利用离心式空气压缩机避免控制间隙

你有没有想过如何“控制”一个拥有固定员工和不同工作量的工程组织，工程师们都有自己的想法？他们称之为“放牧猫”。当然，这很正常，对吗？嗯，控制多台离心式空气压缩机与该模型非常接近，这可能导致一种称为“控制间隙”的情况。本文讨论了离心式空气压缩机控制间隙的原因以及避免这种情况的解决方案。

负载均衡：常见的管理挑战

多年来，我管理了几个工程服务团队的总盈亏，我最大的问题之一是“负载均衡”，考虑到我们的基础设施和物流的限制，让每个人和团队都达到最佳状态。换句话说，将固定的人员匹配到不同的负载。最重要的是，你做得很好。一个KPI是总收入除以总工资总额和间接成本加上直接成本。如果这个数大于1。XX,你很好。另一个原因是每个人都很开心。所以，拥有一个良好的KPI非常重要。但是，是什么最快地扼杀了工程团队的效率呢?有些团队成员工作过度，有些团队成员工作不足。给每个人分配了错误的工作。

如果我们看一个单独的精密离心式空气压缩机，它有自己的本地控制，就像一个工程师一样，会怎么样？他们作为一个团队？当你有太多的员工和工作量时，工程团队会发生什么？这取决于人员、人才、经验、生产率等的组合。空气压缩机系统会发生什么变化？嗯，这取决于每个空气压缩机的尺寸、类型和控制设置，不是吗？如果“主控制器”只是操作员告诉他们运行，比如经理告诉他们“在工作”，然后让工作随机进入前门，那该怎么办。

如果在线总容量或人员配备水平过高，会发生什么情况？物理学占据了主导地位，就像团队中的经济学一样。这只会占用你那个月的大部分产出。您可能会将其中一个工作到过热点，并将另外两个推回到低效和非生产水平。一个人可能不知道“不”这个词，总是被淹没。另一个人可能有一个好主意，如何表现得像在工作一样，只是为了保持稳定，并吹掉他没有生产的东西。他们说：“别再给我添麻烦了，我忙得不可开交了！”。这就像是排气中的恒压控制空气压缩机。其他人则会努力发挥作用，自我鞭笞。他们会回复收件箱或最新的危机，很快拿出一份可交付的文件，然后坐下来转动轮子，用问题来烦同事，总的来说，这是一种痛苦。然后，当下一个任务到来时，全力以赴，以110%的努力完成它，并一遍又一遍地做。这是加卸载加喘振。

控制差距究竟是什么？

考虑到这些情况，经理如何知道到底发生了什么？员工层面的测量非常重要，与团队的总体测量相协调。与压缩空气系统相同。她将如何解决这个问题？首先，找出根本原因，然后修复它。真正的问题是什么？这是一名员工没有能力撤回并提升到足以弥补团队变化的程度．他是一个人，甚至不知道总负荷是多少，变化比他大。他不可能总是“闭门不出”。当他旋转他的轮子时，这仍然不能适应团队的负载，旁边的人就会慢下来。他无法匹配负载的根本原因就像离心式压缩空气系统受到控制间隙的影响一样。

控制间隙是指无法匹配一台空气压缩机的有效流量变化以匹配系统的负载变化的影响。它会导致系统不稳定和效率低下。这是由空气压缩机的尺寸和调低挑战，以及错误的控制算法和设置造成的。这是人与人之间的不匹配ad差异，以及平衡负载的错误管理方法。

离心压缩空气系统中的特定控制间隙问题包括:

• 当负载变化超过一台空气压缩机的上限节流范围时，在多个离心压缩空气系统中，避免排放。
• 一次仅使用一台离心式空气压缩机来适应不同的负载时，避免不稳定和喘振。
• 试图并联调节或“负载共享”一组离心式空气压缩机。

总之，问题是在所有负荷范围内，将系统变化(流量变化)与高效稳定的空压机机组相匹配。“控制间隙”是指没有找到很好的匹配，并且出现不稳定或吹气的流量范围。

检查压缩空气系统

让我们看一个离心压缩空气系统示例，以说明控制间隙是如何以及何时出现的。

假设您有四台3600 scfm空气压缩机，需求量在10000 scfm（每个压缩机容量的2.8倍）到12000（每个压缩机容量的3.3倍）之间变化。参见图1。使用本地控件，可以通过以下两种方式之一控制系统。在“串级”控制中，最后一台机组承担部分负荷，或在所有机组在大约相同的压力下并联调节时，“负荷共享”。在现实中，仅通过本地控制几乎不可能实现后者。但即使可能，系统部分负载摆动也是微调空气压缩机的上限调制范围。在串级控制中，它约占一台空气压缩机的30%，1080 scfm范围。这提供了一个非常窄的有效调谐范围，从9720到10800 scfm或13320到14400 scfm。在并行调制中，该装置的最佳调谐范围为总调谐范围的30%，比4320 scfm范围大得多。如果组合调制是可能的，它将允许系统在10080到14400 scfm之间变化，并且相当有效，如图1所示。

