CN116733768A - 一种齿轮增速离心空压机节能调节系统及节能调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种齿轮增速离心空压机节能调节系统及节能调节方法，包括汽轮机转速负荷控制子系统、空气压缩机控制子系统。本发明克服了现有齿轮增速离心式空压机调节方式中单一调节方法调节裕度小，机组整体效率低、经济性差、节能效果弱的缺点，充分挖掘变转速调节在此类型压缩机调节方式中的节能潜力，进一步提高整体效率，降低电力或蒸汽能源消耗，减少外排高品位的压缩空气和环境噪声污染。在安全稳定的前提下拓展此种压缩机负荷调节范围。将入口导叶调节与变转速调节两种单一的调节方式进行有机的组合并实现无扰快速切换。
Description
技术领域
本发明涉及一种齿轮增速离心式空压机节能调节系统及调节方法，主要适用于不同容量的汽轮机或电动机驱动的单级或多级离心式空压机组。
背景技术
现有的齿轮增速离心式空压机无论单级或多级在调节用户用气压力与用气流量时采用的是入口导叶与防喘振阀(放空阀)的开度来进行调节控制的，普遍存在着电力或蒸汽及高品位压缩空气能源浪费与噪音污染问题。且现有的调节方式仅采用入口导叶加放空阀或变转速的单一调节方式，不能在这两种调节方式间进行无扰切换，这种单一的调节方法会造成调节范围比较狭窄，不能适应外界用气负荷较大幅度变化，同时满足不了用户压力与用气流量的平衡，达不到最大程度提高压缩机组整体效率和节约能源的效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种克服现有齿轮增速离心式空压机调节方式中单一调节方法调节裕度小，机组整体效率低、经济性差、节能效果弱的缺点，充分挖掘变转速调节在此类型压缩机调节方式中的节能潜力，进一步提高整体效率，降低电力或蒸汽能源消耗，减少外排高品位的压缩空气和环境噪声污染的齿轮增速离心空压机节能调节系统及节能调节方法。
本发明的技术解决方案是：
一种齿轮增速离心空压机节能调节系统，其特征是：包括汽轮机转速负荷控制子系统、空气压缩机控制子系统；
汽轮机转速负荷控制子系统：汽轮机在达到压缩机要求的最小出力转速后，转速暂时维持不变，此时压缩机组由过程/喘振解耦控制系统来控制出力；当压缩机组入口导叶IGV开度到达98％，防喘阀反馈小于2％时，压缩机组控制出力切换到汽轮机转速控制出力；切换后，压缩机组入口导叶IGV调节负荷PID1保持全开，在这个过程中负荷PID1输出值保持不变；机组进入到转速控制负荷回路，切换到转速控制负荷阶段，其PID2输出范围为5300至5500，其输出值传递到转速控制回路，通过转速控制PIDA控制调节汽轮机转速达到调节压缩机出力的目标；
空气压缩机控制子系统：压缩机组由过程/喘振解耦控制系统来控制的，压缩机去空气压缩系统的出口压力控制是通过压缩机入口导叶IGV角度和防喘振阀开度的控制共同来实现；出口压力控制是由压力控制器调节IGV角度来控制，而喘振控制是由防喘振控制器来控制防喘振阀开度大小进行。
为避免上述这样的控制方式所引起喘振控制器和出口压力控制器相互影响，并最终导致压缩机运行不稳定，而采用不同的控制器不同时调节出口压力和开关防喘振阀，即采用分层控制方法，用于避免出口压力控制器和喘振控制器相互影响的算法是防止喘振控制器的输出减少到低于喘振控制器的设定值，从而防止喘振控制器控制防喘振阀；分层方法允许出口压力控制器打开防喘振阀，通过打开防喘振阀，气体被放空至大气、出口压力被降低；这样出口压力控制器就可以通过控制防喘振阀从而控制出口压力；分层算法决定了出口压力控制器何时控制入口导叶IGV角度，何时控制防喘振阀。通过分离区域控制，出口流量要么由压缩机IGV角度控制，要么由防喘振阀调节，但不是同时同时调节IGV角度和防喘振阀。
