RU2042862C1

RU2042862C1 - Device for protecting compressor against pumpage

Info

Publication number: RU2042862C1
Authority: RU
Inventors: В.И. Мозговой; А.Е. Барсуков; А.С. Анненков
Original assignee: Конструкторское Бюро "Электроприбор"
Priority date: 1994-04-04
Filing date: 1994-04-04
Publication date: 1995-08-27

Abstract

FIELD: compressor engineering. SUBSTANCE: device includes air pressure pickups 13 at the inlet of the a compressor, first amplifier-converter 14, pulse-width modulator 15, and third AND element 16 connected in series, pickup 17 of speed of rotation of the compressor rotor, second amplifier-converter 18, and second comparator 19 connected in series, and switch 20 and second low-pass filter 21 connected in series. EFFECT: enhanced reliability. 1 dwg

Description

Изобретение касается защиты компрессоров от помпажа. The invention relates to the protection of compressors against surge.

Наиболее близким к изобретению является устройство для защиты компрессора от помпажа, содержащее последовательно соединенные задающий генератор, формирователь переменного прямоугольного напряжения, датчик перепада давления между динамическим и статическим давлением за компрессором, демодулятор с вторым входом, соединенным с выходом задающего генератора и усилитель-формирователь, выход которого подключен к входам фильтра нижних частот и полосового фильтра, а выходы фильтров подключены соответственно к первому и второму входам компаратора, соединенного своим выходом с приводом исполнительных механизмов, а также последовательно соединенные контрольный генератор, первая схема И, на второй вход которой подается команда контроля, вторая схема И, второй вход которой подключен к выходу задающего генератора, а выход к второму входу формирователя переменного прямоугольного напряжения. Closest to the invention is a device for protecting the compressor from surging, containing a serially connected master oscillator, an alternating-square voltage generator, a differential pressure sensor between dynamic and static pressure behind the compressor, a demodulator with a second input connected to the output of the master oscillator and an amplifier-shaper, output which is connected to the inputs of a low-pass filter and a band-pass filter, and the outputs of the filters are connected respectively to the first and second inputs of the computer an arator connected by its output to the drive of the actuators, as well as a serially connected control generator, the first circuit And, the second input of which sends a control command, the second circuit And, the second input of which is connected to the output of the master oscillator, and the output to the second input of the variable rectangular shaper voltage.

Однако в этом устройстве имеется только один постоянный, не зависящий от режимов работы компрессора уровень срабатывания устройства по отношению переменной составляющей в перепаде давления к его постоянной составляющей, что не обеспечивает надежной защиты компрессора от помпажа при различных режимах работы компрессора. However, in this device there is only one constant, independent of the compressor operating modes, device response level with respect to the variable component in the pressure drop to its constant component, which does not provide reliable protection of the compressor against surge during various compressor operation modes.

Цель изобретения повышение надежности защиты компрессора от помпажа путем введения изменения уровня срабатывания устройства в зависимости от режимов работы компрессора и от давления воздуха на входе в компрессор. The purpose of the invention is to increase the reliability of compressor protection against surge by introducing a change in the level of response of the device depending on the operating modes of the compressor and on the air pressure at the inlet to the compressor.

Для этого в устройство для защиты компрессора от помпажа, содержащее последовательно соединенные задающий генератор, первый элемент И, формирователь, датчик перепада статического и динамического давления газа на выходе из компрессора, демодулятор, усилитель-формирователь, первый фильтр нижних частот, первый компаратор и привод исполнительных механизмов, а также полосовой фильтр, контрольный генератор и второй элемент И, подключенный входом к контрольному генератору, а выходом к второму входу первого элемента И, причем задающий генератор подключен к формирователю и демодулятору, полосовой фильтр подключен входом к усилителю-формирователю, а выходом к второму входу первого компаратора, дополнительно введены последовательно соединенные датчик давления воздуха на входе в компрессор, первый усилитель-преобразователь, широтно-импульсный модулятор и третий элемент И, последовательно соединенные датчик частоты вращения ротора компрессора, второй усилитель-преобразователь и второй компаратор, а также последовательно соединенные датчик частоты вращения, ключ и второй фильтр нижних частот, подключенный к дополнительному входу первого компаратора, при этом вход ключа подключен к первому фильтру нижних частот, третий элемент И подключен вторым входом к компаратору, а выходом к управляющему входу ключа. To this end, a device for protecting the compressor against surge, containing a serially connected master oscillator, a first AND element, a shaper, a static and dynamic gas pressure differential sensor at the compressor outlet, a demodulator, a shaper amplifier, a first low-pass filter, a first comparator and an actuator drive mechanisms, as well as a band-pass filter, a control generator and a second AND element connected to the input to the control generator, and an output to the second input of the first And element, and the master oscillator OP is connected to the shaper and demodulator, the band-pass filter is connected by the input to the amplifier-shaper, and by the output to the second input of the first comparator, additionally connected in series are the air pressure sensor at the compressor inlet, the first amplifier-converter, pulse-width modulator and the third element And, a series-connected compressor rotor speed sensor, a second amplifier-converter and a second comparator, as well as a series-connected speed sensor, a key and a second fi tr lowpass connected to an additional input of the first comparator, wherein the key input is connected to the first low-pass filter, a third AND gate connected to the second input of the comparator, and output to the control input of the key.