图1：改进前的系统。

系统流量变化几乎在负荷分配的调节范围内，但在串级控制中必须发生吹扫的不良区域。进气导叶（IGV）调制的有效调节与实际系统变化的不匹配是控制间隙．如果采用串级控制，离心式微调空压机进入“自动双”控制(上量程调节和卸载)，会导致过度循环。因此，通过控制“恒压”(上量程调制和下量程吹气)控制来避免这种情况，吹气就会发生。

最初，四台空气压缩机中的三台并联运行，为两台并联的再生式干燥器供电，并带有局部恒压点。他们分担得相当好。有最小的吹脱（小于10%）。第四台空气压缩机与其干燥器隔离，并进一步排放。每年的废物总量约为50000美元。对控制面板进行了昂贵的改造，改善了本地控制。然而，他们对三台空气压缩机进行了分级（“级联”设定点）。这使前两台空气压缩机满载，但导致第三台（隔离式）循环和喘振。现在每年的浪费是80000美元。参见图2。

由于空气压缩机的尺寸和缓慢的启动负载时间，未考虑自动启动和停止离心式空气压缩机（如螺杆式空气压缩机控制系统-目标定序器）的替代方案。为什么现代控制系统会发生更多的爆炸？答案是控制差距。有效和有效的范围是有限的，而不是需求所在的manbetx客户端12-5下载地方。

图2：改进前的控制策略。

解开问题的根本原因

上述示例可用于揭示控制差距的根本原因。在这种情况下，级联控制设置迫使一台空气压缩机发挥“微调”作用，而它只能在上30%进行微调。需求处于另一个较低范围（小于3.1倍空气压缩机的容量），需要第四台空气压缩机排气。即使解决了以下问题，也会有重大的后果。95%的时间里，系统需求仅略低于三台空气压缩机（约2.9至3.0台空气压缩机），但经常超过三台。

管道和干燥机的压力下降，加上一台空压机的部分分离，也使控制协调困难。1号空压机和2号空压机由于与4号空压机之间的线过小，不能送全空气。当空压机1号和空压机1号同时存在时。加载，压降通过他们的干燥刺和空气压缩机1号不得不卸载(和冲击)。在干燥机前有三个1600加仑的储气罐，其中两个用于1号至3号空气压缩机，另一个用于4号空气压缩机。

现在，让我们看看如果需求从2.9增加到3.1空气压缩机，并且仍然使用串级控制，在实际系统中可能会发生什么：

• 假设4号空气压缩机和系统其余部分之间的阀门打开，管道足够，我们只是以“级联”方式对空气压缩机进行分段：94 psig、92 psig、90 psig和88 psig是四台空气压缩机的起点。其入口导叶（IGV）的压力控制点为5 psi，超过99、97、95和93 psig。防止浪涌的排污阀（BOV）设定值高出5 psi，低至98 psig。事实上，最小功率也可以防止浪涌，所以它更复杂。
• 当需求略微超过三台空气压缩机的容量时，比如从10400 scfm上升到11000 scfm，并且三台空气压缩机正在运行，IGV将逐渐缓慢上升到100%，压力将下降到88 psig，第四台空气压缩机将启动。
• 接收器的尺寸和空气压缩机的尺寸会产生压力变化率事件。压力迅速上升，因为正在输送14400 scfm，比需要的多3400 scfm。
• 变化率=空气压缩机容量（scfm）/[（储罐尺寸，加仑）/7.5]X 15/60 psi/秒。
• 对于3400 scfm事件，该系统有三个1600加仑的油箱，压力变化率为3400/[（4800/7.5]X 15/60，约为1.3 psi/秒的变化率。当空气压缩机干燥器前面的压力低于系统压力时，第一部分增压速度快3倍，干燥器充当止回阀。在这段时间内，只有1600加仑的储存有效。
• IGV上的比例和积分设置设置比这慢得多，因此压力上升速度快于配平空气压缩机的反应速度，并在IGV反应和控制压力之前达到BOV最大压力点。功率下降速度低于喘振控制装置的工作速度，空气压缩机喘振。干燥器动态压降是问题的一部分。
• 循环继续进行，如图3所示。1号空气压缩机的循环主要是由于控制间隙．上限调制控制范围仅为1080 scfm，小于系统流量变化。它也不匹配。
• 循环不停地循环着…