一种齿轮增速离心空压机节能调节系统的节能调节方法，其特征是：包括以下步骤：1)汽动空压机由空载运行加载至满出力：当汽动空压机转速由“0”逐渐升速至最小工作转速时，汽动空压机入口导叶IGV维持初始开度不变，防喘振阀维持全开状态，汽轮机保持在当前最小工作转速，在自动或半自动条件下，压缩机通过负荷加减按钮来加负荷，此时入口导叶IGV保持空载运行时的开度不动，防喘振阀开始逐渐关闭，当关闭到一定程度时，过程/喘振解耦控制器以一定的速率去开大入口导叶IGV，控制当前负荷与设定值相近，再提高负荷至一定数值时，防喘振阀会全部关闭(即小于2％)，压缩空气全部进入供气系统内没有外排，再继续提升压缩机负荷至入口导叶开度接近开足(即大于98％)时，若再提升压缩机负荷，此时会自动切换为汽机转速控制负荷模式，由汽轮机提升转速直至与设定的负荷相匹配；再逐渐提升压缩机负荷直至汽轮机到最高工作转速，此时达到汽动空压机的满出力运行状态；
2)汽动空压机由满出力运行减载至空载运行：
当外界用气负荷减小系统压力会逐渐上升高于设定值时，空气压缩机保持入口导叶全开与防喘振阀全关状态，由汽轮机转速负荷控制PID进行输出，控制汽轮机与压缩机转速降低，以达到所设定的压力值使供用气维持平衡，此时转速稳定在一个新的数值上继续运行；当外界用气负荷继续下降时，系统压力还会继续升高，汽轮机转速负荷控制PID继续有输出来降低转速，当转速降低至预先设定的最小工作转速时，压缩机维持当前转速不变；切换由过程/喘振解耦控制系统进行输出来逐渐关小入口导叶以降低空压机出力，当入口导叶关闭到一定程度时，喘振控制PID就会有输出来打开防喘振阀(放空阀)来维持空压机最小工况运行；外界负荷若继续下降，则入口导叶继续关小放空阀继续开大以进一步降低空压机出力，直至入口导叶关闭至预先设定的最小开度上，放空阀全开以达到压缩机空载运行状态，此时无压缩空气进入供气系统；
3)变频电动空压机由空载运行加载至满出力：
当变频电动空压机频率由“0”逐渐增大至最低工作频率时，变频电动空压机入口导叶IGV维持初始开度不变，防喘振阀(放空阀)维持全开状态，变频器保持电动机在当前最低工作频率，在自动或半自动方式下，压缩机通过负荷加减(压力升降)按钮来加负荷，此时入口导叶IGV保持空载运行时的开度不动，防喘振阀开始逐渐关闭，当关闭到一定程度时，过程/喘振解耦控制器以一定的速率去开大入口导叶IGV，控制当前负荷与设定值相近，再提高负荷至一定数值时，防喘振阀会全部关闭(即小于2％)，压缩空气全部进入供气系统内没有外排，再继续提升压缩机负荷至入口导叶开度接近开足(即大于98％)时，若再提升压缩机负荷，此时会自动切换为电动机变频控制负荷模式，由变频器提升电动空压机转速直至与设定的负荷相匹配；再逐渐提升压缩机负荷直至变频器到最高工作频率，此时达到变频电动空压机的满出力运行状态；
4)变频电动空压机由满出力运行减载至空载运行：
当外界用气负荷减小系统压力会逐渐上升高于设定值时，变频电动空压机保持入口导叶全开与防喘振阀全关状态，由变频器频率控制PID进行输出，控制电动机与压缩机工作频率降低，以达到所设定的压力值使供用气维持平衡，此时频率稳定在一个新的数值上继续运行；当外界用气负荷继续下降时，系统压力还会继续升高，变频器频率控制PID继续有输出来降低工作频率，当频率降低至预先设定的最低工作频率时，压缩机维持当前转速不变；切换由过程/喘振解耦控制系统进行输出来逐渐关小入口导叶以降低空压机出力，当入口导叶关闭到一定程度时，喘振控制PID就会有输出打开防喘振阀(放空阀)来维持空压机最小工况运行；外界负荷若继续下降，则入口导叶继续关小放空阀继续开大以进一步降低空压机出力，直至入口导叶关闭至预先设定的最小开度上，放空阀全开以达到压缩机空载运行状态，此时无压缩空气进入供气系统。
