CN104696253A - 一种空气压缩机进口导叶调节控制方法 - Google Patents

一种空气压缩机进口导叶调节控制方法 Download PDF

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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids

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Abstract

本发明公开了一种空气压缩机进口导叶调节控制方法，其借助于空气压缩机进口导叶调节装置，该调节装置包括与板壳连接的出口导叶，以及与外壳连接的进口导叶，还包括曲柄、驱动圈、传动连杆，以及锥齿轮和齿轮盘；所述出口导叶与所述曲柄连接，该曲柄与所述驱动圈连接，该驱动圈与所述传动连杆连接；所述进口导叶与所述锥齿轮连为一体，该锥齿轮和齿轮盘啮合；上述进口导叶通过键与所述锥齿轮连为一体；上述齿轮盘与进口拉杆连接，通过进口拉杆与外部执行器的连接，可使得外部执行器带动拉杆移动，从而带动整个齿轮盘的转动；外部执行器与压缩机进口导叶控制器连接，该控制器使用变种积分分离算法，使控制器具有更高的品质，能够提高压缩机运行的稳定性和工作效率。

Description

一种空气压缩机进口导叶调节控制方法
技术领域
本发明涉及一种空气压缩机控制方法，尤其涉及一种空气压缩机进口导叶调节控制方法。
背景技术
当空气压缩机在低于泵设计流量运转时，在压缩机的叶轮、扩散管和其它部位发生脱流现象，这就会降低压缩机的运行效率使其低于设计效率。为解决这些问题，设计人员已尝试利用可变角进口导叶和扩散管叶片来调节叶片使其适应流体流动特点。
现行的空气压缩机一般采用单一的进口或出口调节进行相应调整。进口调节中可转动的进口导叶调节性、经济性良好，且由于调节可使气体产生预旋，当在增大压缩机流量时，可采用负预旋；当在减小压缩机流量时，可采用正预旋，但是采用此种方法调节，由于工作流量不同于设计流量，就增加了扩压器等固定元件的损失，而使其效率降低。单一的出口调节，通过可调叶片，可以改变扩压器进口几何角，使性能曲线向小流量区大幅移动，而使喘振流量大为减小，因而能够很好的满足流量变化的工况。
正因为通过调节进口导叶的角度的具有上述优点，因此如何精确调节进口导叶的角度是亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有压缩机进口导叶控制过程中控制器参数不易确定、控制产生的超调量不满足要求等问题，使用积分分离比例积分控制或者变速积分比例积分控制，根据偏差的大小确定积分量，以避免产生过大的超调，保证控制的精度，提高压缩机的效率。
为了实现上述的目的，本发明的技术方案如下：
一种空气压缩机进口导叶调节控制方法，其借助于空气压缩机进口导叶调节装置，其特征在于：该调节装置包括与板壳连接的出口导叶，以及与外壳连接的进口导叶，还包括曲柄、驱动圈、传动连杆，以及锥齿轮和齿轮盘；所述出口导叶与所述曲柄连接，该曲柄与所述驱动圈连接，该驱动圈与所述传动连杆连接；所述进口导叶与所述锥齿轮连为一体，该锥齿轮和齿轮盘啮合；上述进口导叶通过键与所述锥齿轮连为一体；上述齿轮盘与进口拉杆连接，通过进口拉杆与外部执行器的连接，可使得外部执行器带动拉杆移动，从而带动整个齿轮盘的转动；外部执行器与压缩机进口导叶控制器连接，该控制器驱动外部执行器的方法包括以下步骤：
1)在压缩机的进口设置流量传感器，该流量传感器的实际测量值计为T实，压缩机流量的设定值计为T设，第k时刻的流量传感器的实际测量值T实与压缩机流量的设定值T设的偏差记为e(k)，作为控制器的输入；
2)整定压缩机进口转导叶控制的比例积分控制器参数，其中比例作用常数记为KP，积分作用常数记为KI；然后设计积分分离比例积分控制器，以比例积分控制器的比例作用常数KP作为积分分离比例积分控制器的比例作用常数，积分分离比例积分控制器第k时刻的积分作用系数记为f分离[e(k)]，得到第k时刻的积分作用常数f分离[e(k)]×KI；或设计变速积分比例积分控制器，以比例积分控制器的比例作用常数KP作为变速积分比例积分控制器的比例作用常数，变速积分比例积分控制器第k时刻的积分作用系数记为f变速[e(k)]；得到第k时刻的积分作用常数f变速[e(k)]×KI；
