壓縮空氣系統(tǒng)建模與優(yōu)化控制.pdf

1、壓縮空氣作為常規(guī)動力，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，據(jù)統(tǒng)計產(chǎn)生壓縮空氣耗電量超過我國工業(yè)耗電總量的10％，具有巨大的潛在節(jié)能空間。國內(nèi)外的研究人員從不同角度在降低壓縮空氣系統(tǒng)能耗方面做了很多工作?？紤]到壓縮機(jī)系統(tǒng)在其壽命周期能耗費(fèi)用占總體投資和維護(hù)費(fèi)用的70%以上，采用優(yōu)化操作和控制技術(shù)來降低壓縮空氣系統(tǒng)能耗具有重要意義。本文在分析國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，以節(jié)能為目標(biāo)開展了以下方面的研究工作：
　　1、整理并論述了壓縮空氣系統(tǒng)國內(nèi)外的研究

2、現(xiàn)狀，包括國外著名壓縮空氣設(shè)備制造商開發(fā)的解決方案和產(chǎn)品。分析了目前壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能存在問題、采取節(jié)能措施和節(jié)能效果，并給出了壓縮空氣系統(tǒng)基本操控方式的優(yōu)劣和適用場合。
　　2、以工業(yè)應(yīng)用中最為廣泛的螺桿空壓機(jī)為核心的壓縮空氣系統(tǒng)為對象，首先建立了包括壓縮機(jī)能耗和容積效率模型、管道損失模型、泄露模型和儲氣罐模型在內(nèi)的詳細(xì)的壓縮空氣系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。然后采用相對轉(zhuǎn)速、相對吸氣量和相對容積效率的表示方式建立變頻情況下壓縮機(jī)能耗和容積效率模

3、型。最后實(shí)例分析了不同負(fù)載下、變頻與非變頻螺桿壓縮機(jī)采用加卸載方式運(yùn)行的性能情況，并通過仿真繪制了能耗比曲線。
　　3、在建立螺桿機(jī)壓縮空氣系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上，模擬了不同負(fù)荷下系統(tǒng)運(yùn)行能耗和加卸載變化情況，并通過仿真證明和得到了不同負(fù)載情況下最優(yōu)卸載壓力線，使得壓縮機(jī)的平均功耗最低；同時分析了此時壓縮機(jī)的加卸載頻率，給出了壓縮機(jī)節(jié)能運(yùn)行的意見。然后，本文也研究了儲氣罐容積對系統(tǒng)能耗和加卸載等情況的影響，繪制了不同負(fù)載情況下壓縮機(jī)能耗

4、與儲氣罐容積之間的關(guān)系曲線，給出了使得綜合運(yùn)行成本降低的儲氣罐容積選擇策略。
　　4、對壓縮機(jī)群控系統(tǒng)的優(yōu)化節(jié)能展開了研究，對傳統(tǒng)階梯式控制方式下的壓縮機(jī)群的能耗情況、加卸載情況、儲氣罐壓力變化等進(jìn)行了模擬，并與含有變頻的空壓機(jī)群控方式進(jìn)行了比較，顯示出以一臺變頻壓縮機(jī)為主控的群控系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)勢。為了降低變頻群控系統(tǒng)在負(fù)荷大范圍變化下，輔機(jī)加卸載對系統(tǒng)壓力波動的影響和能耗，提出了負(fù)荷用氣量作為前饋、通過預(yù)測來協(xié)調(diào)變頻壓縮機(jī)和非變頻

5、壓縮機(jī)動作的一種協(xié)調(diào)前饋控制方法。仿真表明，該方法能夠在壓縮機(jī)切換情況下實(shí)現(xiàn)供氣壓力的平穩(wěn)控制，減小了供氣壓力的波動，并具有更好的節(jié)能效果。
　　5、為檢驗(yàn)在壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能與優(yōu)化控制方面的研究成果，對模型參數(shù)進(jìn)一步的確認(rèn)、辨識，以獲得更加符合實(shí)際的空氣壓縮系統(tǒng)模型，進(jìn)一步挖掘空壓機(jī)的節(jié)能潛力和展開下一步的研究工作，設(shè)計并搭建了壓縮空氣系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺。采用三臺活塞壓縮機(jī)和一臺變頻螺桿壓縮機(jī)來模擬實(shí)際壓縮機(jī)群控情況，已經(jīng)完成了實(shí)驗(yàn)臺功能