步骤1)中，在调整负荷阶段或当外界负荷波动，导致负荷减少，有可能会导致压缩机将要发生喘振，即当喘振裕度小于一定数值时，汽轮机维持当前转速不变，即在这个过程中转速PID输出值保持不变，依靠防喘振阀(放空阀)来紧急控稳，当喘振裕度大于一定数值的双倍时，汽轮机恢复转速调节负荷，防喘振阀关闭并保持关闭状态；
入口导叶节流调节与转速调节可进行快速无扰切换，以达到快速响应外界用气负荷变化，维持系统压力基本稳定；
当入口导叶IGV全开后，需要由汽轮机调整外界负荷，负荷调节由入口导叶调节切换为转速调节的切换条件为：(A)压缩机处于正常加载运行；(B)IGV阀位反馈值大于98％；(C)防喘阀反馈小于2％；(D)压缩机出口压力小于设定压力持续10秒；
负荷调节由转速调节切换为入口导叶调节，即切换至IGV调负荷的切换条件：(A)压缩机出口压力大于设定压力持续10秒；(B)汽轮机转速达到最小工作转速持续5秒；负荷调节切换后，入口导叶IGV调节负荷PID保持全开，在这个过程中转速PID输出值保持不变。
步骤2)中，当外界负荷波动导致系统用气量减少压力上升时，会导致压缩机将要发生喘振，即当喘振裕度小于一定数值时，入口导叶开度保持不变，防喘振PID输出较大值来快速打开防喘振阀，依靠防喘振阀(放空阀)来紧急控稳，当喘振裕度大于一定数值时，入口导叶逐渐关小，放空阀逐渐开大。
步骤3)中，在调整负荷阶段或当外界负荷波动，导致负荷减少，会导致压缩机将要发生喘振，即当喘振裕度小于一定数值时，电动机变频器维持当前工作频率不变，即在这个过程中频率PID输出值保持不变，依靠防喘振阀(放空阀)来紧急控稳，当喘振裕度大于一定数值时，电动机变频器恢复频率调节负荷，防喘振阀关闭并保持该状态；
入口导叶节流调节与频率负荷调节可进行快速无扰切换，以达到快速响应外界用气负荷变化，维持系统压力基本稳定；当入口导叶IGV全开后，需要由电动机变频器调整外界负荷，负荷调节由入口导叶调节转换为频率调节的切换条件为：(A)压缩机处于正常加载运行；(B)IGV阀位反馈值大于98％；(C)防喘阀反馈小于2％；(D)压缩机出口压力小于设定压力持续10秒；
负荷调节由频率调节切换为入口导叶节流调节，即转换至IGV调负荷的切换条件：(A)压缩机出口压力大于设定压力持续10秒；(B)电动机变频器达到最小工作频率持续5秒；
负荷调节切换后，入口导叶IGV调节负荷PID保持全开，在这个过程中频率PID输出值保持不变。
步骤4)中，当外界负荷波动导致系统用气量减少压力上升时，会导致压缩机将要发生喘振，即当喘振裕度小于一定数值时，入口导叶开度保持不变，防喘振PID输出较大值来快速打开防喘振阀，依靠防喘振阀(放空阀)来紧急控稳，当喘振裕度大于一定数值时，入口导叶逐渐关小，放空阀逐渐开大。
本发明的有益效果是：为进一步拓展齿轮增速离心式空压机现有调节方式中单一调节方法调节范围，降低在低负荷时段能源消耗，提升压缩机组整体效率、提高产气经济性、达到既节能又环保的效果，本发明公布了一种基于齿轮增速离心式空压机节能调节系统及方法。当压缩机在最小工作转速下系统用气负荷增加时，即如图8在性能曲线L左侧，通过空压机入口导叶开大与防喘振阀关小来适应用气负荷与压力变化，当入口导叶开大与放空阀关闭已不能再提高空压机出力时快速切换为转速负荷调节，即如图8在性能曲线L右侧与性能曲线G左侧区域内，通过提高压缩机整机转速或频率来提升空压机整体出力来适应外界用气负荷增加。当外界用气负荷减少系统压力上升时，即如图8在性能曲线L右侧与性能曲线G左侧区域内，通过降低压缩机整机转速或频率来减少产气量与系统压力，直到转速与频率降低至最低工作转速或工作频率时，即如图8在性能曲线L左侧达到切换条件，快速切换为入口导叶与防喘振阀进行调节控制，从而保证供用气平衡与系统压力不再上升。