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空压机压力控制系统建模与动态特性研究

空压机压力控制系统建模与动态特性研究


  空压机是种气体压缩、输送设备,广泛(extensive)应用于国民生产的各个领域(field)。为了保证空压系统(system)安基金项目(xiàng mù):湖南省科科技计划项目011FJ201S;湖南省教育(Education)厅全高效运行,对管网压力进行良好控制是十分必要的。目前,空压机压力控制主要有2种方式方法:(3)普通的加、卸载模式是通过控制电机启、停的方式调节气压,当压力低于加载压力时电机启动,当压力高于卸载压力时电机停止;Q变频模式是通过变频调速控制电机转速来调节气压,制技术当储气压力低于需求压力时,电机加速运行,而当储气压力高于需求压力时,电机减速运行。由于空压机使用量大,属能耗大户;提高(空压机控制性能、减少其能耗成为空压机研制开发的热点问题。通用的节能方法主要是:通过合理配置输气管道,减少管道的压力损失与空气泄漏;合理润滑(lubricating),采用低黏度(viscosity)润滑性能较好的润滑油来降低摩擦功耗;在保证实际用风量的同时尽可能(maybe)低设定空压机的排气压力,因为排气压力设定越低所消耗的轴功率(指物体在单位时间内所做的功的多少)越少;定期对空压机进行维护保养,发挥机器的最佳性能;另外还可以通过选择高效的电动机;或者寻求加、卸载运行工况下最优控制方案来达到节能的目的W.然而,这些措施并不能完全挖掘出空压机的节能潜力(指个人能力发展的可能性)。目前,空压机绝大部分采用普通的异步感应电动机驱动%采用非变频调速技术能源(说明:向自然界提供能量转化的物质)浪费严重随着PWM技术矢(shǐ)量控制技术%直接转矩控制技术等现代电机变频技术的发展,采用变频空压机替代定转速空压机成为目前和今后主要的节能措施,该方法不但避免了空压机频繁(frequency)启停,而且具有显著的节能效果。现阶段空压机变频节能主要手段是采用空压机配置变频器,运行及保护多数采用PLC智能控制的方式。整个系统以输出压力作为控制对象,由压力传感器取出反馈信号,按压力的变动量决定电动机的工作频率和转速的大小,实现自动调节。在这方面:何凤有等将模糊PID控制应用于由PLC和变频器组成的空压机恒压供气系统中p;徐志花等采用压力变送器、人工智能调节器、变频器对螺杆式空压机进行节能改造;孙立波等采用无模控制技术对空压机配置的矢量控制变频器进行改造,优化了空压机的各项运行参数,提高了装置(Apparatus)的适应性钟美鹏等研究了种用直流无刷电动机驱动的直联式空压机,借鉴直接转矩控制的思想,根据直联式空压机负载的特点,提出了一种基于单片机的脉宽调制(PWI变占空比控制方法。这些研究工作对推动空压机运行控制优化起到了积极作用。
  本文在综合分析(Analyse)现有基础上,构建了包括空压机储气罐子模型、马达子模型、控制子模型在内的空压机压力(pressure)控制系统模型,并对空压机系统压力控制动态特性进行分析,为空压机的优化控制提供理论依据。
  2压缩空气供给系统(system)建模2.1空压机系统概况空压机系统一般由主机和电机系统、润滑和冷却系统、油气分离系统、气路系统、控制系统等组成,其中主机是空压机的核心部件,双螺杆空压机主机为一对互相啮合、相反旋向的螺旋形齿的转子。金沙澳门官网工作时,空气经过自洁式空气过滤器被吸入,通过PLC自动清洗过滤器,空气在经过进口导叶自动调节后进入一级压缩,经一级压缩后的气体温度较高,然后进入中间冷却器进行冷却(水走管内,气走管外,中冷器的水流量要求为110m/h)之后进入二级压缩系统转子旋转时,齿间容积(Capacity)逐渐扩大,气体(gas)经吸气孔口进入齿间容积直到容积达到最大时,与吸气孔口断开,此时封闭齿间容积,完成吸气过程。之后转子继续旋转,容积也逐渐缩小,压缩过程中油在转子齿槽间形成层油膜,不但可以避免金属与金属直接接触(contact),还可以密封转子各部的间隙并吸取压缩热量(Heat)。容积不断缩小的结果(result)是将压缩后气体送到排气管,直到该容积最小时为止。所示为种螺杆空压机(有油)系统结构(5图。