На чертеже представлена структурная схема устройства для защиты компрессора от помпажа. The drawing shows a structural diagram of a device for protecting the compressor from surge.

Устройство содержит последовательно соединенные задающий генератор 1, первый элемент И 2, формирователь 3 переменного прямоугольного напряжения, датчик 4 перепада давления статического и динамического давления газа на выходе компрессора, демодулятор 5, усилитель-формирователь 6, первый фильтр 7 нижних частот, компаратор 8 и привод 9 исполнительных механизмов. The device contains a serially connected master oscillator 1, a first element And 2, a generator 3 of an alternating rectangular voltage, a differential pressure sensor 4 of static and dynamic gas pressure at the compressor output, a demodulator 5, an amplifier-former 6, a first low-pass filter 7, a comparator 8 and a drive 9 actuators.

Полосовой фильтр 10 своим входом подключен к усилителю-формирователю, а выходом к второму входу первого компаратора. Выход задающего генератора подключен также к формирователю 3 и демодулятору 5. Выход контрольного генератора 11 подключен к входу второго элемента И 12, выход которого соединен с вторым входом первого элемента И. The band-pass filter 10 is connected by its input to the driver amplifier, and by the output to the second input of the first comparator. The output of the master oscillator is also connected to the former 3 and the demodulator 5. The output of the control generator 11 is connected to the input of the second element And 12, the output of which is connected to the second input of the first element I.

Последовательно соединенные датчик 13 давления воздуха на входе в компрессор, первый усилитель-преобразователь 14 и широтно-импульсный модулятор 15 подключены к первому входу третьего элемента И 16. Последовательно соединенные датчик 17 частоты вращения ротора компрессора, второй усилитель-преобразователь 18 и второй компаратор 19 подключены к второму входу третьего элемента И 16, подключенному своим выходом к управляющему входу ключа 20, информационный вход которого соединен с выходом первого фильтра 7 нижних частот, а выход к входу второго фильтра 21 нижних частот, подсоединенному выходом к дополнительному входу первого компаратора 8. The serially connected air pressure sensor 13 at the inlet to the compressor, the first amplifier-converter 14 and the pulse-width modulator 15 are connected to the first input of the third element And 16. The serially connected sensor 17 of the compressor rotor speed, the second amplifier-converter 18 and the second comparator 19 are connected to the second input of the third element And 16 connected by its output to the control input of the key 20, the information input of which is connected to the output of the first low-pass filter 7, and the output to the input of the second phi liter 21 low frequencies connected by the output to the additional input of the first comparator 8.

Компаратор представляет собой операционный усилитель с положительной обратной связью, на одном из входов которого алгебраически суммируются три сигнала, поступающие через масштабирующие резисторы, при этом срабатывание компаратора происходит при сравнении суммы положительных сигналов, поступающих с фильтров 7 и 21 нижних частот, с отрицательным значением амплитуды переменной составляющей, поступающей с полосового фильтра 10. The comparator is an operational amplifier with positive feedback, on one of the inputs of which three signals arriving through scaling resistors are algebraically summed, while the comparator is triggered by comparing the sum of the positive signals coming from low-pass filters 7 and 21 with a negative value of the variable amplitude component coming from the band-pass filter 10.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Задающий генератор 1 вырабатывает однополярные прямоугольные импульсы заданной частоты, которые подаются на формирователь 3 прямоугольного переменного напряжения и демодулятор 5. The master oscillator 1 generates unipolar rectangular pulses of a given frequency, which are fed to the shaper 3 of a rectangular AC voltage and a demodulator 5.

Прямоугольное переменное напряжение с формирователя 3 подается на первичную обмотку индукционного датчика 4 перепада давления статического и динамического давления воздуха на выходе компрессора, с вторичной обмотки датчика снимается переменное напряжение, пропорциональное перепаду давления, и подается на фазочувствительный демодулятор 5. Rectangular alternating voltage from the shaper 3 is supplied to the primary winding of the induction sensor 4 of the differential pressure of static and dynamic air pressure at the compressor output, an alternating voltage proportional to the differential pressure is removed from the secondary winding of the sensor, and fed to the phase-sensitive demodulator 5.