这样就充分避免在空压机叶轮高速旋转时入口节流调节所造成的效率下降，同时拓宽了如图7中所示采用单独入口导叶调节方式的调节范围,提高了压缩机适应负荷变化的灵活性。与现有齿轮增速多级离心式空压机入口导叶节流调节相比，在低负荷时段运行节能效果明显；在高负荷时段控流量与压力更加平稳；流量与压力可调节范围更为宽广。与现有齿轮增速单级离心式空压机转速调节相比，可做到入口导叶与转速调节无扰快速切换，提高了适应用气流量与压力变化的响应速度，平衡了压力与流量需求，充分保证了压缩机在小流量工况下的安全稳定可靠运行。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明实施例中基于一种齿轮增速汽轮机驱动离心式空压机转速与负荷调节控制系统原理框图。附图标记说明：1-流量计算模块，2-出口流量控制器PID1，3-过程/解耦控制器，4-入口导叶开关控制器，5-入口导叶，6-喘振控制器PID3，7-防喘振阀位选择模块，8-防喘振阀，9-汽机模式选择控制器，10-汽机转速控制器PIDA，11-汽机调门开度，12-条件触发器，13-出口流量控制器PID2。
图1中由汽轮机的实际转速与汽轮机运行的边界条件，共同判断汽轮机所处的运行模式，根据不同的运行模式选择输出汽轮机转速控制器的转速设定值。
转速负荷控制切换条件：1、IGV阀位反馈大于98％；2、防喘阀反馈小于2％；3、压缩机出口压力小于设定压力持续10秒；4、汽轮机处于模式。正常运行模式下转速负荷控制复位条件：1、压缩机出口压力大于设定压力持续10秒；2、汽轮机转速达到最低运行转速5300持续5秒。
图2是本发明实施例中基于一种齿轮增速汽轮机驱动离心式空压机入口导叶与防喘振阀调节控制系统原理框图。
图3是齿轮增速汽机驱动离心式空压机额定转速下入口导叶与防喘阀控制曲线。
图4是齿轮增速汽机驱动离心式空压机喘振控制线与喘振线、裕度曲线。
图5是齿轮增速汽机驱动离心式空压机入口导叶调节切换为转速调节原理图。
图6是齿轮增速变频电动离心式空压机入口导叶调节切换为频率调节原理图。
图7是齿轮增速汽轮机驱动离心式空压机额定转速下入口导叶调节性能曲线。
图8是汽动离心式空压机最小工作转速下入口导叶调节与变转速调节性能曲线。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。
下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
汽轮机转速控制包含转速控制PID，转速负荷控制切换逻辑模块，转速跟踪控制模块以及负荷控制PID。负荷控制PID接受压缩机出口压力反馈与出口压力设定，当负荷控制PID的反馈和设定(反馈为压缩机出口压力，设定值为出口压力设定值)出现偏差时，PID产生输出指令，其输出指令为转速，连接到转速控制PIDA的设定值上，以控制汽轮机转速，达到控制输出压力，也就是压缩机出力负荷的目的。压缩机入口导叶控制与防喘控制系统包含入口导叶与防喘阀控制分层函数，负荷控制PID1，转速负荷控制切换逻辑模块，防喘控制PID3。当压缩机出口压力低于一定数值，汽轮机转速达到最小出力转速时，由转速控制模块进行切换，切除转速控制回路。压缩机出力由入口导叶控制与防喘控制共同控制压缩机出力。压缩机负荷控制PID1接受压缩机出口压力反馈和压力设定值，通过PID1的作用控制压缩机入口导叶开度。压缩机防喘振控制PID3接收当前工况下的裕度值和系统设定的安全裕度要求值，通过防喘振控制PID3的输出控制防喘振阀的开度，使压缩机运行达到安全裕度要求。