一种螺杆空压机群供气场合用气流量在线估计方法

白永刚，陈江华，王海塔

（1.内蒙岱海发电有限责任公司，内蒙古 乌兰察布 013700；2.北京中智信息技术股份有限公司，北京 100176；3.中核沽源铀业有限公司，河北 沽源 076561）

一种螺杆空压机群供气场合用气流量在线估计方法

白永刚1，陈江华2，王海塔3

（1.内蒙岱海发电有限责任公司，内蒙古 乌兰察布 013700；2.北京中智信息技术股份有限公司，北京 100176；3.中核沽源铀业有限公司，河北 沽源 076561）

文章在提出气动系统流量供、需匹配控制理念的基础上及在螺杆空压机群供气压力波动的情况下，研究了如何从供气系统供气流量中挖掘出用气系统需求压力下的需求流量，这将对螺杆空压机群的节能运行有着重要意义。

螺杆空压机；气动系统；需求流量；节能

1　螺杆空压机群系统运行建模

当前，工厂生产车间供气通常采用树枝状管道系统，为对螺杆空压机的电气比进行有效监测及工厂气动系统的用气流量进行计量，螺杆空压机群供气过程中一般在每台螺杆空压机后面设置流量计，并且分气缸上设置压力传感器，旨在对供气压力进行监测，确保提供生产所需的供气压力。

本文按照气动系统运行流程，将气动系统分为3个部分：①供气系统。包括过滤器、冷干机和螺杆空压机等。②输送系统。包括空气软管、阀门、支管、主管以及储气罐等。鉴于输送系统具有管道体积，已有特定的储气能力，在供气压力波动情况下，该部分对气动系统的影响重要，在此把输送系统拟合为某一体积的容腔，以便研究。③用气系统。包括喷嘴、喷枪和气缸等。按照工业现场用气设备是否受供气压力波动的影响，可分为带减压阀等稳压调节装置的气动设备和带有减压阀等稳压调节装置的气动设备，前者压缩空气经节流口1流入环境，后者压缩空气经节流口2流入环境。

根据上述划分，建立了工业现场螺杆空压机群运行模型，如图1所示。

图1　工业现场螺杆空压机群运行模型

螺杆空压机群系统运行供气过程中，研究对象为容腔，整个模型相当于容腔的充放气过程，可看作是等温过程，由容腔中压缩空气状态有：

（1）

式（1）中，p和V分别是空气的压力（Pa）和体积（m3）；m和θ分别是气体质量（kg）和空气的绝对温度（K）；R是气体常数，对于空气，R=287 J/（kg·K）。

鉴于整个模型看作等温过程，能够微分得：

（2）

式（2）中，Q是t时间内体积流量变化量（m3/s）；Qin和Qout分别是螺杆空压机群产气的体积流量和工业现场用气的体积流量（m3/s）；t和ρ分别是时间（s）和空气的密度（kg/m3）。

2　用气系统需求流量在线估计方案设计

通过上述式（2），若θa、V已知，依据供气压力的变化率以及供气流量能够获得用气系统的用气流量，从而可将用气流量中伪用气流量清除，但是，工业现场θa及容腔体积V均是无法确定和准确测量的。为了解决该问题，结合螺杆空压机群加/卸载运行特性，提出了一种工业现场螺杆空压机群供气场合用气系统需求流量在线估计方案，具体估计方法实现过程为：

（1）在工业现场采集的供气压力时间序列数据中，以某一供气压力峰值ph为基准。

（2）在ph两侧分别提取供气压力p0、p1（Δt为时间单位），供气压力特征信号提取如图2所示。

图2　供气压力特征信号提取示意

（3）在供气流量时间序列数据中提取p0，p1对应时刻的供气流量值Qin0和Qin1，那么用气系统用气流量能够通过下式获得：

（3）

针对工厂级大惯性气动系统，鉴于2Δt时间短，在该时间内可将用气系统用气流量视为不变，Qout0=Qout1，将式（3），（4）联立解微分方程能够获得用气系统供气压力ph下的用气流量Qout0：

（4）以供气压力峰值ph过后的下一个供气压力谷值pl为基准；在pl两侧分别提取供气压力p2，p3（Δt为时间单位）。

（5）在供气流量时间序列数据中提取p2，p3（对应时刻的供气流量值Qin2和Qin3，那么用气系统用气流量能够通过下式获得：

同理，Qout2=Qout3，将式（6）、（7）联立解微分方程能够获得用气系统供气压力pl下用气流量Qout2：（6）用气设备运行数量在生产相对稳定的工况下能够视为固定，因此，用气系统用气流量Qc大小恒定，供气压力p决定用气流量Qp大小，在此假设Qp大小：

综上，得到用气系统中Qc、k的情况下，将p（用气系统需求压力）带入，就能够获得工业现场用气系统需求流量。

3　结语

文章对供气压力波动下工业现场气动设备用气流量的消耗特性进行了研究，将气动系统划分为3个部分（供气系统、输送系统以及用气系统），建立了气动系统螺杆空压机群运行模型。同时基于该模型，提出了一种工业现场螺杆空压机群供气场合用气系统需求流量在线估计方法，此方法计算较为简单且结果具有精确性，能够应用于工业现场螺杆空压机群供气场合用气系统需求流量的在线估计，从而为螺杆空压机群优化运行组合提供依据，螺杆空压机群运行负荷率低的问题得到有效解决。

A Way of Gas Flow Line Estimation for Screw Compressor Group Supply Occasion

Bai Yonggang1， Chen Jianghua2， Wang Haita3
（1. Inner Mongolia Daihai Electric Power Generation Co，. Ltd.， Wulanchabu 013700， China； 2. Beijing CI Comstars Information Technology Co，.Ltd.，Beijing 100176， China；3.CNNC Guyuan Uranium Industry Co，.Ltd.， Guyuan 076561， China）

In this paper，the pneumatic system is divided into three parts，i.e. the gas supply system， conveyor system and gas system， the running model of pneumatic system of screw compressor group is built， the online estimation method for demand flow of gas system is proposed. How to dig out the demand flow under gas system requirements pressure from gas flow of gas supply system was studied in the case of gas pressure fluctuations of screw compressor group Based on the concept of pneumatic system flow demand and supply matching.

screw air compressor； pneumatic system； demand flow； energy conservation

白永刚（1981-），男，吉林松原；研究方向：汽轮机DEH热工控制系统，机组协调控制系统。