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]到壓縮機系統(tǒng)在其壽命周期能耗費用占總體投資和維護費用的70%以上，采用優(yōu)化操作和控制技術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)狀的基礎上，以節(jié)能為目標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)應用中最為廣泛的螺桿空壓機為核心的壓縮空氣系統(tǒng)為對象，首先建立了包括壓縮機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)的詳細的壓縮空氣系統(tǒng)數(shù)學模型。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能耗和容積效率模

3、型。最后實例分析了不同負載下、變頻與非變頻螺桿壓縮機采用加卸載方式運行的性能情況，并通過仿真繪制了能耗比曲線。
　　3、在建立螺桿機壓縮空氣系統(tǒng)模型的基礎上，模擬了不同負荷下系統(tǒng)運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載情況下最優(yōu)卸載壓力線，使得壓縮機的平均功耗最低；同時分析了此時壓縮機的加卸載頻率，給出了壓縮機節(jié)能運行的意見。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，繪制了不同負載情況下壓縮機能耗

4、與儲氣罐容積之間的關系曲線，給出了使得綜合運行成本降低的儲氣罐容積選擇策略。
　　4、對壓縮機群控系統(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群的能耗情況、加卸載情況、儲氣罐壓力變化等進行了模擬，并與含有變頻的空壓機群控方式進行了比較，顯示出以一臺變頻壓縮機為主控的群控系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)勢。為了降低變頻群控系統(tǒng)在負荷大范圍變化下，輔機加卸載對系統(tǒng)壓力波動的影響和能耗，提出了負荷用氣量作為前饋、通過預測來協(xié)調(diào)變頻壓縮機和非變頻

5、壓縮機動作的一種協(xié)調(diào)前饋控制方法。仿真表明，該方法能夠在壓縮機切換情況下實現(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)進一步的確認、辨識，以獲得更加符合實際的空氣壓縮系統(tǒng)模型，進一步挖掘空壓機的節(jié)能潛力和展開下一步的研究工作，設計并搭建了壓縮空氣系統(tǒng)實驗臺。采用三臺活塞壓縮機和一臺變頻螺桿壓縮機來模擬實際壓縮機群控情況，已經(jīng)完成了實驗臺功能