所述的基于齿轮增速离心式汽动空压机的高效节能控制系统及节能调节方法其调整负荷、调减负荷流程如下：(1)汽动空压机由“0”出力加载至满出力：当外界用气负荷增加或压力下降时，汽动空压机先维持最小工作转速，入口导叶IGV开始按图3中A线保持空载运行时的开度不动，防喘振阀开始按图3中B线逐渐关闭，当关闭到一定程度时，过程/喘振解耦控制器会以一定的速率去开大入口导叶IGV，控制当前压力与设定值相近，再提高负荷至一定数值时，防喘振阀会全部关闭(小于2％)，压缩空气便全部进入供气系统内没有外排，再继续提升压缩机负荷至入口导叶开度接近开足(大于98％)时，再继续提升压缩机负荷，此时会自动切换为汽机转速控制负荷模式，由汽轮机提升转速直至与设定的负荷相匹配。再逐渐提升压缩机负荷直至汽轮机到最高工作转速，此时达到汽动空压机的满出力运行状态。
具体控制流程：当用气负荷增加，汽动空压机实际出口流量计算模块1与设定值有偏差时，出口流量控制器2有输出，经过程/解耦控制器3将喘振控制器6的喘振裕度进行比对分析进行喘振阀位输出7选择，去关小喘振阀位8，当喘振喘度到达设定区间时，过程/解耦控制器3有输出至入口导叶开关控制器4与设定开度、实际开度去分析判断去开大入口导叶5，这样就逐渐关小防喘振阀8，逐渐开大入口导叶5，若实际流量1与设定值仍有偏差时，则继续关小防喘振阀8直至全关，压缩机出气全部进入系统。若实际流量1与设定值仍有偏差，则继续开大入口导叶5直至全开。继续提升出力，则实际流量1与设定值有偏差，则切换为汽轮机转速调节负荷，此时汽轮机转速负荷控制器就会有输出来逐渐提高压缩机转速，直到出口流量与用户用气流量相平衡。
(2)汽动空压机由满出力减载至“0”出力：当压缩机出口流量高于设定值时，压缩机保持入口导叶与防喘振阀当前状态，由汽轮机转速控制器降低汽轮机与压缩机转速，使供用气维持平衡，此时转速稳定在新的数值上运行；当外界用气负荷继续下降时，汽轮机转速控制器继续有输出来降低转速，当转速降低至预先设定的最小工作转速时，压缩机维持当前最小工作转速不变；切换由过程/喘振解耦控制器进行控制，逐渐关小入口导叶以降低空压机出力，当入口导叶关闭到一定程度时，喘振控制器就会有输出来打开防喘振阀来维持空压机最小工况运行。外界负荷若继续下降，则入口导叶继续关小放空阀继续开大以进一步降低空压机出力，直至入口导叶关闭至预先设定的最小开度上，放空阀全开以达到压缩机“0”出力运行状态。
具体控制流程：当用气负荷减少，汽动空压机实际出口流量计算模块1与设定值有偏差时，汽轮机负荷控制器9有输出去降低汽轮机与压缩机转速，使供用气维持平衡，此时转速稳定在新的数值上运行；当外界用气负荷继续下降时，汽轮机负荷控制器9继续有输出来降低转速，当转速降低至预先设定的最小工作转速时，压缩机维持当前最小工作转速不变；切换由过程/喘振解耦控制器3进行控制，逐渐关小入口导叶5以降低空压机出力，当入口导叶5关闭到一定程度时，喘振控制器6就会有输出来打开防喘振阀8来维持空压机最小工况运行。外界负荷若继续下降，则入口导叶5继续关小防喘振阀8继续开大以进一步降低空压机出力，直至入口导叶5关闭至预先设定的最小开度上，防喘振阀8全开以达到压缩机“0”出力运行状态。
本发明采用了在汽动空压机的汽轮机转速控制系统上增加了汽轮机负荷控制PID，把原有的汽动空压机通过入口导叶5与防喘振阀8来调整负荷大小的方式优化为分层分段无扰切换调节，实现了在最小工作转速以上汽动空压机的变转速调负荷功能，达到了高效节能效果，拓展了流量调节区间。同样该调节控制原理与方法也可运用于电动变频空压机上，取得同样的明显节能效果。
