RU2281418C2 - Компрессорная установка - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к управлению компрессорными установками, эксплуатируемыми в разных отраслях народного хозяйства, находящимися в климатических условиях с длительным воздействием минусовых температур, и особенно для шахтных предприятий горной промышленности. Технический результат по экономии энергии при производстве сжатого воздуха в условиях отрицательной температуры окружающей среды путем регулирования скорости вращения привода компрессора при контроле теплофизических параметров пневмоэнергоносителя достигается тем, что в компрессорной установке, содержащей компрессор с воздушным фильтром, установленные на линии нагнетания теплообменник-утилизатор, концевой холодильник, воздухосборник, соединенные между собой основными и дополнительными трубопроводами, которые снабжены клапанами, электрически связанными с блоком управления и датчиками температуры и давления, согласно изобретению компрессор снабжен приводом с регулятором скорости вращения, соединенным с выходами регулятора температуры и регулятора давления, а датчик температуры и датчик давления дополнительно подсоединены соответственно к регулятору температуры и регулятору давления. 1 ил.

Description

Изобретение относится к управлению компрессорными установками, эксплуатируемыми в разных отраслях народного хозяйства, находящимися в климатических условиях с длительным воздействием минусовых температур, и особенно для шахтных предприятий горной промышленности.

Известна компрессорная установка (см. а.с. 13755863, МКл F 04 D 29/58. 1986 г. Бюл.2), содержащая компрессор, установленные на линии нагнетания и соединенные между собой трубопроводами теплообменник-утилизатор, концевой холодильник, воздухосборник и пневмосеть.

Недостатком данного устройства является отсутствие контроля за изменением давления вне компрессора по длине нагнетательного трубопровода, что приводит к низкой эксплуатационной надежности работы компрессора при сжатии влажного всасываемого воздуха в условиях отрицательных температур окружающей среды.

Известна компрессорная установка (см. патент РФ №2169294, МПК F 04 D 29/58. 2001 г. Бюл.17), содержащая компрессор с воздушным фильтром, установленные на линии нагнетания теплообменник-утилизатор, концевой холодильник, воздухосборник, соединенные между собой основными и дополнительными трубопроводами, которые снабжены клапанами, электрически связанными с блоками управления и датчиками температуры и давления, пневмосеть.

Недостатком являются значительные энергозатраты, обусловленные завышенным по сравнению с необходимым для потребителя количеством вырабатываемого сжатого воздуха при отрицательных температурах окружающей среды, определяемые несоответствием объема сжатого воздуха, производимого как при положительных температурах, так и при отрицательных температурах окружающей среды, когда плотность всасываемого воздуха выше и, соответственно, массовая производительность компрессорной установки будет больше при нормированной скорости привода компрессора, задаваемой положительной температурой всасываемого воздуха.

Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение энергоемкости производства сжатого воздуха нормированного количества как при положительных, так и при отрицательных температурах окружающей среды путем регулирования скорости вращения привода компрессора в условиях изменяющихся погодно-климатических воздействий на параметры всасываемого воздуха при контроле его температуры и контроле давления сжатого воздуха.

Технический результат по экономии энергии при производстве сжатого воздуха в условиях отрицательной температуры окружающей среды путем регулирования скорости вращения привода компрессора при контроле теплофизических параметров пневмоэнергоносителя достигается тем, что компрессорная установка содержит компрессор с воздушным фильтром, установленные на линии нагнетания теплообменник-утилизатор, концевой холодильник, воздухосборник, соединенные между собой основными и дополнительными трубопроводами, которые снабжены клапанами, электрически связанными с блоком управления и датчиками температуры и давления, при этом компрессор снабжен приводом с регулятором скорости вращения, соединенным с выходами регулятора температуры и регулятора давления, а датчик температуры и датчик давления дополнительно подсоединены соответственно к регулятору температуры и регулятору давления.

На чертеже представлена принципиальная схема компрессорной установки.

