储气库压缩机组电动可变余隙调节系统的研究、设计和运用

黄林

（中国石油集团济柴动力有限公司成都压缩机分公司，四川 成都 610100）

大型往复式压缩机组在实际使用中，会根据现场情况对压缩机组的排量进行实时调节。常规的调节方式回流阀旁通调节、压缩机主电机转速调节和可变余隙腔调节三种方式。其中，回流阀旁通调节为耗能调节；压缩机主电机转速调节方式因为主电机的功率大（4500KW）配置变频器成本相当高；可变余隙腔调节可以在压缩机排液在一定范围内进行精确的调节，而且成本较低，也能节能降耗，目前，在大型往复式压缩机组上运用很多。

可变余隙腔调节系统又分为手动可变余隙腔、液压可变余隙腔、电动可变余隙腔装置。其中，手动可变余隙腔为手动人工调节，需要在停机的情况下才能完成，而且依赖于操作人员的经验去维系压缩机在一个安全范围内运行操作。液压可变余隙腔需要一套独立的液压机构来驱动调节余隙腔，机构复杂、维护难度高。电动可变余隙腔装置（以下简称EVCP）作为一个自动的无级余隙调节系统，可实时调节压缩机运行负荷（见下图深灰线）至理想负荷值（扭矩/功率上限所对应的负荷值）。通过挖掘和利用压缩机潜在做功能力，以产生额外的功率输出（见下图浅灰部分），从而实现自动化控制以及系统节能，并以设定的压比和功率上限来保护压缩机在合理的工况范围内运行。

图1

1 系统结构以及工作原理

EVCP的布局是根据气缸数和负荷调控范围，来决定EVCP执行器的数量；EVCP的安装气缸盖侧。EVCP配备标准的3相380VAC/50HZ电机。通过在PLC系统中增配2个AC/AC换向接触器来实现电机正/反向转动。每个EVCP 执行器有4路本安信号与PLC交互。EVCP系统可以实现压缩机组气量的精确的、实时的、无极调节，响应国家节能降耗、降本增效的号召。

EVCP分为执行机构、控制机构以及控制程序组成。

1.1 执行机构

执行器由3组独立的可拆卸主体部件组成：丝杆单元、变速单元、电机单元。无须特殊的拆装工具，吊装孔使得部件的拆卸更方便。安装在已配有变余隙腔的气缸上。通过特制的转接盘，EVCP执行器可直接安装于配有VVCP的气缸上。EVCP活塞根据压缩机参数进行针对性设计，由锁紧螺栓或锁紧锥套将其固定在驱动丝杆上。

1.2 控制机构

每个EVCP执行器出来的4路本安信号（零位/百分位限位开关、丝杆温度传感器、位置传感器）通过多芯仪表电缆传往机柜。电缆一头预制有13针接头，该接头直接与EVCP执行器本体上插座相连；另一端通过防爆接线盒转接到非危险区机柜内的安全栅上；这4路信号均传输至PLC系统。

EVCP活塞位置信号为4～20mA模拟量反馈信号，该信号用于实现闭环控制，根据其设定值，来调整EVCP活塞的实时位置。活塞位置控制的设定值可以通过控制回路自动计算赋值，也可以由操作工手动输入。

限位开关信号被用于防止因人为误操作或位置传感器失效而引起的活塞 超程 调节，并且限位开关和温度信号（丝杆温度高高情况下）一起被用于联锁停EVCP电机。在因电气故障或传感器故障造成的电动控制失效情况下，EVCP可以通过手轮在现场进行手动调节。

PLC输出的控制信号通过交流电机控制器来控制电机单元的正反转，实现压缩机余隙腔的变化实现无极气量调节。

2 设计和控制程序

EVCP控制控制变量有流量、压比、电流。其中，流量为主控变量，压比和电流为辅控变量，分为3组PID调节控制，通过选择最终的PID输出电机控制器来带动电机单元正反转，实现气量的无极调节。

PLC系统控制的驱动电机的信号为4～20MA。

3 现场使用情况

现场使用照片（供参考），见图2。

图2

4 结语

大型往复式压缩机组在使用中分为回流阀旁通调节、压缩机主电机转速调节和可变余隙腔调节三种方式，主要对可变余隙腔调节系统结构、工作原理以及工作程序进行了阐述了解，通过可变余隙腔调节在使用情况发现其在压缩机排液在一定范围内进行精确的调节，而且成本较低，也能节能降耗，目前，在大型往复式压缩机组上运用很多。