儲氣庫壓縮機(jī)組電動可變余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)的研究、設(shè)計(jì)和運(yùn)用

黃林

（中國石油集團(tuán)濟(jì)柴動力有限公司成都壓縮機(jī)分公司，四川 成都 610100）

大型往復(fù)式壓縮機(jī)組在實(shí)際使用中，會根據(jù)現(xiàn)場情況對壓縮機(jī)組的排量進(jìn)行實(shí)時調(diào)節(jié)。常規(guī)的調(diào)節(jié)方式回流閥旁通調(diào)節(jié)、壓縮機(jī)主電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和可變余隙腔調(diào)節(jié)三種方式。其中，回流閥旁通調(diào)節(jié)為耗能調(diào)節(jié)；壓縮機(jī)主電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方式因?yàn)橹麟姍C(jī)的功率大（4500KW）配置變頻器成本相當(dāng)高；可變余隙腔調(diào)節(jié)可以在壓縮機(jī)排液在一定范圍內(nèi)進(jìn)行精確的調(diào)節(jié)，而且成本較低，也能節(jié)能降耗，目前，在大型往復(fù)式壓縮機(jī)組上運(yùn)用很多。

可變余隙腔調(diào)節(jié)系統(tǒng)又分為手動可變余隙腔、液壓可變余隙腔、電動可變余隙腔裝置。其中，手動可變余隙腔為手動人工調(diào)節(jié)，需要在停機(jī)的情況下才能完成，而且依賴于操作人員的經(jīng)驗(yàn)去維系壓縮機(jī)在一個安全范圍內(nèi)運(yùn)行操作。液壓可變余隙腔需要一套獨(dú)立的液壓機(jī)構(gòu)來驅(qū)動調(diào)節(jié)余隙腔，機(jī)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)難度高。電動可變余隙腔裝置（以下簡稱EVCP）作為一個自動的無級余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可實(shí)時調(diào)節(jié)壓縮機(jī)運(yùn)行負(fù)荷（見下圖深灰線）至理想負(fù)荷值（扭矩/功率上限所對應(yīng)的負(fù)荷值）。通過挖掘和利用壓縮機(jī)潛在做功能力，以產(chǎn)生額外的功率輸出（見下圖淺灰部分），從而實(shí)現(xiàn)自動化控制以及系統(tǒng)節(jié)能，并以設(shè)定的壓比和功率上限來保護(hù)壓縮機(jī)在合理的工況范圍內(nèi)運(yùn)行。

圖1

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及工作原理

EVCP的布局是根據(jù)氣缸數(shù)和負(fù)荷調(diào)控范圍，來決定EVCP執(zhí)行器的數(shù)量；EVCP的安裝氣缸蓋側(cè)。EVCP配備標(biāo)準(zhǔn)的3相380VAC/50HZ電機(jī)。通過在PLC系統(tǒng)中增配2個AC/AC換向接觸器來實(shí)現(xiàn)電機(jī)正/反向轉(zhuǎn)動。每個EVCP 執(zhí)行器有4路本安信號與PLC交互。EVCP系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)組氣量的精確的、實(shí)時的、無極調(diào)節(jié)，響應(yīng)國家節(jié)能降耗、降本增效的號召。

EVCP分為執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)以及控制程序組成。

1.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)

執(zhí)行器由3組獨(dú)立的可拆卸主體部件組成：絲桿單元、變速單元、電機(jī)單元。無須特殊的拆裝工具，吊裝孔使得部件的拆卸更方便。安裝在已配有變余隙腔的氣缸上。通過特制的轉(zhuǎn)接盤，EVCP執(zhí)行器可直接安裝于配有VVCP的氣缸上。EVCP活塞根據(jù)壓縮機(jī)參數(shù)進(jìn)行針對性設(shè)計(jì)，由鎖緊螺栓或鎖緊錐套將其固定在驅(qū)動絲桿上。

1.2 控制機(jī)構(gòu)

每個EVCP執(zhí)行器出來的4路本安信號（零位/百分位限位開關(guān)、絲桿溫度傳感器、位置傳感器）通過多芯儀表電纜傳往機(jī)柜。電纜一頭預(yù)制有13針接頭，該接頭直接與EVCP執(zhí)行器本體上插座相連；另一端通過防爆接線盒轉(zhuǎn)接到非危險區(qū)機(jī)柜內(nèi)的安全柵上；這4路信號均傳輸至PLC系統(tǒng)。

EVCP活塞位置信號為4～20mA模擬量反饋信號，該信號用于實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，根據(jù)其設(shè)定值，來調(diào)整EVCP活塞的實(shí)時位置。活塞位置控制的設(shè)定值可以通過控制回路自動計(jì)算賦值，也可以由操作工手動輸入。

限位開關(guān)信號被用于防止因人為誤操作或位置傳感器失效而引起的活塞 超程 調(diào)節(jié)，并且限位開關(guān)和溫度信號（絲桿溫度高高情況下）一起被用于聯(lián)鎖停EVCP電機(jī)。在因電氣故障或傳感器故障造成的電動控制失效情況下，EVCP可以通過手輪在現(xiàn)場進(jìn)行手動調(diào)節(jié)。

PLC輸出的控制信號通過交流電機(jī)控制器來控制電機(jī)單元的正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)余隙腔的變化實(shí)現(xiàn)無極氣量調(diào)節(jié)。

2 設(shè)計(jì)和控制程序

EVCP控制控制變量有流量、壓比、電流。其中，流量為主控變量，壓比和電流為輔控變量，分為3組PID調(diào)節(jié)控制，通過選擇最終的PID輸出電機(jī)控制器來帶動電機(jī)單元正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)氣量的無極調(diào)節(jié)。

PLC系統(tǒng)控制的驅(qū)動電機(jī)的信號為4～20MA。

3 現(xiàn)場使用情況

現(xiàn)場使用照片（供參考），見圖2。

圖2

4 結(jié)語

大型往復(fù)式壓縮機(jī)組在使用中分為回流閥旁通調(diào)節(jié)、壓縮機(jī)主電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和可變余隙腔調(diào)節(jié)三種方式，主要對可變余隙腔調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作原理以及工作程序進(jìn)行了闡述了解，通過可變余隙腔調(diào)節(jié)在使用情況發(fā)現(xiàn)其在壓縮機(jī)排液在一定范圍內(nèi)進(jìn)行精確的調(diào)節(jié)，而且成本較低，也能節(jié)能降耗，目前，在大型往復(fù)式壓縮機(jī)組上運(yùn)用很多。