  对于所示的空压机系统,为了保障其安全有效运行,一般通过对空压机系统中关键运行参数进行在线监控实现。主要包括:排气压力、排气温度、电机温度、风扇电机温度、全气过滤器压差、油气分离器压差等多个参数。
  1.油气分离器2.压力控制(control)器3.显示器4.最小压力阀5.温控阀6.油过滤(filter)器(作用:过滤杂质等)7.冷却(cooling)器8.空气过滤器9.控制电磁阀10.螺杆主机11.电动(electric)机12.油罐13.安全阀(作用:控制压力不超过规定值)为了分析方便,对空压机储气罐作如下假设:0)空压机储气罐在进、出气时,储气罐中的温度基本不变,这里假设储气罐中温度为300K热力学温度;Q储气罐在进、出气时,气体(gas)达到平衡状态的时间忽略不计,即瞬间平衡;Q储气罐的进、出气口压力梯度很小,忽略压力梯度的影响;(4设储气罐在未充气之前,储气罐中压力与外界压力平衡,约为一个标准大气压;假定储气罐的容积为1m3,储气罐形状对气体状态无影响。金沙澳门官网平台主要噪声源是进、排气口,应选用适宜的进排气消声器。空压机进气噪声的频谱呈低频特性,进气消声器应选用抗性结构或以个、抗性为主的阻抗复合式结构。空压机的排气气压大,气流速度高,应在空压机排气口使用小孔消声器昆山空压机是一种用以压缩气体的设备。空气压缩机与水泵构造类似。大多数空气压缩机是往复活塞式,旋转叶片或旋转螺杆。离心式压缩机是非常大的应用程序。
  2.2.1范德瓦尔方程式由于实际的气体(gas)只有在温度(temperature)较高、压力较低时,才能近似的使用(use)理想气体状态方程,因此采空压机(compressor)采用三相感应电机,做如下理想化的假设:
  ①电机定转子三相绕组完全对称;
  ②定转子(rotor)表面光滑、无齿槽效应(effect),定转子每相气隙磁动势在空间呈正弦分布;
  ③磁饱和、涡流及铁心损耗忽略不计。
  三相感应马达本质上是个高阶、非线性、强耦合的多变量系统(system)。设甸旋转坐标系的d轴与转子磁场方向0=幻重合,异步电机的数学模型可用式~0表示。
  用实际气体(gas)状态方程式来描述储气罐中气体p-F-r关系。范德瓦尔在19世纪70年代对理想气体状态方程做了定的修正,最先提出了实际气体状态方程式,如。
  2.2.3感应马达模型Usi,Wa,定子电压在¢/轴上分量%――转子(rotor)磁链R3,Rt――定子、转子电阻4d,4q定子电流在山轴上分量Cs同步角速度叫一转差角速度磁链方程少sd=孔德文,林惟锓,蔡茂林,等。昆山空压机保养在空压机的进、排气口安装消声器或设置消声坑道以后,气流噪声可以降到80db(a)以下,但空压机的机械噪声和电机噪声仍然很高,因此还应在空压机的机组上安装隔声罩。4、悬挂空间吸声体:在佛山凌格风空压机站,高大空旷的厂房混响很重。金沙澳门官网平台主要噪声源是进、排气口,应选用适宜的进排气消声器。空压机进气噪声的频谱呈低频特性,进气消声器应选用抗性结构或以个、抗性为主的阻抗复合式结构。空压机的排气气压大,气流速度高,应在空压机排气口使用小孔消声器螺杆空压机加、却载工况下节能运行分析(Analyse)。北京航空航天大学学报,2012,38(FuzzyLogic何凤有,鲍卫,汤,等。基于模糊PID控制(control)器的空压机恒压供气系统的设计。工矿自动化,2010,(1)徐志花。螺杆式空压机的变频(frequency conversion)节能改造。能源与环境,2009,(6):29-31.孙立波,张宏英。空压机无模控制技术。油气田地面工钟美鹏,郑水英,潘晓弘。直联式空压机PWM变占空比李永东。交流电机数字(Resources)控制系统。北京:机械工业(gōng yè)出在线检测与监控、精密计量测试,发表论文30多篇。


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