[發明專利]用于避免壓縮機中的泵喘振的方法

有效

• 申請號: 201280069486.3
• 申請日: 2012-12-12
• 公開（公告）號: CN104114874A
• 公開（公告）日: 2014-10-22
• 發明（設計）人: C.格雷維
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: F04D27/00
• 分類號: F04D27/00;F02C9/24
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 任宇

技術領域

本發明涉及一種用于避免壓縮機中的泵喘振的方法，其中，在運行時監測壓縮機的多個特性參數并且預設用于所述多個特性參數的額定值范圍，其中，在特性參數的數值高于或低于額定值范圍時，觸發抗泵喘振的反應。本發明還涉及一種壓縮機和具有壓縮機和控制裝置的流體機械，該控制裝置在數據入口側與多個設計用于在運行時檢測特性參數的傳感器連接。

背景技術

壓縮機，尤其是燃氣渦輪機在確定的工作條件下易于喘振。若反壓力在流動方向上太大，則壓縮機不可能再輸送空氣，流動方向局部或甚至完全反轉。對于局部回流，一部分空氣保持被捕獲在壓縮機中并且隨著葉片一起旋轉。就是所謂的流動旋轉分離(旋轉失速)。而在所謂的壓縮機喘振(深喘振)時，介質完全回流——這導致與推進方向相反的激烈碰撞。

這兩種空氣動力學效果會具有嚴重的后果。旋轉失速通過強烈的振動會導致材料斷裂，而在泵喘振時有整個葉片突發斷裂的威脅。無論是哪種情況都中斷了空氣向燃氣渦輪機的燃燒室的流動，這導致該空氣流動的切斷。

一般表示入口和末端壓力之間的壓力比與輸送量的關系的壓縮機特征曲線，通過喘振線(Pumpgrenze)劃分為穩定和不穩定的區域。在壓縮機的工作點通過輸送量(流量)的減小或通過末端壓力的升高(輸送高度)進入不穩定區域時出現喘振。

通常，在流體機械的控制裝置的電子控制技術中或控制軟件中定義喘振線距離，該喘振線距離在運行時在設計條件下與喘振線相隔足夠遠。在實際條件下，例如在降低的網絡頻率、較高的環境溫度和/或空氣濕度、燃料的低熱值的情況下，但也由于壓縮機的老化、污染或損壞會導致喘振線到達或甚至超過工作特征曲線。因此這導致壓縮機立即的喘振。

通常在壓縮機的入口(進氣錐)處安裝一個或多個設計成差壓開關的傳感器，一旦通過壓縮機的流動在喘振時中斷，這些傳感器就低于某一極限值并且導致燃氣渦輪機通過燃料閥的關閉而立即切斷。但喘振保護壓力開關并不識別接近喘振線，而僅防止壓縮機的再次喘振并且必要時防止壓縮機由于燃料輸入的立即中斷而造成的機械損傷。

因此，在擴展設計中，通常也使用壓縮機壓力比限制調節器。這種調節器考慮壓縮機的特性參數(壓力比、網絡頻率、前導葉片位置和環境條件，如溫度和空氣濕度)并且將之與特定于壓縮機的喘振線特征曲線的許可值比較。若接近喘振線的當前工作點，亦即，在高于或低于預設的額定值范圍時，則觸發抗泵喘振的反應。

但在所述兩種方法中不利的是，它們不考慮老化、巨大的污染和或壓縮機的損壞并因此在流體機械的工作時間增加時不能再可靠地防止壓縮機的喘振。

此外，例如從US2009/0055071A1中已知，壓力傳感器和/或麥克風布置在燃燒器上游的空間中，它們檢測空間中壓縮空氣的狀態。然后，其信號評估用于分析隨即的喘振事件。同樣，EP2375081A2建議，使用沖擊波和另外的壓縮空氣的聲學現象來預測喘振。此處也使用麥克風或相似的壓力傳感器。但不利的是，這種傳感器在更高的環境溫度中僅具有有限的壽命。

發明內容

因此，本發明所要解決的技術問題是，提供一種用于避免壓縮機中的泵喘振的方法和一種壓縮機或流體機械，它們即使在比較高的運行功率下也可靠地防止壓縮機的喘振。

就方法而言，該技術問題按本發明如下解決：多個特性參數包括與壓縮機的轉動噪聲對應的特性參數。

在此，本發明基于的思考是，為了即使在流體機械的更高的運行功率下也能可靠地避免泵喘振，應當不僅要參考先前確定的特征曲線和可調節的運行參數，也應當使用當前的、適合預測性識別威脅性的泵喘振的測量參數。在通過相應的測量已識別到接近旋轉失速，亦即旋轉流動分離形式的喘振線時，可以實現預測性識別。在這里識別到，這種流動分離產生在壓縮機級中的振動，這些振動導致增大的壓力脈沖和進一步振動。該壓力脈沖和振動改變壓縮機的轉動噪聲，以便轉動噪聲的變化相應地預測性地表明威脅性的喘振。因此，應當測量與壓縮機的轉動噪聲對應的特性參數并且使用這些特征參數來避免泵喘振。