Компрессорная установка состоит из компрессора 1, установленных на нагнетательной линии 2 посредствам основного трубопровода 3 и клапана 4 концевого холодильника 5 и воздухосборника 6, причем последний через клапан 7 соединен с пневмосетью 8. Теплообменник-утилизатор 9 дополнительным трубопроводом 10 и клапаном 11 соединен с нагнетательной линией 2, а дополнительным трубопроводом 12 и клапаном 13 соединен с концевым холодильником 5, кроме того, теплообменник-утилизатор 9 дополнительным трубопроводом 14 и клапаном 15 соединен с воздухосборником 6, а дополнительным трубопроводом 16 и клапаном 17 соединен с пневмосетью 8. Блок управления 18 электрически соединен с датчиком температуры 19, установленным на всасывающем трубопроводе 20 воздушного фильтра 21, и датчиком давления 22, установленным на пневмосети 8. Привод 23 соединен с компрессором 1 посредством регулятора скорости вращения, например, в виде блока порошковых электромагнитных муфт 24. Датчик температуры 19 всасываемого воздуха связан с регулятором температуры 25, а датчик давления 22 сжатого воздуха в пневмосети 8 связан с регулятором давления 26. Регуляторы 25 и 26 соответственно температуры и давления имеют одинаковое схемо-конструктивное решение и содержат блоки 27 и 28 сравнения, к которым подключены соответственно датчики 19 и 22 температуры и давления, а также блоки 29 и 30 задания. Выходы блоков 27 и 28 сравнения соединены с входами электронных усилителей 31 и 32, оборудованных блоками 33 и 34 нелинейной обратной связи. Выходы усилителей 31 и 32 соединяются с входами магнитных усилителей 35 и 36 с выпрямителями на выходах, которые подключены к электромагнитной муфте 24 привода 23 компрессора 1.

Компрессорная установка работает следующим образом. При положительных температурах, когда всасываемый атмосферный воздух имеет значение температуры, близкое к нормированному, датчик температуры 19, установленный на всасывающем патрубке 20, подает соответствующий сигнал на регулятор температуры 25, который через выход магнитного усилителя 35 подключен к электромагнитной муфте 24 привода 23 компрессора 1. В результате при нормированных условиях эксплуатации компрессорной установки (нормированная производительность компрессора и, соответственно, нормированная скорость вращения привода, определяемая положительной нормированной температурой - всасываемого воздуха, см., например, Поршневые компрессоры. Теория, конструкция и основы проектирования / Френкель М.И. - М.: Машиностроение. 1969 - 774 с.) сигнал от магнитного усилителя 35 поступает на обмотку электромагнитной муфты 24 со значением по величине, обеспечивающим скорость вращения привода 23, гарантирующего нормированную производительность компрессора. В этом случае атмосферный воздух поступает в воздушный фильтр 21, где обрабатывается до заданных параметров по очистке от загрязнения в виде твердых частиц капле- и парообразной влаги и по всасывающему патрубку 20 поступает в компрессор 1, где осуществляется его сжатие. Во время процесса сжатия воздуха блок управления 18 закрывает клапаны 11, 13, 15 и 17, а клапаны 4 и 7 открывает. После сжатия воздух с температурой свыше 120 градусов направляется по нагнетательной линии 2, основному трубопроводу 3 и через клапан 4 поступает в концевой холодильник 5, где охлаждается до температуры около 100 градусов. Далее процесс охлаждения сжатого воздуха продолжается в воздухосборнике 6, где происходит конденсация паров влаги, находящихся в сжатом воздухе. Из воздухосборника 6 через открытый клапан 7 сжатый воздух с температурой, превышающей температуру окружающей среды на 20-40 градусов, поступает в трубопровод 8 пневмосети. Вследствие чего по длине пневмосети 8 не наступает теплового равновесия, т.е. равенства температуры сжатого воздуха и окружающей среды. В результате практически не возникает конденсации оставшихся паров влаги и сжатый воздух с заданным давлением, фиксируемым датчиком давления 22, поступает в пневмосеть потребителя.

