一种瓦斯抽采泵节能工质液环黏度的控制系统及控制方法

技术特征：
1.一种瓦斯抽采泵节能工质液环黏度控制系统，其特征在于，包括数据采集系统、数据处理分析系统、黏度模糊调控系统；所述数据采集系统包括瓦斯流量传感器、进气压力传感器、进气温度传感器、进气湿度传感器、排气压力传感器、排气温度传感器、排气湿度传感器、进液黏度传感器、排液黏度传感器、补水流量传感器和存储器；所述瓦斯流量传感器、进气压力传感器、进气温度传感器、进气湿度传感依次安装于瓦斯抽采泵的进气管路上，用于监测进气参数；所述排气压力传感器、排气温度传感器、排气湿度传感器依次安装于气液分离器的排气管路上，用于监测排气参数；所述补水流量传感器安装于瓦斯抽采泵的泵内补水管路上，用于监测补水流量；所述进液黏度传感器安装于瓦斯抽采泵的进液管路上，用于监测进液黏度；所述排液黏度传感器安装于气液分离器的排液管路上，用于监测排液黏度；所述存储器分别与各个传感器相连接，用于存储传感器采集数据和数据处理结果；所述数据处理分析系统包括节能工质液环水分蒸发损耗速率计算模块和泵内补水目标流量分析模块，所述液环水分蒸发损耗速率计算模块用于计算瓦斯抽采泵不同工况下节能工质液环水分蒸发速率，所述泵内补水目标流量分析模块用于计算液环黏度异常时恢复液环黏度需调节泵内补水的目标流量及时间；所述黏度模糊调控系统包括模糊控制器和电动调节阀门，电动调节阀门与补水流量传感器联锁，模糊控制器将节能工质液环黏度微调至最佳黏度。2.一种权利要求1所述的瓦斯抽采泵节能工质液环黏度的控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：a.控制系统与瓦斯抽采泵同时启动，输入瓦斯抽采泵内节能工质液环的最佳黏度η、最佳黏度范围η
×
(1
±
2％)和允许波动范围η
×
(1
±
10％)；b.采集瓦斯抽采泵的进排气参数、进排液参数、泵内补水参数，并记录储存；c.根据进排气参数计算瓦斯抽采泵节能工质液环水分蒸发损耗速率q
损
，并记录储存；d.根据排液黏度判断液环黏度是否在设定允许波动区间内，如果在设定区间内则返回步骤b，如果不在设定区间内则进行下一步；e.判断进液黏度是否在设定允许波动区间内，如果在设定区间内则进行下一步，如果不在设定区间内则进行瓦斯抽采泵进液黏度调节，调节完成后返回步骤b；f.根据液环实际黏度η
液环实
、液环最佳黏度η、水分蒸发损耗速率q
损
计算分析泵内补水所需的目标流量q
泵目标
及时间t，并记录；g.调节泵内补水流量至目标流量q
泵目标
，持续目标时间t，使黏度快速恢复正常范围；h.黏度模糊调控系统通过智能模糊调控泵内补水流量，将节能工质液环黏度微调至最佳黏度范围，调节完成后返回步骤b。3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，步骤c中所述节能工质液环水分蒸发损耗速率q
损
的计算方法包括以下步骤：a.计算进排气工况下水蒸气饱和蒸汽压ps
进
、ps
排
：kpa；t为气体温度，k；b.计算进排气气体湿度h
进
、h
排
：kg/kg；p为气体
压力，kpa；pw为气体水蒸气分压力，kpa；为相对湿度，％rh；c.计算进气干空气密度ρ
进气
：kg/m3；p
进
为进气气体压力，kpa；t
进
为进气气体温度，k；d.计算节能工质液环水分蒸发损耗速率q
损
：kg/min；q
m进气
为进气干空气质量流量，kg/min；h
排气
为排气湿度，kg/kg；h
进气
为进气湿度，kg/kg；q
v进气
为进气体积流量，m3/min；ρ
进气
为进气干空气密度，kg/m3；为进气相对湿度，％rh；ps
进
为进气水蒸气饱和蒸汽压，kpa；p
进
为进气压力，kpa；为排气相对湿度，％rh；ps
排
