[發明專利]離心壓縮設備及其喘振防止方法

有效

• 申請號: 201610086128.3
• 申請日: 2012-10-02
• 公開（公告）號: CN105626566B
• 公開（公告）日: 2017-07-18
• 發明（設計）人: 幸喜恒雄;西山直紀;越前裕次;大籔貴志;關友范;森口正史
• 申請（專利權）人: 株式會社IHI
• 主分類號: F04D27/02
• 分類號: F04D27/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 李婷

技術領域

本發明涉及使用了離心壓縮機的離心壓縮設備及其喘振(surging)防止方法。

背景技術

用于渦輪壓縮機、渦輪冷凍機的離心壓縮機在低流量階段產生伴隨劇烈壓力波動和噪聲的喘振。若離心壓縮機進入喘振狀態則不能夠作為壓縮機而穩定運轉，壽命縮短，在最壞的情況下，有可能產生損傷。

因此，一直以來提案有種種防止喘振產生的方案(例如，專利文獻1～9)。

以下，除了特別需要的情況，將離心壓縮機簡稱為“壓縮機”，將喘振(surging)簡稱為“喘振(surge)”。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開昭60－111093號，“軸流壓縮機的喘振防止裝置”；

專利文獻2：日本特開昭62－195492號，“渦輪壓縮機的喘振防止裝置”；

專利文獻3：日本特開昭64－394號，“壓縮機的喘振防止裝置”；

專利文獻4：日本特開2000－199495號，“渦輪冷凍機的喘振預測方法及裝置”；

專利文獻5：日本特開2004－316462號，“離心壓縮機的容量控制方法及裝置”；

專利文獻6：日本特開2005－16464號，“壓縮裝置”；

專利文獻7：日本實開昭62－93194號，“渦輪壓縮機等的安全裝置”；

專利文獻8：日本特許第4191560號，“渦輪冷凍機、及其控制方法”；

專利文獻9：日本特開2002－276590號，“壓縮機的喘振檢測裝置”。

發明內容

發明要解決的問題

a.喘振防止控制與節能的關系

一直以來，一般使用如下方式，即，使用離心壓縮機的預想性能曲線或測量的喘振線，以在減少流量時壓縮機動作點不超過該線的方式設置喘振防止線，在超過了喘振防止線的情況下迅速地進行放氣控制或旁通控制，使壓縮機不陷入喘振狀態。

但是，壓縮機的特性有時因運轉環境、時效而變化，實際的喘振線有時與預想性能曲線不同。因此，一直以來，一般在現場進行有意地使喘振發生的試驗(喘振試驗)，相對于實際測量的喘振線向10～15%左右的大流量側設置喘振裕度(surge margin)。

因此，一直以來，存在離心壓縮機的容量控制范圍變窄喘振裕度的量，在容量(流量)較小的減量運轉時產生能量損耗的問題。

b.喘振的檢測方案

已知由于若壓縮機進入喘振狀態，則壓縮機不進行作為壓縮機的功，故軸動力以及壓縮機的流量從緊前的運轉狀態顯著減少。

作為檢測該狀態的方案，此前提案有將流量、或者與其有關聯的壓縮機用電動機的驅動電流或驅動功率、排出壓力等狀態量與預先設定的值比較，從而進行喘振狀態的判定。

在使用壓力變化時，由于壓力為出入該壓力容器的流量的累積值，故監視壓力的波動即是測定流量，始終為延遲控制系統，該變化具有與壓力容器的大小成反比例，與流量成比例的特征。雖然使用壓力變化是容易的，但是喘振狀態的監視無非是記錄壓縮機的流量波動。為了對壓力測量范圍提取喘振發生時的較小的壓力振幅信號，需要進行2次微分處理，因而為了恰當地檢測喘振狀態，需要復雜的數字信號處理技術，存在喘振檢測裝置的成本增加等問題。

在使用流量變化的情況下，對流量進行1次微分即可，因而與利用壓力的情況相比，信號處理變得容易。然而，相反地，在流量測量結果中含有眾多噪聲成分(起伏(揺らぎ))，難以將其去除，并且還存在若設置流量測量單元則測量項數增加，導致成本增加等問題。

由于電動機的驅動功率具有在一定的排出壓力條件下在較窄的范圍內與流量成比例的特征，故能夠用作流量的代替測量方案。但是驅動電流的起伏與流量同樣地較大，若不恰當地設置閾值，則存在誤操作、不進行喘振檢測等可能性。

c.喘振防止線的決定方案

壓縮機的喘振線一般而言配合壓縮機的特性而預先輸入(設定)。

但是，若壓縮機的特性因運轉環境、時效而變化，則有時非預期地進入喘振，在此種情況下，之后壓縮機的繼續運轉變得困難。

d.喘振防止控制方案

壓縮機的喘振防止控制一般而言利用流量和排出壓力或壓力比來進行。

然而，由于測量流量需要多個測量器，故成本升高，因而有時使用電動機的驅動電流作為代替方案。這是著眼于排出壓力一定且在喘振防止線附近，流量與電動機的驅動電流大體處于比例關系這一點的方案。

但是，存在電動機的驅動電流與排出流量因運轉條件而產生誤差的問題。另外，關于排出壓力，由于若吸入壓力變化則喘振線變化，故優選使用壓力比。