первый фильтр, второй фильтр и первый компаратор, последовательно соединенные элемент задержки и второй компаратор, последовательно соединенные третий компаратор, триггер и привод противопомпажного клапана, а также первый функциональный преобразователь, счетчик и второй функциональный преобразователь, подключенный входом к первому фильтру. а выходом - к второму входу первого компаратора, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что оно дополнительно содержит второй, третий и четвертый датчики параметров, характеризующих помпаж, первый и второй элементы деления, генератор тактовых импульсов, интегратор и ключ, подключенный параллельно последнему, а управляющим входом - к второму компаратору, причем интегратор подключен входом к первому компаратору. а выходом - к третьему компаратору, счетчик подключен входами к триггеру и генератору тактовых импульсов, а выходом - к установочному входу триггера, элемент задержки подключен к выходу первого компаратора, первый элемент деления подключен входами к первому функциональному преобразователю и второму элементу деления, а выходом - к второму входу третьего компаратора, второй элемент деления подключен входами к третьему и четвертому датчикам параметров, характеризующих помпаж, а вход первого функционального преобразователя подключен к второмудатчику параметра, характеризующего помпаж.)Оой Си 8 ьВ Составитель А.ЦыганокРедактор О,Савина Техред М.Моргентал Коррек Гереши одственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 аказ 2311, Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5