实施例：以一台额定产气量为850标方/分钟、额定转速为5500转/分钟的齿轮增速汽动离心多级空压机为例，在采用入口导叶节流与防喘振阀放空调节的情况下，其调节范围由880标方/分钟至760标方/分钟拓展为880标方/分钟至680标方/分钟；蒸汽耗量由从32.83t/h至28.19t/h降低为32.83t/h至24.77t/h,转速由5500rpm降低为5300rpm，在下限流量处汽动空压机整体节能效果明显，机组整体效率提升，调节控制运行平稳。
汽动空压机实施改造前后主要运行参数表.改造前入口导叶节流调节情况
改造后最小工作转速下入口导叶调节情况
| 时间 | 入口导叶开度 | 防喘阀开度 | 出口流量 | 蒸汽耗量 | 出口压力 | 转速 |
| 04-May-23 10：25：00 | 96.75 | 0.10 | 763.32 | 25.58 | 8.49 | 5300 |
| 04-May-23 10：30：00 | 87.76 | 0.10 | 765.11 | 25.47 | 8.48 | 5300 |
| 04-May-23 10：35：00 | 77.87 | 0.10 | 760.08 | 25.35 | 8.44 | 5300 |
| 04-May-23 10：40：00 | 66.95 | 0.10 | 748.14 | 25.24 | 8.44 | 5300 |
| 04-May-23 10：45：00 | 55.44 | 0.10 | 724.25 | 25.12 | 8.41 | 5300 |
| 04-May-23 10：50：00 | 47.78 | 0.10 | 717.35 | 25.00 | 8.35 | 5300 |
| 04-May-23 10：55：00 | 41.88 | 0.10 | 699.25 | 24.89 | 8.37 | 5300 |
| 04-May-23 11：00：00 | 36.15 | 0.10 | 680.58 | 24.77 | 8.38 | 5300 |
由此可见本发明的优异技术效果。
Claims (7)
1.一种齿轮增速离心空压机节能调节系统，其特征是：包括汽轮机转速负荷控制子系统、空气压缩机控制子系统；
汽轮机转速负荷控制子系统：汽轮机在达到压缩机要求的最小出力转速后，转速暂时维持不变，此时压缩机组由过程/喘振解耦控制系统来控制出力；当压缩机组入口导叶 IGV开度到达98%，防喘阀反馈小于2%时，压缩机组控制出力切换到汽轮机转速控制出力；切 换后，压缩机组入口导叶IGV 调节负荷 PID1 保持全开，在这个过程中负荷PID1 输出值保持不变；机组进入到转速控制负荷回路，切换到转速控制负荷阶段，其 PID2 输出范围为5300 至 5500， 其输出值传递到转速控制回路，通过转速控制 PIDA 控制调节汽轮机转速达到调节压缩机出力的目标；
空气压缩机控制子系统：压缩机组由过程/喘振解耦控制系统来控制的，压缩机去空气压缩系统的出口压力控制是通过压缩机入口导叶 IGV 角度和防喘振阀开度的控制共同来实现；出口压力控制是由压力控制器调节 IGV 角度来控制，而喘振控制是由防喘振控制器来控制防喘振阀开度大小进行。
2. 根据权利要求1所述的一种齿轮增速离心空压机节能调节系统，其特征是：采用不同的控制器不同时调节出口压力和开关防喘振阀，即采用分层控制方法，用于避免出口压力控制器和喘振控制器相互影响的算法是防止喘振控制器的输出减少到低于喘振控制器的设定值，从而防止喘振控制器控制防喘振阀；分层方法允许出口压力控制器打开防喘振阀，通过打开防喘振阀，气体被放空至大气、出口压力被降低；这样出口压力控制器就可以通过控制防喘振阀从而控制出口压力；分层算法决定了 出口压力控制器何时控制入口导叶 IGV 角度，何时控制防喘振阀。通过分离区域控制，出口流量要么由压缩机 IGV 角度控制，要么由防喘振阀调节，但不是同时同时调节 IGV 角度和防喘振阀。