Выпрямленное напряжение с демодулятора 5 поступает на вход усилителя-формирователя 6, с выхода которого напряжение поступает на входы первого фильтра 7 нижних частот и полосового фильтра 12, выделяющего полосу частот помпажных явлений. The rectified voltage from the demodulator 5 is fed to the input of the amplifier-former 6, from the output of which the voltage is supplied to the inputs of the first low-pass filter 7 and a band-pass filter 12, which distinguishes the frequency band of surge phenomena.

На выходе фильтра 7 нижних частот формируется постоянная составляющая сигнала перепада давления, а на выходе полосового фильтра 10 переменная составляющая. At the output of the low-pass filter 7, a constant component of the differential pressure signal is formed, and at the output of the band-pass filter 10, a variable component.

Постоянная и переменная составляющие с выхода фильтра 7 нижних частот и полосового фильтра 10 поступают на компаратор 8 для сравнения. При нормальной работе компрессора переменная составляющая близка к нулю. The constant and variable components from the output of the low-pass filter 7 and the band-pass filter 10 are fed to the comparator 8 for comparison. During normal compressor operation, the variable component is close to zero.

При возникновении предпомпажных явлений в перепаде давления, измеряемом индукционным датчиком 4, появляется значительная переменная составляющая, которая с выхода демодулятора 5 через усилитель-формирователь 6 поступает на полосовой фильтр 10, выделяется им и сравнивается компаратором 8 с постоянной составляющей, выделенной фильтром 7 нижних частот. When pre-surge phenomena occur in the pressure drop measured by the induction sensor 4, a significant variable component appears, which, from the output of the demodulator 5, passes through the amplifier-shaper 6 to the band-pass filter 10, is allocated to it and compared by the comparator 8 with the constant component selected by the low-pass filter 7.

При достижении заданного соотношения между переменной и постоянной составляющими срабатывает компаратор 8 и выдает команду на привод 9 исполнительных механизмов регулирующих органов компрессора (например противопомнажного клапана, направляющих аппаратов и т.п.). When the specified ratio between the variable and the constant components is reached, the comparator 8 is triggered and issues a command to the drive 9 of the actuators of the compressor regulating organs (for example, an anti-valve, guiding devices, etc.).

При проверке функционирования устройства на первый вход второго элемента И 12 подается частота с выхода контрольного генератора 11, а на второй вход команда контроля, в результате чего с выхода второго элемента И 12 на один вход первого элемента И 2 поступает контрольная частота, а на другой вход частота задающего генератора 1. When checking the operation of the device, the frequency from the output of the control generator 11 is supplied to the first input of the second element And 12, and a control command is sent to the second input, as a result of which the control frequency is supplied to the output of the second element And 12 to one input of the first element And 2, and to the other input master oscillator frequency 1.

На выходе первого элемента И 2 формируются с контрольной частотой пачки импульсов задающей частоты, которые поступают на второй вход формирователя 3 прямоугольного переменного напряжения. At the output of the first element And 2 are formed with a control frequency of a packet of pulses of the driving frequency, which are fed to the second input of the shaper 3 of a rectangular AC voltage.

В формирователе 3 импульсы задающего генератора 1, поступающие на первый вход, и пачки импульсов частоты задающего генератора, поступающие на второй вход, суммируются, в результате прямоугольное переменное напряжение, вырабатываемое формирователем 3 и поступающее на первичную обмотку индукционного датчика 4 перепада давления, оказывается модулированным по амплитуде с частотой контрольного генератора 11. Вследствие этого в выходном напряжении индукционного датчика 4 появляется переменная составляющая, которая демодулируется демодулятором 5, усиливается усилителем-формирователем 6, выделяется полосовым фильтром 12 и сравнивается в компараторе 8 с начальным значением постоянной составляющей, формируемой усилителем-формирователем и выделяемой фильтром 7 нижних частот, вызывая срабатывание компаратора 8 и формирование сигнала наличия помпажа, поступающего на привод 9 исполнительных механизмов. In shaper 3, the pulses of the master oscillator 1, arriving at the first input, and the bursts of frequency pulses of the master oscillator, arriving at the second input, are summed, as a result, the rectangular alternating voltage generated by the shaper 3 and supplied to the primary winding of the differential pressure induction sensor 4 is modulated by amplitude with a frequency of the control generator 11. As a result, an alternating component appears in the output voltage of the induction sensor 4, which is demodulated demodulated rum 5, is amplified by the driver amplifier 6, allocated by a band-pass filter 12 and compared in comparator 8 with the initial value of the constant component generated by the driver amplifier and allocated by the low-pass filter 7, causing the comparator 8 to operate and the surge signal to be transmitted to the actuator 9 mechanisms.

