[发明专利]基于最小阶跃扰动的负荷切换路径寻优方法

说明书

基于最小阶跃扰动的负荷切换路径寻优方法属于压缩机负荷调节技术领域。其技术方案要点包含以下步骤：步骤一、计算调转速和气缸卸载组合调节的曲线方程；步骤二、根据距离最近法计算目标负荷工作状态点坐标；步骤三、比较当前负荷与目标负荷的较小值，根据负荷超调阈值法在负荷较小值处计算第一个负荷阶跃调节点坐标；步骤四、计算在横轴转速值不变下，从第一个负荷阶跃调节点阶跃到负荷较大值所在曲线的第二个负荷阶跃调节点坐标，最终得到在允许气量负荷超调量下的最小阶跃扰动负荷切换路径。本发明实现了最小阶跃扰动的负荷切换，有效减小了负荷切换中的阶跃波动，改善了调节性能。

技术领域

本发明属于压缩机负荷调节技术领域，涉及了一种基于最小阶跃扰动的负荷切换路径寻优方法。

背景技术

当工艺变动或者气源波动时，为了保持工艺稳定同时实现压缩机经济运行，都需要对压缩机气负荷进行调节以适应不断变化的用气需求，负荷的调节过程实际上为当前负荷到预定负荷的切换。常用的调节方式有驱动机转速调节、部分行程压开进气阀调节、气缸卸载阶梯调节等。

部分行程压开进气阀调节是通过在进气阀上加装卸荷器使得吸气阀关闭时刻发生延后，让气体主动回流从而减小排气量同时回流气体为低压状态不经过压缩，因此在这种调节方式下能有效降低功耗。但该方法每个气阀上均需要安装精密的伺服控制装置驱动卸荷器动作，动作频次必须要和压缩机气阀的频次相当，这对整个驱动装置的响应速度和寿命都有很高的要求。这些缺点限制了该方法的应用范围，目前多因应用于低速压缩机上，无法在中高转速压缩机上实现有效的调节。

驱动机转速调节和气缸卸载阶梯调节是常规的两种调节方法。由于转速降低容易造成机组润滑不充分、振动增加、输出力矩减小等不良影响，转速调节范围有限。如若再想降低排气量，需要其他的辅助调节措施。气缸卸载阶梯调节只能提供阶梯式有级调节，如对于两缸双作用压缩机可实现100％、75％、50％、25％、0五档调节。驱动机转速调节和气缸卸载阶梯调节组合调节克服了两种技术的缺陷，可实现0～100％范围内负荷的连续无级调节。但在这种组合调节方式下要实现当前负荷到另一个负荷的切换需要同时调整缸卸载阶梯调节档位和转速值，容易造成较大的工艺波动，因此实现最小阶跃扰动的负荷切换是改善调节性能、提升各负荷段切换调节能力的有效措施。

发明内容

本发明的目的是针对现有负荷调节技术的不足，提供一种基于最小阶跃扰动的负荷切换路径寻优方法，解决负荷切换机组工艺波动大的问题，改善调节性能、提升各负荷段切换调节能力。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

1)设第一级气缸数量为k，气缸均为双作用式，则通过气缸卸载阶梯调节可实现气量的2k+1级阶梯调节，每一级的调节步长百分比为

2)设往复压缩机工作气量负荷比为η(η∈[0,1])，则得到调转速和气缸卸载组合调节的直线族为其中i(i＝0,1,…，2k)为参数，n_max为压缩机额定转速，n(n∈[n_min,n_max])为压缩机实际转速(r/min)，n_min为转速调节的最小值。令n＝n_min，得到调转速和气缸卸载组合调节的直线族负荷最小值边界点为其中i＝0,1,…，2k。

3)设压缩机当前工作状态点Ⅰ的坐标为n_I为压缩机当前转速，η_I为压缩机当前气量负荷，由点坐标进一步求得当前工作状态点所在直线参数i＝ξ_I；已知压缩机调节的目标负荷为η_II，将其带入2)中的直线族方程求得解的集合为[ξ_II-j,n_II-j]，其中ξ_II-j为所在直线参数，n_II-j为目标调节转速，j为正整数参数。