بخشی از مقاله
چکیده
کمپرسور گریزازمرکز نوعی خاص از کمپرسورهای صنعتی میباشد که بازده بالای آن در دبی های پایین باعث مزیت این نوع کمپرسورشده است. درنقطه سرج که یک پدیده ناپایدار در سیستم کمپرسور است اگر دبی ورودی در این نقطه کمتر شود، فشار زیاد خروجی به فشار ورودی غلبه می کند و باعث برگشت جریان دبی میشود. به این پدیده، سرج - ضربان شدید - گفته میشود.
در این مقاله با استفاده از شیر آنتی سرج که باعث برگشت فشار و دبی خروجی به ورودی کمپرسور میشود، نقطه کار کمپرسور کنترل میشود. از آنجایی که رابطه سیگنال کنترلی و خروجی سیستم، خطی است با کنترلکننده PID سیستم کمپرسور کنترل میشود.با اعمال اغتشاشهای مختلف، کنترل کننده خطی توان پایدارسازی و افزایش بازدهی را دارد. طراحی کنترلکننده به علت تغییر اغتشاش و رسیدن به عملکرد مطلوب به عنوان عملی مؤثر در کنترل کمپرسور بهحساب میآید.
.1 مقدمه
کمپرسور گریز ازمرکز یا جریان شعاعی نوعی خاص از کمپرسورهای صنعتی میباشد که بازده بالای آن در دبیهای 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 پروانه های 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 می شود. در آیرودینامیک منظور از سرج پدیده ای 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 می شود در پدیده سرج حلقه ای تشکیل می شود که کمپرسور در اثر ناپایداری وارد این حلقه شده و تحت شرایط آن کار می کند. 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 آنتیسرج است که در انتهای کمپرسور تعبیه شده و باعث برگشت دبی و فشار خروجی کمپرسور به ابتدای آن می شود. با این کار دبی و فشار ورودی کمپرسور تقویت و نسبت فشار کاهش مییابد. در مرز ناپایداری - سرج - سیستم کنترل باعث به سمت راست کشیده شدن نقطه کارشده و سیستم را پایدار می کند. همانند شکل10 نقطهکار از A بهB منتقل میشود
در ادامه، از آنجایی که پایداری کمپرسور با نقاط تعادل و منحنی مشخصه و پارامترg - میزان بازشدگی شیر - سروکار دارد با اندازهگیری دبی ورودی کمپرسور به تغییر نقطه کار آن پرداخته شده است. 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. عامل اغتشاش دبی بالادست کمپرسور است. می توان نوشت: - 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 .[7] پس مجموعه محرک و ورودی کمپرسور بهعنوان فرایند، رابطه خطی با سیگنال کنترلی دارد. پسPID کنترل کننده مناسبی برای امرکنترل میباشد. محرک آنتی سرج باعث بازگشت و تزریق دبی می شود و خروجی آن بین 0.05 و 0.25 است. به همین دلیل محرک توان تولید دبی منفی - تخلیه دبی - را نداشته و با محدودیت خود هر سیگنال کنترلی کنترلکننده را به کمپرسور تحویل نمی دهد.
مقدار مرجع کنترلکننده0.55 است که با حاشیه امنیت نسبت به خط سرج - - 0.43 تنظیمشده است. همچنین چون بیشینه منحنی مشخصه 0/5می باشد با تنظیم مرجع 0.55، سعی در نگه داشتن نقطهکار کمپرسور در بازدهی بیشینه می باشد.[8] در این سیستم پایدارسازی بسیار مهمتر از سرعت پاسخ یا خطای ماندگار است. مثلاً ممکن است کمپرسور وارد سرج شده ولی تغییرات دبی از سرج دورشود. پس ملاک کنترلکننده، خطای بین مرجع و نقطه کار بوده و تغییرات آن باید تأثیر بهمراتب کمتری در کارکرد کنترلکننده داشته باشد. در نتیجه بهره تناسبی بسیار بزرگ تر از بهره مشتق گیر است.
اما وجود انتگرالگیر یا عدم وجود آن در این بخش مورد بررسی قرار می گیرد تا تأثیر آن در کنترل کمپرسور با محرک آنتیسرج مشخص شود. با تنظیم ضرایب Kp=10, Ki=1, Kd=0.7 کنترل کننده خطیPID طراحی میشود - تنظیم ضرایب هم با سعی وخطا و هم از روش پاسخ پله - روش اول - زیگلر-نیکولز بهدست آمده است. - .[9] در شبیهسازی دوم Kp=10,Kd=0.7 وبهره انتگرال گیر صفر است. در نتیجه کنترلکننده PD می باشد. ایجاد کنترل کننده با ضرایب مذکور و دلایل ذکرشده یک ایده و نوآوری در طراحی کنترل کننده خطی کمپرسور با محرک آنتیسرج بهحساب میآید. پاسخ سیستم حلقه بسته کنترل به اغتشاش آغشته به سرج در شکل11 آمده است.