其中，
ΔT为压缩机进口可转导叶流量取值范围的宽度；
3)将流量传感器的实际测量值T实与压缩机流量的设定值T设的偏差送入变速积分比例积分控制器，或者送入积分分离比例积分控制器，计结果送入空气压缩机进口导叶调节装置以调节导叶的开度。
本发明具有以下有益效果：进导叶调节能够高效的调整压缩机的压力和流量，节能性好，有效提高了机组的效率，而出导叶可调扩压器，能够宽范围的适应流量的变化、调节范围广，由于导叶调节可以改变扩压器进口几何角度，从而避免了进口导叶调节由于流量不同而增加的损失，使压缩机始终能够高效运行，并且使用积分分离比例积分控制或者变速积分比例积分控制，根据流量实际测量值与设定值的偏差调节积分作用的大小，防止因为积分饱和造成的大振荡及超调，使控制器具有更高的品质，能够提高压缩机运行的稳定性和工作效率。
附图说明
图1是本发明实施例中的未连接有传动连杆和齿轮盘的压缩机进口导叶调节装置的结构示意图；
图2是本发明实施例中连接有进口拉杆的齿轮盘的结构示意图；
图3是本发明实施例中控制流程框图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。
参见图1-2所示的空气压缩机进口导叶调节装置，它包括与板壳2连接的出口导叶1，以及与外壳14连接的进口导叶9，还包括曲柄3、驱动圈4、传动连杆7，以及锥齿轮10和齿轮盘12；其出口导叶1与所述曲柄3连接，该曲柄3与所述驱动圈4连接，该驱动圈4与所述传动连杆7连接；其进口导叶9通过键11与所述锥齿轮10连为一体，该锥齿轮10和所述齿轮盘12啮合，齿轮盘12通过进口拉杆13与外部执行器的连接；具体而言，该曲柄3是穿过所述板壳2，其一端连接有出口导叶1，另一端连接有驱动圈4；其中，出口导叶1是通过螺钉5与曲柄3一端连接的，驱动圈4是通过连接销6与曲柄3另一端连接的；所述驱动圈4上设置有连接孔8，该连接孔8与传动连杆7连接；出口导叶1设置为8个，且通过相应数量曲柄3的设置，其都与驱动圈4连接。
如图3所示，出口导叶的调节方式：控制器发送控制指令至外部执行器，外部执行器根据接收到的指令运动，外部执行器与传动连杆7连接，传动连杆7的一端固定在执行器机壳上，另一端插入驱动圈4上设置的连接孔8中。当调节出口导叶1的角度时，执行器带动传动连杆7转动，该传动连杆7一端围绕另一端做圆周运动，从而带动驱动圈4转动，驱动圈4进一步带动曲柄3转动。通过螺钉5的连接，曲柄3与出口导叶1转动角度保持一直，达到调节出口导叶1角度的目的。
控制器控制外部执行器的具体方法如下：
在压缩机的进口设置流量传感器，流量传感器的实际测量值计为T实，压缩机流量的设定值计为T设，第k时刻的流量传感器的实际测量值T实与压缩机流量的设定值T设的偏差记为e(k)，作为控制器的输入；
e(k)＝T实-T设
其中，第k时刻的流量传感器的实际测量值T实与压缩机流量的设定值T设的偏差；
使用经验凑试法、衰减曲线法或者响应曲线法等工程上常用的方法，来整定压缩机进口导叶控制的比例积分控制器参数。比例作用常数记为KP，积分作用常数记为KI。
设计积分分离比例积分控制器，以比例积分控制器的比例作用常数KP作为积分分离比例积分控制器的比例作用常数，积分分离比例积分控制器第k时刻的积分作用系数记为f分离[e(k)]，得到第k时刻的积分作用常数f分 离[e(k)]×KI。第k时刻偏差较小时，积分作用加强，取值为KI；第k时刻偏差较大时，积分作用减弱，取值为0.5倍的KI，能够消除排气温度静态偏差。
其中，ΔT为压缩机进口可转导叶流量取值范围的宽度。
积分分离比例积分控制算法可以表示为
其中，T为采样时间。
