占空比调制的往复流程机械排气量调节方法及理论研究

占空比调制排气量调节方法是针对化工流程中大型往复压缩机的特点，以全行程压开进气阀为基础，将以压力上下限为反馈的开关控制改进为以压力偏差信号为反馈的占空比控制，通过不同的占空比调制参数，实现精确和平稳的气量供给，具有明显的节能潜力。本项目以两级V型风冷空气压缩机为对象，建立了压开进气阀流量调节装置的实验平台，设计了气阀压叉气动执行机构及其驱动电路，测试系统采用LabVIEW和数据采集卡，控制系统为两级计算机控制，开发了占空比调制的控制程序。建立压缩机单作用“级”的数学物理模型，采用组合动网格技术，利用FLUENT软件对呼吸效应进行了数值模拟。确定在不同的占空比调制模式下，呼吸效应影响的空间范围、主要因素及其强弱程度的定量描述，获得占空比调制对排气量调节质量指标影响的机理。这些模拟结果均与实验数据吻合的很好。建立了压缩机供气压力与实时流量的动态微分方程，推导出压力偏差信号反馈的实时需气量计算方法和占空比实时辨识方法，结合呼吸效应的影响分析，提出了实施占空比调制方法的优化策略，并对占空比调节方法的能效进行了实验考核。分析了占空比调制执行机构的设计技术，解决了动力源选型计算、执行机构运动规划和装置结构三个方面的关键技术问题。 2100433B

占空比调制排气量调节方法是针对化工流程中大型往复压缩机的特点，以全行程压开进气阀为基础，将现有的以压力上下限信号为反馈的开关控制，改进为以压力偏差信号为反馈的占空比控制，通过不同的占空比调制参数，实现精确和平稳的气量供给，具有明显的节能潜力。呼吸效应是容积式机械中广泛存在而其危害又常被忽视的一种现象，在占空比控制下呼吸效应的影响因素和后果愈加复杂，因此该调节理论的完善和实现，必须建立在对呼吸效应的深入研究和理解的基础之上。呼吸效应在本质上是一种非定常流动与复杂换热问题相耦合的热力学过程，本项目以往复压缩机单作用级为对象，建立内部流通空间和实际工作循环的数学物理模型，将有限容积法和非线性结构力学相结合、将数值模拟和实验验证相结合，研究呼吸效应的发生机理，和不同占空比调制模式下对压缩机内部流动和传热的影响，进而了解排气量、功率等宏观参数的变化规律，为占空比调制排气量调节提供坚实的理论基础。

往复式压缩机气量无级调节由如下几个特点：

1）最宽广的调节范围，最优控制特性，并使压缩机启停更加自如；

2）最大限度节省能源，气量调节后，主电机的实际功率随压缩机排气量的降低成等比例规律减少；

3）易于实现对现有压缩机进行升级改造，且在升级改造过程中不影响现有压缩机的部件和安全运行；

4）调节系统出现故障后可自动切除，不影响压缩机正常运行，且系统易于维护；

作为压缩机的一个重要性能参数，排气量能够将单位时间内机组生产压缩气体量反映出来。通常排气量的测定有两种方式，即直接测定与间接测定。直接测量法也有几种，例如贮气罐测量法，这是一种对某一时间段流进贮气罐压缩空气量进行直接测定的方法，并根据测定结果对空气压缩机的排气量进行推算。间接测量中节流装置的使用比较广泛，在同一时间内空气压缩机排除的气体保持着稳定不变的状态下，对流过节流孔前后的有关动态参数进行测定并计算，得出空气压缩机排气量。常用的测量方法包括喷嘴法、充罐法、压差式流量计和孔板法等。