为排气水蒸气饱和蒸汽压，kpa；p
排
为排气压力，kpa。4.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，步骤f中所述泵内补水目标流量q
泵目标
及时间t的计算方法包括以下步骤：a.计算泵内节能工质存量v
工质实
：m3；v
泵壳
为泵壳容积，m3；v
轮毂
为轮毂在泵壳内体积，m3；q
v进气
为进气体积流量，m3/min；ω为泵轴转速r/min，μ为叶片排挤系数，％；b.计算泵内节能工质实际浓度c
实
：kg/kg，η
液环实
为液环实际黏度，mpa
·
s；c.计算节能工质液环黏度恢复正常所需的泵内补水的目标流量q
泵目标
及时间t，根据不同黏度节能工质对瓦斯抽采泵作用效果，划分三种类型：
①
.η
液环实
<η
×
(1-10％)：m3/min，t＝30min，c
标
＝3.5
×
10-3
kg/kg为节能工质液环标准浓度；
②
.η
×
(1 10％)≥η
液环实
≥η
×
(1 30％)：m3/min，min；
③
.η
液环实
>η
×
(1 30％)：m3/min，min。5.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，步骤h中所述黏度模糊调控系统通过智能模糊调控泵内补水流量的方法包括以下步骤：a.调控开始，测量抽采泵进气流量、进排气压力、进排气温度、进排气湿度、排液黏度，计算抽采泵节能工质液环水分损耗速率q
损
；
b.赋值k＝1，q
轴目标k
＝q
损
，q
泵目标k
为第k次微调泵内补水的目标流量，m3/min，调节泵内补水至目标流量，1小时后进行下一步；c.k＝k 1，通过测量排液黏度反映节能工质液环实际黏度，比较液环实际黏度与最佳黏度的大小；d.根据液环实际黏度与最佳黏度的大小情况，划分三种调节方式如下：
①
.η
×
(1-2％)≤η
液环实
≤η
×
(1 2％)：模糊调控结束；
②
.η
液环实
<η
×
(1-2％)：q
轴目标k
＝q
轴目标k-1
×
(1-5％)，调节泵内补水至目标流量，1小时后返回步骤c；
③
.η
液环实
>η
×
(1 2％)：q
轴目标k
＝q
轴目标k-1
×
(1 5％)，调节泵内补水至目标流量，1小时后返回步骤c；e.如此往复，直至节能工质液环实际黏度等于最佳黏度范围。6.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，步骤e中所述进液黏度调节的具体步骤包括：将进液黏度异常信号传输给节能工质自动配制系统，自动配制系统根据储液箱中节能工质实际储量和黏度，通过加水或添加节能工质粉体材料的方法，使供液黏度达到最佳黏度。

技术总结
本发明公开了一种瓦斯抽采泵节能工质液环黏度的控制系统及控制方法，其中数据采集系统用于测量抽采泵进排气参数、进排液参数、泵内补水参数，并实时采集数据；数据处理分析系统用于计算抽采泵内节能工质液环水分蒸发损耗速率和泵内补水所需的目标流量与时间；黏度模糊调控系统用于液环黏度出现异常时，首先调节泵内补水流量至目标流量和时间，使黏度快速恢复正常范围，然后通过模糊调控对泵内补水流量进行精准微调，将抽采泵内节能工质液环黏度调至最佳黏度范围。本发明采用监测、分析、智能控制等手段从调节抽采泵液环水分进出平衡的角度保证了抽采泵内节能工质黏度恒定于最佳黏度范围，实现了抽采泵节能系统安全高效的运行并产生最佳节能效果。行并产生最佳节能效果。行并产生最佳节能效果。


技术研发人员：张一帆 李金石 周福宝 陈维茂 李宁 孟凡瑞 李全力 姜淙献 张晨
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：2022.01.11
技术公布日：2022/4/15