设计变速积分比例积分控制器，以比例积分控制器的比例作用常数KP作为变速积分比例积分控制器的比例作用常数，变速积分比例积分控制器第k时刻的积分作用系数记为f变速[e(k)]，得到第k时刻的积分作用常数f变 速[e(k)]×KI。能够改变积分项的累加速度，使其与偏差大小相对应，偏差越大积分越慢。第k时刻的积分作用系数取值在0.5-1之间内变化，当|e(k)|大于分离区间ΔT后，积分项对e(k)的累加减弱；当|e(k)|小于60％ΔT时，加入当前值e(k)，积分项变为积分作用最强；当|e(k)|在60％ΔT-ΔT之间时，累加计值在0.5|e(k)|-|e(k)|之间随|e(k)|大小变化，积分项u(k)在之间。
其中，ΔT为压缩机进口可转导叶流量取值范围的宽度。
变速积分比例积分控制算法可以表示为
其中，T为采样时间。
将流量传感器的实际测量值T实与压缩机流量的设定值T设的偏差，送入变速积分比例积分控制器，或者送入积分分离比例积分控制器，计算结果送入空气压缩机进口导叶调节装置以调节导叶的开度。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅限于上述实施方式，凡是属于本发明原理的技术方案均属于本发明的保护范围。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理的前提下进行的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种空气压缩机进口导叶调节控制方法，其借助于空气压缩机进口导叶调节装置，其特征在于：该调节装置包括与板壳连接的出口导叶，以及与外壳连接的进口导叶，还包括曲柄、驱动圈、传动连杆，以及锥齿轮和齿轮盘；所述出口导叶与所述曲柄连接，该曲柄与所述驱动圈连接，该驱动圈与所述传动连杆连接；所述进口导叶与所述锥齿轮连为一体，该锥齿轮和齿轮盘啮合；上述进口导叶通过键与所述锥齿轮连为一体；上述齿轮盘与进口拉杆连接，通过进口拉杆与外部执行器的连接，可使得外部执行器带动拉杆移动，从而带动整个齿轮盘的转动；外部执行器与压缩机进口导叶控制器连接，该控制器驱动外部执行器的方法包括以下步骤：
1)在压缩机的进口设置流量传感器，该流量传感器的实际测量值计为T实，压缩机流量的设定值计为T设，第k时刻的流量传感器的实际测量值T实与压缩机流量的设定值T设的偏差记为e(k)，作为控制器的输入；
2)整定压缩机进口转导叶控制的比例积分控制器参数，其中比例作用常数记为KP，积分作用常数记为KI；然后设计积分分离比例积分控制器，以比例积分控制器的比例作用常数KP作为积分分离比例积分控制器的比例作用常数，积分分离比例积分控制器第k时刻的积分作用系数记为f分离[e(k)]，得到第k时刻的积分作用常数f分离[e(k)]×KI；第k时刻偏差较小时，积分作用加强，取值为KI；第k时刻偏差较大时，积分作用减弱，取值为0.5倍的KI，能够消除排气温度静态偏差；
其中，
其中，ΔT为压缩机进口可转导叶流量取值范围的宽度；
积分分离比例积分控制算法可以表示为
其中，T为采样时间；
或设计变速积分比例积分控制器，以比例积分控制器的比例作用常KP作为变速积分比例积分控制器的比例作用常数，变速积分比例积分控制器第k时刻的积分作用系数记为f变速[e(k)]；得到第k时刻的积分作用常数f变速[e(k)]×KI；能够改变积分项的累加速度，使其与偏差大小相对应，偏差越大积分越慢；第k时刻的积分作用系数取值在0.5-1之间内变化，当|e(k)|大于分离区间ΔT后，积分项对e(k)的累加减弱；当|e(k)|小于60％ΔT时，加入当前值e(k)，积分项变为积分作用最强；当|e(k)|在60％ΔT-ΔT之间时，累加计值在0.5|e(k)|-|e(k)|之间随|e(k)|大小变化，积分项u(k)在之间
其中，
其中，ΔT为压缩机进口可转导叶流量取值范围的宽度；
变速积分比例积分控制算法可以表示为
其中，T为采样时间。
3)将流量传感器的实际测量值T实与压缩机流量的设定值T设的偏差，送入变速积分比例积分控制器，或者送入积分分离比例积分控制器，计算结果送入空气压缩机进口导叶调节装置以调节导叶的开度。
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