بخشی از مقاله
چکیده
کمپرسور گریزازمرکز نوعی خاص از کمپرسورهای صنعتی می باشد که بازده بالای آن در دبی های پایین باعث مزیت این نوع کمپرسورشده است. زمانی که کمپرسور در حالت عادی خود کار می کند، با کاهش دبی ورودی، خروجی کمپرسور - نسبت فشار یا فشار خروجی به فشار ورودی - افزایش می یابد تا جایی که روی منحنی مشخصه که نسبتفشار برحسب دبیجرمی است، این نسبت فشار به نقطه بیشینه خود می رسد. اگر دبی ورودی در این نقطه کمتر شود، فشار زیاد خروجی به فشار ورودی غلبه میکند و باعث برگشت جریان دبی می شود.
به این پدیده، سرج - ضربان شدید - گفته می شود. در این مقاله با استفاده از شیر آنتی سرج که باعث برگشت فشار و دبی خروجی به ورودی کمپرسور می شود، نقطه کار کمپرسور کنترل می شود. از آنجایی که رابطه سیگنال کنترلی و خروجی سیستم، خطی است با کنترل کننده PID سیستم کمپرسور کنترل می شود.
با تغییر اغتشاش - دبی ورودی یا بالادست کمپرسور - ، کنترل کننده طراحی شده خواسته های مطلوب - سرعت پاسخ، خطای ماندگار، پایدارسازی - را برآورده نمیکند. به همین دلیل لازم است کنترل کننده با خواسته های مطلوب - کنترل کننده مرجع - تطبیق داده شود. با اعمال اغتشاش های مختلف، کنترل کننده تطبیقی مدل مبنا توان پایدارسازی و افزایش بازدهی را دارد. طراحی کنترلکننده تطبیقی به علت تغییر اغتشاش و رسیدن به عملکرد مطلوب به عنوان ایده در کنترل کمپرسور بهحساب میآید.
.1 مقدمه
کمپرسور گریز ازمرکز یا جریان شعاعی نوعی خاص از کمپرسورهای صنعتی میباشد که بازده بالای آن در دبی های پایین باعث مزیت این نوع کمپرسور شده است. هر کمپرسور، گاز ورودی خود را با افزایش فشارخارج میکند، که نسبت فشار خروجی به ورودی به عنوان خروجی کمپرسور معرفی میشود. منحنی مشخصه کمپرسور، تغییرات نسبت فشار بر حسب دبی ورودی کمپرسور است و نقطه کار کمپرسور را مشخص میکند.
هر منحنی مشخصه، در سرعت ثابت چرخش پروانههای رتورکمپرسور رسم میشود، و با افزایش سرعت، تقریباً همان منحنی به بالا شیفت داده میشود. زمانی که کمپرسور در حالت عادی خود کارمیکند، با کاهش دبی سیال ورودی، خروجی - نسبت فشار - کمپرسور افزایش می یابد تا جایی که این نسبت فشار به نقطه بیشینه خود میرسد. یعنی فشار خروجی بیشترین نسبت را به فشار ورودی دارد. این نسبت بیشینه در عین بیشترین بازدهی، نقطه بحرانی عملکرد کمپرسور است.
اگر دبی ورودی در این نقطه کمتر شود کمپرسور حالت عادی خود را ندارد، چون فشار زیاد خروجی به فشار ورودی غلبه میکند و باعث برگشت جریان سیال میشود و فشار خروجی کمپرسور را به ابتدای آن برمیگرداند و دوباره فشار افزایش یافته در ورودی، باعث جریان رو به جلو و به سمت خروجی کمپرسور می شود و به همین صورت نوسان تکرار می شود. به این پدیده، سرج گفته می شود. سرج در لغت به حرکت سریع همراه با قدرت زیاد و به سمت جلو و یا ضربان شدید اطلاق میشود و به جهت تشابه برای ضربه قوچ نیز استفاده میشود. در آیرودینامیک منظور از سرج پدیدهای است که در اثر افزایش آنی و زود گذر در فشار خروجی کمپرسور، جریان عبوری ناپایدار، تناوبی و با جهت معکوس شونده خواهد بود
نسبت فشار
شکل-1 منحنیهای مشخصه و سیکل پدیده سرج
همان گونه که در شکل1ملاحظه میشود در پدیده سرج حلقهای تشکیل میشود که کمپرسور در اثر ناپایداری وارد این حلقه شده و تحت شرایط آن کار میکند. سرج علاوه بر ناپایداری کمپرسور و عدم خروجی به بالا دست، باعث آسیب تجهیزات کمپرسور نیز می شود.
