CN104343668A - 流体压缩机控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及的流体压缩机控制系统包括：具备进口和出口而压缩流体的流体压缩机；驱动流体压缩机的驱动电机；调节流体压缩机进口开口面积的翼部；发生用于控制由出口排出的流体的排出压力的第一控制信号的第一控制部；发生用于使驱动电机保持额定电流的第二控制信号的第二控制部；发生用于控制流入到进口的流体的进口压力的第三控制信号的第三控制部；以及接收第一控制信号和第二控制信号以及第三控制信号，并向翼部施加驱动信号而控制翼部的翼控制部。

Description

流体压缩机控制系统
技术领域
本发明涉及流体压缩机控制系统，更具体地讲，涉及预防流体压缩机进口流量过度消耗的现象，以稳定有效地控制流体压缩机的流体压缩机控制系统。
背景技术
控制液体或气体等流体的流体控制系统一般使用压缩流体的压缩机。氮气压缩机(N2booster)等流体压缩机是执行接收高压氮气而对其用高压压缩的功能的装置。一般而言，氮气压缩机供给高压氮气作为炼钢厂炼铁、连铸工艺上用于防止再氧化、炼钢铁水循环用流体，或者水冷式冷却较难的设备的冷却用流体或净化用气体。
氮气压缩机的前端与空气分离工艺连接，后端与如炼铁厂使用氮气的工艺连接，故控制氮气压缩机的控制系统可确保前端工艺和后端工艺的稳定性和效率。
如日本公开专利公报1997-68005的传统的压缩机控制系统，检测压缩机的出口压力而控制进口导向翼的开度，但对于压缩机的进口压力或驱动压力机的驱动电机电流不实施其它控制。在所述传统的压缩机控制系统，如果供应到压缩机的氮气流量不足而造成供压低于压缩机的设计压力，则压缩机的排出压力也无法达到设定值。在此状况下，为了使排出压力上升，再开放进口导向翼，进口导向翼进一步开放，使流入到压缩机进口的氮气流量增加。压缩机流入的氮气流量增加，使流入到压缩机的氮气压力下降而重新阻碍压缩机的排出压力上升。
由于这些恶性循环，在传统的压缩机控制系统中即使把进口导向翼完全开放，压缩机的排出压力仍然达不到设定值，而且压缩机在压缩机的进口压力低于设计值的状态下运行。压缩机的进口压力下降，会影响到压缩机的前端空气分离工艺而使生产的氮气纯度也降低。而且，压缩机的后端压力也不能保持在设定值，因而需求升压的氮气的后端工艺也无法正常运行。
如果在氮气压缩机的进口侧和出口则分别安装流量计，可以防止压缩机消耗流量过多而氮气压缩机制进口压力过分下降的问题。但通过以上方法以后，如果供应到压缩机的进口的氮气流量仍然不足，则会发生继续开放进口导向翼而压缩机的排出压力无法增加的恶性循环。而且压缩机的进口侧配管压力比出口相对低而配管的大小增加，因此如在进口侧的配管上安装流量计，则配管进口大而造成流量计的价格增加的问题。
对于这样的问题，可以由系统操作者来下调压缩机的可控制流量的设定值，但无法立即应对氮气压缩机和前后端的工艺突然发生变化而流入到氮气压缩机进口的氮气流量减少的事故。
【先有技术文献】
【专利文献】
日本公开专利公报1997-68005号(1997.3.11.)
