Курс «Применение трубопроводной арматуры». Модуль «Арматура антипомпажной защиты и регулирования»

Горобченко Станислав Львович

Параметрические системы антипомпажной защиты имеют ряд недостатков:

–в систему зачастую закладываются характеристики не соответствующие реальным параметрам работы;

–процессы протекают на небольших участках времени, поэтому предусматривается запас на время реакции системы;

–граница помпажа обычно определяется по расходу, – погрешность измерения расхода в зоне помпажа составляет 5-10%.

Уставку антипомпажного регулятора смещают на 6-10% в сторону большей производительности от границы помпажа. Неверное определение уставки приводит или к недостаточному запасу устойчивости, или к уменьшению эффективности использования компрессора.

Признаковый

способ

Признаковый способ распознавания помпажа заключается в обнаружении особенностей поведения потока газа в компрессоре. Характеристику компрессора можно разделить на пять частей:

–максимальный расход;

–оптимальная работа;

–предсрыв;

–вращающийся срыв;

–помпаж

Системы обнаружения помпажа механические, а затем электрические на основе колебаний давления, расхода тока двигателя и т.д. начали применяться с середины прошлого века, но, несмотря на множество патентов не получили широкого распространения и применялись как дополнительная мера защиты совместно с параметрическими методами. Определение вращающегося срыва при использовании аналоговых средств не представлялось возможным так, как уровень полезного сигнала соизмерим с уровнем шумов, к которым еще добавляются внешние помехи.

Развитие средств измерения и микропроцессорных контроллеров создало предпосылки для создания систем распознавания вращающегося срыва. Создание эффективных систем распознавания вращающегося срыва позволит надежно защитить компрессор от помпажа, сохраняя всю область допустимой работы с высоким КПД. Работы в этой области ведутся как зарубежом, так и в России (НИИ Турбокомпрессор им. В.Б. Шнеппа, Санкт-Петербургский политехнический институт и т.д.).

Для правильного функционирования антипомпажной защиты необходимо определить линию помпажа. Это можно выполнить двумя способами.

1) Использование газодинамических характеристик разработчика компрессора. Этот способ приемлем только для новых компрессоров, т. к. газодинамические характеристики меняются в процессе эксплуатации. Точность не высокая, потому что не учитывается зависимость газодинамических характеристик от специфики установки компрессора и конкретного состава газа.

2) Помпажный тест. Тест проводится на стадии пусконаладочных работ специально обученным персоналом, с применением специального оборудования. В конкретном случае проведение помпажного теста может быть предусмотрено в программном обеспечении антипомпажной защиты. Граница помпажа при проведении теста определяется признаковым методом. Используя помпажный тест можно получить точную границу линии помпажа.

Помпажный тест

При помпажном тесте два контура управляют антипомпажным клапаном через блок выбора меньшего значения. Один контур используется в каскадном режиме с заданием, которое вычисляется из кривой помпажа (см. рис. 1.12-1.), предоставляемой производителем оборудования.

Кривая помпажа определяется при тестировании компрессора в нескольких точках давления. При этом исследуется, при каком расходе в компрессоре начинается помпаж. По этой линии на несколько процентов ниже чертится кривая безопасного режима работы.

По давлению, исходя из кривой безопасного режима работы, происходит вычисление задания для управляющего контура расхода. Если отклик при регулировании будет очень близок к кривой помпажа, можно, изменяя коэффициент усиления (и

возможно коэффициенты интегрирования и дифференцирования также) изменять характеристику в зависимости от того как близко к кривой помпажа работает компрессор. Время сканирования и опроса датчиков контура устанавливается в районе 100 мс (компания Эмерсон).

Рис. 1.12-1. Схема определения границы помпажа и проведения помпажного теста

Компрессор при проведении теста работает при минимальном расходе, возможном для процесса. Производится оценка выполнения антипомпажным клапаном своих функций во время теста. Совместная работа антипомпажного клапана и контроллеров должно выводить компрессор на линию безопасной работы.

Антипомпажное регулирование

Антипомпажное регулирование предназначено для обеспечения устойчивой работы компрессора при производительностях меньше величины V_k (внутри зоны помпажа). Принципиально антипомпажное регулирование – это регулирование перепуском.

Особенности расположения характеристик на графике напорно-расходной характеристики компрессора показаны на рис.1.13.

Рис. 1.13. Зона устойчивой работы и особенности расположения основных характеристик компрессора и граница помпажа

Режим устойчивой работы компрессора ограничен. Наиболее серьезными ограничениями являются:

– граница помпажа

– предельная мощность

– предельное давление

– предельная частота вращения

Работать на линиях ограничения крайне опасно. Обычно САР удерживает рабочую точку на безопасном расстоянии от этих линий в зоне безопасной работы. Одна из основных задач САР расширить границы зоны безопасной работы.

Изменением частоты вращения компрессора или угла потока на входе входным направляющим аппаратом можно также изменять величину зоны неустойчивой работы, но в небольших границах.

Рассмотрим процесс регулирования. Простейшая схема антипомпажного регулирования приведена на рис. 1.14.

Рис. 1.14. Антипомпажное регулирование

а) процесс регулирования

б) схема регулирования

Если потребителю необходимо количество газа Vi' при давлении p_i, которое меньше минимальной производительности V_in при давлении p_i, то компрессор должен перекачивать количество V_in, а разность V_in – Vi' должна отводиться со стороны нагнетания компрессора.