.2 کنترل کمپرسور
در کمپرسور ابزاری برای کنترل ناحیه سرج وجود دارد. یکی از این ابزارها شیر آنتی سرج است که در انتهای کمپرسور تعبیه شده و باعث برگشت دبی و فشار خروجی کمپرسور به ابتدای آن میشود. با این کار دبی و فشار ورودی کمپرسور تقویت و نسبت فشار کاهش مییابد. در مرز ناپایداری - سرج - باعث به سمت راست کشیدهشدن نقطهکار و سیستم را پایدار میکند. همانند شکل10 نقطهکار از A بهB منتقل می شود.
شکل-10 تأثیر شیر آنتی سرج بر نقطه کار
از آنجایی که پایداری کمپرسور با نقاط تعادل و منحنی مشخصه و پارامتر - gمیزان بازشدگی شیر - سروکار دارد با اندازهگیری دبی ورودی کمپرسور به تغییر نقطه کار آن پرداختهمیشود. همچنین ورودی کمپرسور - متغیر کنترلی - از مجموع اغتشاش و سیگنال فرمان حاصل میشود، پس رابطه خروجی حلقه کنترل - متغیر کنترلی - و سیگنال فرمان یک رابطه خطی میباشد. اغتشاش دبی محیط یا بالادست کمپرسور است.
- coسیگنال فرمان - - d+اغتشاش - - y =متغیر کنترلی - اما خروجی کنترلکننده یا سیگنال کنترلی با رابطه محرک آنتی سرج - ، رابطه خطی با اشباع - به سیگنال فرمان یا خروجی محرک تبدیل میشود. پس مجموعه محرک و ورودی کمپرسور بهعنوان فرایند، رابطه خطی با سیگنال کنترلی دارد. پس PID کنترل کننده مناسبی برای کنترل میباشد.
محرک آنتی سرج باعث بازگشت و تزریق دبی میشود و خروجی آن بین 0,05 و 0,25 است. به همین دلیل محرک توان تولید دبی منفی - تخلیه دبی - را ندارد و با محدودیت خود هر سیگنال کنترلی کنترلکننده را به کمپرسور تحویل نمی دهد. مقدار مرجع کنترلکننده 0,55 است که با حاشیه امنیت نسبت به خط سرج - - 0,43 تنظیم شده است، همچنین چون بیشینه منحنی مشخصه 0,5 میباشد با تنظیم مرجع 0,55، سعی در نگهداشتن نقطهکار کمپرسور در بازدهی بیشینه است.
.3 کنترل تطبیقی
با اعمال اغتشاش های مختلف کنترل کننده توان برآوردن خواستههای طراح مثل سرعت، پایدارسازی، خطای ماندگار، بازدهی را ندارد و لازم است کنترل کننده با تغییر اغتشاش با کنترل کننده مطلوب تطبیق داده شود. در این مقاله از کنترلکننده تطبیقی برای کنترل نقطه کار کمپرسور استفاده میشود .در این مقاله با روش مدل مرجع و گرادیان نزولی کنترلکننده طراحی میشود. همچنین طراحی کنترلکننده تطبیقی به دلیل تغییر اغتشاش بهعنوان ایده در کنترل سیستم کمپرسور بهحساب میآید. با انتخاب مدل مبنا هم سرعت، بازدهی، پایدارسازی طراحی ضرایب PD حفظ میشود و هم خطای ماندگار صفر است.
با اعمال اغتشاشهای مختلف عملکرد کنترل کننده تطبیقی در پایدارسازی و بهبود بازدهی کمپرسور بررسی می شود. در شبیهسازی اول اغتشاش 0,35 با ثابت زمانی 1 وارد سیستم میشود. خروجی سیستم کنترل و پارامترها نشان داده شده اند. با توجه به شکل 13 کنترلکننده دربرابر اغتشاش آغشته به سرج پایدار است، یعنی دبی ورودی کمتر از 0,43 نمیشود و همچنین نقطه کار به نقطه مطلوب - بازدهی بیشتر - میرسد.
شکل-13 خروجی سیستم در برابر اغتشاش 0,35