发明内容
【技术问题】
本发明实施例的目的在于提供一种可防止流体压缩机的入口流量消耗过大的现象而稳定有效地控制流体压缩机的流体压缩机控制系统。
本发明实施例的另一目的在于在流入到流体压缩机进口的流体流量减少的情况下也使进口压力保持在预定压力以上，以确保流体压缩机的运行以及与流体压缩机前端和后端连接的工艺稳定性。
【技术方案】
本发明一个实施例的流体压缩机控制系统包括：具备用于输入流体的进口和用于排出压缩流体的出口而压缩流体的流体压缩机；驱动流体压缩机的驱动电机；安装在流体压缩机的进口，且受到由外部施加的信号的控制而调节进口开口面积的翼部；发生用于控制由流体压缩机的出口排出的流体的排出压力的第一控制信号的第一控制部；发生可以用于使驱动电机保持额定电流的第二控制信号的第二控制部；发生用于控制流入到流体压缩机的进口的流体的进口压力实施控制的第三控制信号的第三控制部；以及接收第一控制信号和第二控制信号以及第三控制信号，并向翼部施加驱动信号而控制翼部的翼控制部。
还可包括检测由流体压缩机的出口排出的流体的排出压力的出口压力检测部；第一控制部可是基于由所述出口压力检测部检测的排出压力发生第一控制信号的PID控制器。
还可包括检测驱动电机的电流的电流检测部；第二控制部可是基于由所述电流检测部检测的电流发生所述第二控制信号的PID控制器。
还可包括检测流入到流体压缩机的进口的流体的进口压力的进口压力检测部；第三控制部可是基于由进口压力检测部检测的进口压力发生第三控制信号的PID控制器。
翼控制部从第一控制信号和第二控制信号以及第三控制信号中可选择某一个作为向翼部施加的驱动信号，以使进口的所述开口面积最小化。
第三控制部可发生第三控制信号而使流体压缩机的进口流体压力保持预定压力以上。
【有益效果】
根据本发明实施例的流体压缩机控制系统，其有益效果是，可将进口压力和出口压力乃至流体压缩机的驱动电机电流全部考虑在内来调节流体压缩机的开口面积，从而可预防流体压缩机的进口流量消耗过多的现象而有效控制流体压缩机。
即使流入到流体压缩机进口的流体流量减少，但进口压力仍然保持在预定压力以上水平，从而确保流体压缩机运行以及与流体压缩机前端和后端连接的工艺稳定性。
附图说明
图1是概略图示本发明一个实施例的流体压缩机控制系统构件之间结合关系的框图；
图2是显示利用图1的流体压缩机控制系统的流体压缩机流量与压力比的曲线；
图3是显示图1的流体压缩机控制系统的驱动电机电流和IGV开度之间关系的图表；
图4是显示图1的流体压缩机控制系统的流体压缩机排出压力和IGV开度之间关系的图表；
图5是概略显示图1的流体压缩控制系统的流体压缩机入口压力和IGV开度之间关系的图表。
具体实施方式
下面结合附图中的实施例，对实施例的流体压缩机控制系统的组成和作用详细进行说明。说明中使用的“以及/或”表示相关要素的一个或要素的组合。
图1是概略图示本发明一个实施例的流体压缩机控制系统构件之间结合关系的框图。
图1上显示的实施例的流体压缩机控制系统包括：具备进口11和出口12而压缩流体的流体压缩机10；驱动流体压缩机10的驱动电机20；调节流体压缩机10的进口11开口面积的翼部30；控制流体压缩机10排出压力的第一控制部40；保持驱动电机20额定电流的第二控制部50；控制流体压缩机10进口压力的第三控制部60；控制翼部30的翼控制部70。
图1中显示的实施例的流体压缩机控制系统可以以压缩氮气的氮气压缩机(N2booster)为例。流体压缩机10具备流体被输入的进口11和排出被压缩流体的出口12。流体压缩机10的进口11输入由供应源供应的相应供应流量的氮气，流体压缩机10压缩的氮气通过出口12排出后以输出流量传到下一个工艺。
流体压缩机10被通过由外部传送的电信号而运行的驱动电机20驱动。图1中向驱动电机20施加电信号以控制驱动电机20的电机控制部是为图示便利进行省略。
流体压缩机10的进口11设置有翼部30。翼部30受到由外部施加的信号的控制，实施对进口11的开口面积进行调节的功能。翼部30可以以进口导叶(inlet guide vane；IGV)或进口蝶形导叶(inlet butterfly vane；IBV)实现。