Изменение количества потребителей, одновременно использующих сжатый воздух, вырабатываемый компрессорной установкой (рабочие перерывы, часы пересмен и др. причины), и подключенных к пневмосети 8, приводит к колебаниям давления в ней, что регистрируется датчиком давления 22, связанным с регулятором давления 26. При некотором уменьшении расхода сжатого воздуха и, соответственно, увеличении давления пневмосети 8 сигнал, поступающий с датчика давления 22, превышает нормированный сигнал блока задания 30, и на выходе блока сравнения 28 появится сигнал отрицательной полярности, поступающий на вход электронного усилителя 32, одновременно с сигналом отрицательной обратной связи (блок 34). За счет этого в усилителе 32 компенсируется нелинейность характеристики привода 23 компрессора 1. Сигнал с выхода электронного усилителя 32 поступает на вход магнитного усилителя 36, где он усиливается по мощности, выпрямляется и поступает на обмотку электромагнитной муфты 24 компрессора 1. Отрицательная полярность сигнала электронного усилителя 32 вызывает уменьшение тока возбуждения на выходе магнитного усилителя 36, тем самым уменьшая передаваемый муфтой 24 момент от привода 23. При этом снижается частота вращения компрессора 1 и подача воздуха на сжатие уменьшается до тех пор, пока давление пневмосети 8 не станет заданным.

При некотором увеличении расхода сжатого воздуха в пневмосети 8 и соответственно уменьшении давления в ней (одновременное включение значительного количества потребителей сжатого воздуха, подключенных к пневмосети 8) сигнал блока 30 задания станет превышать сигнал датчика давления 22 и при этом на выходе блока 28 сравнения появляется сигнал положительной полярности, которой, проходя через электронный усилитель 32, увеличивает ток возбуждения на выходе магнитного усилителя 36, чем достигается увеличение подачи воздуха компрессором 1 до тех пор, пока давление в пневмосети 8 не станет равным заданному.

При минусовых температурах окружающей среды, когда плотность всасываемого воздуха увеличивается и, соответственно, требуется меньшая массовая производительность компрессора 1 (см., например, Курчавин В.М. Экономия тепловой и электрической энергии в поршневых компрессорах. - М. 1985. - 80 с.) для поддержания нормированных параметров сжатого воздуха в пневмосети 8, необходимо перейти на более низкий температурный уровень по всасываемому воздуху. В этом случае сигнал, поступающий с датчика температуры 19, становится большим, чем сигнал блока задания 29, и на выходе блока сравнения 27 появится сигнал отрицательной полярности, который поступает на вход электронного усилителя 31 одновременно с сигналом отрицательной обратной связи (блок 33). За счет этого в усилителе 31 компенсируется нелинейность характеристики привода 23 компрессора 1. Сигнал с выхода электронного усилителя 31 поступает на вход магнитного усилителя 35, где он усиливается по мощности, выпрямляется и поступает на обмотку электромагнитной муфты 24 компрессора 1. Отрицательная полярность сигнала электронного усилителя 31 вызывает уменьшение тока возбуждения на выходе магнитного усилителя 35, тем самым уменьшая передаваемый муфтой 24 момент от привода 23. При этом уменьшается частота вращения компрессора 1 и подача сжатого воздуха достигает значений, нормировано заданных для потребителей пневмосети 8.

В этом случае всасываемый атмосферный воздух, насыщенный твердыми частицами жидкости в виде снега, инея и/или каплеобразной влаги, поступает в воздушный фильтр 21, где очищается, и по всасывающему трубопроводу 20 направляется в компрессор 1 для сжатия. По нагнетательному трубопроводу 3 через открытый клапан 4 поступает с температурой около 120 градусов в концевой холодильник 5 для частичного охлаждения воздухосборника 6.