图3:改进前的系统运行。点击在这里放大。

解决控制缺口的两种方法

既然我们已经看到了控制差距是如何以及为什么会发生，以及它造成的问题，让我们看看解决它的选项。

一个选项涉及负载共享控制，无需新的微调空气压缩机。这可以使所有空气压缩机像一套装置一样一起控制，最大限度地减少排放。请参见图4，其中描述了以下步骤：

1.增加湿侧和干侧的管线尺寸。
2.增加存储空间。根据空气压缩机可实现的测试控制响应计算存储量。
3.平衡干燥器。
4.添加主控制：实施“负载共享”控制–多个选项：

• 将本地控制面板与主控制器集成，主控制器可了解其与喘振线的距离，并将其平行调节为与喘振线的距离相等。
• 使用现有的控制面板，撞击空压机设定值，以保持空压机在负载上近似平衡。一种方法是每次挑选一个进行“修剪”。当它到达最小IGV位置(在喘振偏移)和负载下降时，将修剪到下一个空压机，并将其调整到最小，然后是第三台，然后是第四台。试图同时改变这四个来保持平衡可能是不稳定的。

5.当所有运行中的空气压缩机处于最小负载位置且低于三台空气压缩机可提供一段时间的流量阈值时，可以卸载一台空气压缩机。由于储存足够且空气压缩机响应时间足够快，剩余的空气压缩机打开并保持压力。然后，空压机可以在其空载计时器到期后关闭。

此解决方案的优点是，它提供了比添加微调空气压缩机更低的成本。有几个缺点，包括在喘振管线附近运行时效率下降，在10000 scfm和四台空气压缩机的情况下，系统将处于最小节流状态。此外，系统没有备用功能。

图4：改进后的控制策略，纯负载共享。

解决控制间隙问题的第二种选择是使用混合负载共享和微调空气压缩机。这可以通过更小、更快的微调空气压缩机来补偿大部分需求差异，在“间隙”中，负载由离心机组分担。请参见图5，其中描述了以下步骤：

1. 打开所有空气压缩机之间的管路。
2. 增加湿侧和干侧的管线尺寸。
3. 增加存储空间。
4. 添加500马力（hp）的装卸螺杆式空气压缩机。
5. 平衡干燥器。
6. 添加主控制：实施混合系统，包括离心/螺旋底座微调和“负载共享”控制。根据流量范围，使用执行两种算法之一的第三方控制器。
7. 底座微调：底座加载X台离心式空气压缩机，并微调螺杆式空气压缩机。
8. 负荷分担：为避免流量在70%至100%的离心式空气压缩机联机时出现“控制间隙”，负荷分担运行中的离心式空气压缩机。当所有运行的离心式空气压缩机处于最小负载位置时，可以卸载空气压缩机。然后，离心式空气压缩机将满载，而螺杆式空气压缩机将启动并携带差值。然后，空压机可以在其空载计时器到期后关闭。

这种方法的一个优点是，它比运行所有四台离心式空气压缩机更高效。一台较小的螺杆式空气压缩机的卸载损失（约为500 hp的20%，少于一半的时间）小于在最小负载下运行四台空气压缩机的损失（约为3600 hp的10%）。该方法还提供了一台备用离心式空气压缩机。这种解决方案的缺点是更复杂、成本更高。

图5：改进后的控制策略，带500 hp微调空气压缩机的混合系统。

我所熟悉的一家公司实际上实施了一个混合系统，并且非常成功。拥有一台备用离心机的额外好处推动了这个项目。还安装了一个新的干燥器，以减少压差，并允许一次关闭一个进行维护。螺杆式空压机最终是满载，而不是装卸。但它仍然运行良好，消除了控制差距，每年节省10万美元的电力，并净赚39.4万美元的激励支票!

幸福的底线

通过良好的管理避免控制差距。开发适当的主控制装置和系统配置，以通过并联调节平衡空气压缩机，或引入新的微调空气压缩机，或两者的混合。在任何情况下，将高效和有效的空气压缩机选择和控制模式与任何情况下可能发生的实际流量变化相匹配。成本将最小化，可靠性将最大化您的团队将感到高兴，您的底线也将如此！

有关本文的更多信息，请联系压缩工程公司总裁Tim Dugan，电话：（503）784-2331，电子邮件：提姆。Dugan@comp-英语网站，或访问www。http://compression-engineering.com/．

要阅读更多空气压缩机技术文章，请访问www.ghtac.com/technology/air-compressors．