翼部30被翼驱动部35驱动而调节进口11的开口面积。翼驱动部35根据由翼控制部70施加的驱动信号P0运行而驱动翼部30。
翼控制部70电连接于第一控制部40、第二控制部50以及第三控制部60，接收第一控制部40的第一控制信号S1、第二控制部50的第二控制信号S2以及第三控制部60的第三控制信号S3。翼控制部70基于接收的控制信号S1、S2、S3向翼部30的翼驱动部35传送可控制翼部30的驱动信号P0。
第一控制部40发生用于控制从流体压缩机10的出口12排出的流体的排出压力的第一控制信号S1。第二控制部50发生用于使驱动电机20保持额定电流的第二控制信号S2。第三控制部60发生用于控制流入到流体压缩机10进口11的流体的进口压力的第三控制信号S3。
第一控制部40和第二控制部50以及第三控制部60可以分别用比例-积分-微分控制器(PID控制器)实现。但实施例并不限于上述的控制器的实现方式，第一控制部40和第二控制部50以及第三控制部60可以分别用比例-微分控制部(PD控制器)、比例-积分控制器(PI控制器)等多种形态控制器实现。
流体压缩机10的出口12连接有检测由流体压缩机10排出的流体的排出压力的出口压力检测部41。第一控制部40基于由出口压力检测部41检测的排出压力发生第一控制信号S1。
流体压缩控制系统可以具备检测驱动电机20的电流的电流检测部51。第二控制部50基于通过电流检测部51检测的驱动电机20的电流发生第二控制信号S2。
流体压缩机10的进口连接有检测流入到进口11的流体的进口压力的进口压力检测部61。第三控制部60基于由进口压力检测部61检测的进口压力发生第三控制信号S3。
翼控制部70可以从第一控制信号S1和第二控制信号S2以及第三控制信号S3中选择某一个作为向翼部30施加的驱动信号P0,以实现流体压缩机10进口11的开口面积最小化。
流体压缩机10的出口12可以通过具备防喘振阀80(anti-surge valve)的回归线81连接于流体压缩机10的进口11。
图2是显示利用图1的流体压缩机控制系统的流体压缩机10流量与压力比的曲线。图2是显示具备以IGV实现的翼部30的流体压缩机10流量与压力比变化的曲线。
假如流体压缩机的当前运行点在So，并增加IGV开口率，使流体压缩机的流量增加，则流体压缩机的运行点可能沿着以T1箭头表示的线移动。但在对流体压缩机的进口流量变动无法有效应对的传统的流体压缩机控制系统，流体压缩机的实际运行点沿着以T2箭头表示的线移动。
所述现象是，在供应到流体压缩机的流体流量不足，从而供应到流体压缩机的流体供压低于设计压力，由此造成压缩机的排出压力也达不到控制目标值的情况下发生。
在所述状况下，如果为了增加流体压缩机的排出压力而增加IGV开度(进口的开口面积)，则流入到流体压缩机进口的流体流量增加，但流体压缩机进口的进口压力减少而阻碍排出压力上升。
由于这些恶性循性，即使将IGV开度增加到100％，但流体压缩机的排出压力仍然达不到控制目标值，而且流体压缩机在进口压力低于设计点的状态下运行。
在图1中显示的实施例的流体压缩机控制系统，将流体压缩机10的进口压力和出口压力乃至流体压缩机10的驱动电机20电流均考虑在内的前提下调节流体压缩机10的开口面积，进而可有效控制流体压缩机10。
图3是显示图1的流体压缩机控制系统的驱动电机20电流和IGV开度之间关系的图表，图4是显示图1的流体压缩机控制系统的流体压缩机10排出压力和IGV开度之间关系的图表，图5是概略显示图1的流体压缩控制系统的流体压缩机10入口压力和IGV开度之间关系的图表。图3至图5是对于具备以IGV实现的翼部30的流体压缩机10进行例示的图表。
第三控制部60可以发生第三控制信号S3而使流体压缩机10的进口11的进口压力保持在预先设定的标准压力Pi以上。流体压缩机10的进口11标准压力Pi例如可设定为对流体压缩机10的前阶段的空气分离工艺(airseparation process)不产生影响且可以确保氮气纯度的最低值。
翼控制部70利用由第三控制部60发生的第三控制信号S3控制翼部30而流体压缩机10进口11的进口压力低于标准压力Pi时关闭翼部30，大于标准压力时对流体压缩机10出口12的出口压力实施控制。与标准压力Pi对应的第三控制信号S3值用I3表示。