При работе компрессора датчик 17 частоты вращения ротора компрессора формирует переменное напряжение с частотой, пропорциональной частоте вращения ротора, а усилитель-преобразователь 18 преобразует его в напряжение постоянного тока, пропорциональное частоте вращения ротора, которое подается в компаратор 19, вырабатывающий дискретный сигнал при заданной частоте вращения ротора компрессора. When the compressor is running, the compressor rotor speed sensor 17 generates an alternating voltage with a frequency proportional to the rotor speed, and the amplifier-converter 18 converts it into a DC voltage proportional to the rotor speed, which is supplied to the comparator 19, which generates a discrete signal at a given speed compressor rotor.

Датчик 14 измеряет давление воздуха на входе в компрессор, усилитель-преобразователь 18 преобразует сигнал датчика в напряжение постоянного тока, пропорциональное давлению воздуха на входе в компрессор, которое поступает на широтно-импульсный модулятор 15, вырабатывающий импульсы постоянной частоты с переменной длительностью, пропорциональной давлению воздуха на входе в компрессор. The sensor 14 measures the air pressure at the inlet to the compressor, the amplifier-converter 18 converts the sensor signal into a DC voltage proportional to the air pressure at the compressor inlet, which is supplied to a pulse-width modulator 15, generating constant frequency pulses with a variable duration proportional to the air pressure at the inlet to the compressor.

Импульсы с широтно-импульсного модулятора 15 и дискретный сигнал с компаратора 19 подаются на входы третьего элемента И 16, в результате чего на ее выходе при заданной частоте вращения ротора компрессора в заданном диапазоне изменения давлений воздуха на входе в компрессор появляются импульсы с длительностью, пропорциональной давлению воздуха на входе в компрессор, управляющие ключом 20, на информационный вход которого поступает сигнал с полосового фильтра 12. Импульсный сигнал, формируемый ключом 20, фильтруется фильтром 21 нижних частот, подается на третий вход компаратора 8 и суммируется с сигналом, поступающим на первый вход непосредственно с выхода первого фильтра 7 нижних частот, в результате чего изменяется уровень срабатывания компаратора 8 по переменной составляющей, поступающей на второй вход компаратора 8 с полосового фильтра 10. Pulses from a pulse-width modulator 15 and a discrete signal from the comparator 19 are fed to the inputs of the third element And 16, as a result of which, at a given compressor rotor speed in a given range of changes in air pressure at the compressor inlet, pulses with a duration proportional to pressure appear air at the inlet to the compressor, controlling the key 20, the information input of which receives a signal from the band-pass filter 12. The pulse signal generated by the key 20 is filtered by the low-pass filter 21, according to aetsya to the third input of the comparator 8 and is summed with the signal for the first input directly from the output of the first filter 7 lowpass whereby changes the trip level of the comparator 8 to the variable component, supplied to a second input of the comparator 8 with the bandpass filter 10.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет изменять порог срабатывания компаратора в зависимости от режима работы компрессора, что повышает надежность защиты его от помпажа. Thus, the proposed device allows you to change the threshold of the comparator depending on the operating mode of the compressor, which increases the reliability of its protection against surge.

Claims

A DEVICE FOR PROTECTING A COMPRESSOR AGAINST PURGAGE, containing a sensor of a controlled parameter, two I elements, two comparators, an actuator drive, a compressor rotor speed sensor and a key with a control input, characterized in that, in order to increase reliability, the sensor of a controlled parameter is made in the form the differential pressure sensor of static and dynamic gas pressures at the compressor outlet, and the device contains a master oscillator, a driver, a demodulator, two low-pass filters, a band-pass filter, a control a generator, an air pressure sensor at the inlet to the compressor, two divider-converters, a pulse-width modulator, a third AND element and an amplifier-driver, the generator outputs are connected to the inputs of a demodulator and a driver connected through a differential and static gas pressure sensor at the outlet of compressor to the input of the demodulator connected through an amplifier-driver, a band-pass filter and a first comparator with actuator actuators, the output of the control generator through the second element And under is connected to the input of the first element And, the second input of which is connected to the output of the master oscillator, and the output is connected to the input of the driver, the rotor speed sensor of the compressor rotor connected in series, the second amplifier-converter and the second comparator are connected to the first input of the third element And, to the second input of which the air pressure sensor at the inlet to the compressor, the first amplifier-converter and the pulse-width modulator are connected in series, and the output of the third element And is connected to the control the key input, the input of which is connected to the output of the first low-pass filter, and the outputs are connected to the input of the first comparator and the second low-pass filter connected to the first comparator.