В воздухосборнике 6 осуществляется процесс конденсации паров влаги, неотделенной в воздушном фильтре 21. Сжатый воздух с температурой, на 10-20 градусов превышающей температуру окружающей среды, через открытый клапан 7 поступает в пневмосеть 8. В результате воздействия на пневмосеть 8 окружающей среды с минусовыми температурами осуществляется интенсивное охлаждение сжатого воздуха с конденсацией паров влаги, а появившаяся в трубопроводе жидкость, охлаждаясь, замерзает. Это приводит к резкому увеличению гидравлического сопротивления трубопроводов пневмосети 8. В этом случае, наряду с изменением температуры сжатого воздуха, изменяется его давление, что фиксируется датчиком давления 22, от которого сигнал поступает на блок управления 18.

В результате воздействия блока управления 18 на электрически связанные с ним клапаны осуществляются следующие операции: открываются клапаны 11, 13, 15 и 17, закрываются клапаны 4 и 7. Тогда сжатый воздух из компрессора 1 с температурой около 120 град. через открытый клапан 11 по вспомогательному трубопроводу 10 поступает в теплообменник-утилизатор 9, где отдает часть тепла и по вспомогательному трубопроводу 12 через открытый клапан 13 направляется в концевой холодильник 5. Совместное охлаждение в теплообменнике-утилизаторе 9 и в воздухосборнике 6 обеспечивает дополнительное снижение температуры сжатого воздуха до значений, близких к температуре окружающей среды, т.е. в воздухосборнике 6 осуществляется практически полная конденсация паров влаги. Из воздухосборника 6 сжатый воздух по дополнительному трубопроводу 14 через клапан 15 поступает в теплообменник-утилизатор 9, где нагревается на 10-20 град. (отбирается тепло от потока сжатого воздуха, движущегося непосредственно от компрессора 1) и по дополнительному трубопроводу 16 через клапан 17 направляется в пневмосеть 8.

Поступление в наземную пневмосеть 8 подогретого воздуха с уменьшенным количеством парообразной влаги обеспечивает прохождение потока без охлаждения до температуры окружаемой среды и, соответственно, без выпадения конденсата по длине пневмосети. В результате в пневмосеть 8 поступает сжатый воздух заданного нормированного давления, что фиксируется датчиком давления 22, полученный с меньшими энергозатратами, обусловленными снижениями уровня скорости вращения привода 23 компрессора 1, т.к. поступающий в него воздух имеет более высокую плотность, обусловленную минусовыми температурами окружающей среды.

При изменении режима работы потребителей сжатого воздуха, подсоединенных к пневмосети 8, в ней давление колеблется как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения, что регистрируется датчиком 22 давления. В этом случае порядок поддержания нормированных параметров сжатого воздуха в пневмосети 8 осуществляется аналогичным образом, как и при производстве сжатого воздуха в условиях положительных температур окружающей среды (описанных выше), но при более низком по энергоемкости уровне работы привода 23, воздействующем через регулятор скорости вращения, например, в виде блока порошковых муфт 24 на компрессор 1.

Оригинальность технического решения заключается в том, что снабжение компрессорной установки приводом с регулятором скорости вращения в виде блока электромагнитных муфт, связанных с блоками температуры и давления, обеспечивает снижение энергоемкости производства сжатого воздуха нормированных параметров в изменяющихся погодно-климатических условиях эксплуатации, что достигается путем поддержания энергосберегающего режима вращением привода компрессора в 2-уровневой производительности компрессорной установки как при положительных, так и при отрицательных температурах окружающей среды с оптимизацией колебаний давления сжатого воздуха у потребителей, подключенных к пневмосети.

Claims (1)

1. Компрессорная установка, содержащая компрессор с воздушным фильтром, установленные на линии нагнетания теплообменник-утилизатор, концевой холодильник, воздухосборник, соединенные между собой основными и дополнительными трубопроводами, которые снабжены клапанами, электрически связанными с блоком управления и датчиками температуры и давления, пневмосеть, отличающаяся тем, что компрессор снабжен приводом с регулятором скорости вращения, соединенным с выходами регулятора температуры и регулятора давления, а датчик температуры и датчик давления подсоединены соответственно к регулятору температуры и регулятору давления.