3. 一种权利要求1所述的齿轮增速离心空压机节能调节系统的节能调节方法，其特征是：包括以下步骤：1）汽动空压机由空载运行加载至满出力：当汽动空压机转速由“0”逐渐升速至最小工作转速时，汽动空压机入口导叶 IGV维持初始开度不变，防喘振阀维持全开状态，汽轮机保持在当前最小工作转速，在自动或半自动条件下，压缩机通过负荷加减按钮来加负荷，此时入口导叶 IGV保持空载运行时的开度不动，防喘振阀开始逐渐关闭，当关闭到一定程度时，过程/喘振解耦控制器以一定的速率去开大入口导叶 IGV，控制当前负荷与设定值相近，再提高负荷至一定数值时，防喘振阀会全部关闭，压缩空气全部进入供气系统内没有外排，再继续提升压缩机负荷至入口导叶开度接近开足时，若再提升压缩机负荷，此时会自动切换为汽机转速控制负荷模式，由汽轮机提升转速直至与设定的负荷相匹配；再逐渐提升压缩机负荷直至汽轮机到最高工作转速，此时达到汽动空压机的满出力运行状态；
2）汽动空压机由满出力运行减载至空载运行：
当外界用气负荷减小系统压力会逐渐上升高于设定值时，空气压缩机保持入口导叶全开与防喘振阀全关状态，由汽轮机转速负荷控制PID进行输出，控制汽轮机与压缩机转速降低，以达到所设定的压力值使供用气维持平衡，此时转速稳定在一个新的数值上继续运行； 当外界用气负荷继续下降时，系统压力还会继续升高，汽轮机转速负荷控制 PID 继续有输出来降低转速，当转速降低至预先设定的最小工作转速时，压缩机维持当前转速不变；切换由过程/喘振解耦控制系统进行输出来逐渐关小入口导叶以降低空压机出力，当入口导叶关闭到一定程度时，喘振控制 PID 就会有输出来打开防喘振阀来维持空压机最小工况运行；外界负荷若继续下降，则入口导叶继续关小放空阀继续开 大以进一步降低空压机出力，直至入口导叶关闭至预先设定的最小开度上，放空阀全开以达到压缩机空载运行状态，此时无压缩空气进入供气系统；
3）变频电动空压机由空载运行加载至满出力：
当变频电动空压机频率由“0”逐渐增大至最低工作频率时，变频电动空压机入口导叶IGV维持初始开度不变，防喘振阀维持全开状态，变频器保持电动机在当前最低工作频率，在自动或半自动方式下，压缩机通过负荷加减按钮来加负荷，此时入口导叶 IGV 保持空载运行时的开度不动，防喘振阀开始逐渐关闭，当关闭到一定程度时，过程/喘振解耦控制器以一定的速率去开大入口导叶 IGV，控制当前负荷与设定值相近，再提高负荷至一定数值时，防喘振阀会全部关闭，压缩空气全部进入供气系统内没有外排，再继续提升压缩机负荷至入口导叶开度接近开足时，若再提升压缩机负荷，此时会自动切换为电动机变频控制负荷模式，由变频器提升电动空压机转速直至与设定的负荷相匹配；再逐渐提升压缩机负荷直至变频器到最高工作频率，此时达到变频电动空压机的满出力运行状态；
4）变频电动空压机由满出力运行减载至空载运行：
当外界用气负荷减小系统压力会逐渐上升高于设定值时，变频电动空压机保持入口导叶全开与防喘振阀全关状态，由变频器频率控制 PID 进行输出，控制电动机与压缩机工作频率降低，以达到所设定的压力值使供用气维持平衡，此时频率稳定在一个新的数值上继续运行；当外界用气负荷继续下降时，系统压力还会继续升高，变频器频率控制 PID 继续有输出来降低工作频率，当频率降低至预先设定的最低工作频率时，压缩机维持当前转速不变； 切换由过程/喘振解耦控制系统进行输出来逐渐关小入口导叶以降低空压机出力，当入口导叶关闭到一定程度时，喘振控制 PID 就会有输出打开防喘振阀来维持空压机最小工况运行；外界负荷若继续下降，则入口导叶继续关小放空阀继续开大以进一步降低空压机出力，直至入口导叶关闭至预先设定的最小开度上，放空阀全开以达到压缩机空载运行状态，此时无压缩空气进入供气系统。