流入到流体压缩机10的氮气流量可以用以进口压力为变量的函数表达，因此流体压缩机10的进口压力是表达生产的氮气流量的变化乃至通过流体压缩机10的动作决定的吸入流量的变化的参数。随之基于第三控制部60的第三控制信号I3控制翼部30，使流体压缩机10的进口压力保持在一定水平以上，从而确保氮气纯度以及使流体压缩机10后端的压力下降得最少。
如图3所示，第二控制部50以用于控制IGV开度的第二控制信号S2使驱动电机20的电流低于额定电流Cp。I1表示与额定电流Cp对应的第二控制信号S2的值。
如图4所示，第一控制部40以用于控制IGV开度的第一控制信号S1使流体压缩机10的出口12排出压力低于标准压力Po。I2表示与标准压力Po对应的第一控制信号S1的值。
随之，翼控制部70将上述第一控制部40的第一控制信号S1和第二控制部50的第二控制信号S2以及第三控制部60的第三控制信号S3全部接收以后，将第一控制信号S1和第二控制信号S2以及第三控制信号S3中选择某一个作为驱动信号P0而实现被翼部30调节的进口11开口面积的最小化。
传统的流体压缩机的前端和后端须分别安装流量计，但在上述结构的流体压缩机控制系统，可以最大限度地减少所需流量计的数量而节省系统的建设成本。
尤其，流体压缩机的进口侧配管压力比出口相对低而配管的大小会增加，但在上述结构的流体压缩机控制系统，进口侧的配管上不需安装流量计，可以通过控制器的配置和运用来有效控制流体压缩机而节省成本。
传统的流体压缩机上供应的流体的流量被减少，则流体压缩机的进口压力继续减少而造成流体压缩机的运行能力下降的问题，但在上述结构的流体压缩机控制系统，可以使流体压缩机的进口压力保持在特定水平以上而提升流体压缩机的稳定性。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所述的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例所述技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种流体压缩机控制系统，包括：具备用于输入流体的进口和用于排出压缩流体的出口而压缩流体的流体压缩机；驱动所述流体压缩机的驱动电机；安装在所述流体压缩机的所述进口，且受到由外部施加的信号的控制而调节所述进口开口面积的翼部；发生用于控制由所述流体压缩机的所述出口排出的流体的排出压力的第一控制信号的第一控制部；发生用于使所述驱动电机保持额定电流的第二控制信号的第二控制部；发生用于控制所述流体压缩机的流入到所述进口的流体的进口压力的第三控制信号的第三控制部；以及接收所述第一控制信号和所述第二控制信号以及所述第三控制信号，并向所述翼部施加驱动信号而控制所述翼部的翼控制部。
2.根据权利要求1所述的流体压缩机控制系统，其特征在于，还包括检测由所述流体压缩机的所述出口排出的流体的排出压力的出口压力检测部，
所述第一控制部是基于由所述出口压力检测部检测的排出压力发生所述第一控制信号的比例-积分-微分控制器。
3.根据权利要求1所述的流体压缩机控制系统，其特征在于，还包括检测所述驱动电机的电流的电流检测部，
所述第二控制部是基于由所述电流检测部检测的电流发生所述第二控制信号的比例-积分-微分控制器。
4.根据权利要求1所述的流体压缩机控制系统，其特征在于，
还包括检测流入到所述流体压缩机的所述进口的流体的进口压力的进口压力检测部，
所述第三控制部是基于由所述进口压力检测部检测的进口压力发生所述第三控制信号的比例-积分-微分控制器。
5.根据权利要求1所述的流体压缩机控制系统，其特征在于，所述翼控制部从所述第一控制信号和所述第二控制信号以及所述第三控制信号中选择某一个作为向所述翼部施加的所述驱动信号，以使所述进口的所述开口面积最小化。
6.根据权利要求5所述的流体压缩机控制系统，其特征在于，所述第三控制部发生所述第三控制信号而使所述流体压缩机的所述进口流体压力保持预定压力以上。
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