4. 根据权利要求3所述的齿轮增速离心空压机节能调节系统的节能调节方法，其特征是：步骤1）中，在调整负荷阶段或当外界负荷波动，导致负荷减少，有可能会导致压缩机将要发生喘振，即当喘振裕度小于一定数值时，汽轮机维持当前转速不变，即在这个过程中转速 PID 输出值保持不变，依靠防喘振阀来紧急控稳，当喘振裕度大于一定数值的双倍时，汽轮机恢复转速调节负荷，防喘振阀关闭并保持关闭状态；
入口导叶节流调节与转速调节可进行快速无扰切换，以达到快速响应外界用气负荷变化，维持系统压力基本稳定；
当入口导叶 IGV 全开后，需要由汽轮机调整外界负荷，负荷调节由入口导叶调节切换为转速调节的切换条件为：（A）压缩机处于正常加载运行；（B）IGV 阀位反馈值大于 98%；（C)防喘阀反馈小于 2%；（D）压缩机出口压力小于设定压力持续 10 秒；
负荷调节由转速调节切换为入口导叶调节，即切换至 IGV 调负荷的切换条件：（A） 压缩机出口压力大于设定压力持续 10 秒；（B）汽轮机转速达到最小工作转速持续 5 秒；负荷调节切换后，入口导叶 IGV 调节负荷 PID 保持全开，在这个过程中转速 PID 输 出值保持不变。
5. 根据权利要求3所述的齿轮增速离心空压机节能调节系统的节能调节方法，其特征是：步骤2）中，当外界负荷波动导致系统用气量减少压力上升时，会导致压缩机将要发生喘振，即当喘振裕度小于一定数值时，入口导叶开度保持不变， 防喘振 PID 输出较大值来快速打开防喘振阀，依靠防喘振阀（放空阀）来紧急控稳，当喘振裕度大于一定数值时，入口导叶逐渐关小，放空阀逐渐开大。
6. 根据权利要求3所述的齿轮增速离心空压机节能调节系统的节能调节方法，其特征是：步骤3）中，在调整负荷阶段或当外界负荷波动，导致负荷减少，会导致压缩机将要发生喘振，即当喘振裕度小于一定数值时，电动机变频器维持当前工作频率不变，即在这个过程中频率 PID 输出值保持不变，依靠防喘振阀来紧急控稳，当喘振裕度大于一定数值时，电动机变频器恢复频率调节负荷，防喘振阀关闭并保持该状态；
入口导叶节流调节与频率负荷调节可进行快速无扰切换，以达到快速响应外界用气负荷变化，维持系统压力基本稳定；当入口导叶 IGV 全开后，需要由电动机变频器调整外界负荷，负荷调节由入口导叶 调节转换为频率调节的切换条件为：（A）压缩机处于正常加载运行；（B）IGV 阀位反馈值 大于 98%；（C)防喘阀反馈小于 2%；（D）压缩机出口压力小于设定压力持续 10 秒；
负荷调节由频率调节切换为入口导叶节流调节，即转换至 IGV 调负荷的切换条件：（A）压缩机出口压力大于设定压力持续 10 秒；（B）电动机变频器达到最小工作频率持续 5秒；
负荷调节切换后，入口导叶 IGV 调节负荷 PID 保持全开，在这个过程中频率 PID 输出值保持不变。
7. 根据权利要求3所述的齿轮增速离心空压机节能调节系统的节能调节方法，其特征是：步骤4）中，当外界负荷波动导致系统用气量减少压力上升时，会导致压缩机将要发生喘振，即当喘振裕度小于一定数值时，入口导叶开度保持不变， 防喘振 PID 输出较大值来快速打开防喘振阀，依靠防喘振阀来紧急控稳，当喘振裕度大于一定数值时，入口导叶逐渐关小，放空阀逐渐开大。
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2023
- 2023-06-05 CN CN202310653627.6A patent/CN116733768B/zh active Active
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