[發明專利]基于相似原理的通用特性曲線喘振控制方法和系統

有效

• 申請號: 201610538337.7
• 申請日: 2016-07-08
• 公開（公告）號: CN106050722B
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 秦國良;紀云鋒;陳雪飛;張帥甲
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;杭州澎康自動化科技有限公司
• 主分類號: F04D27/02
• 分類號: F04D27/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明涉及透平壓縮機防喘振控制與保護，尤其是使用與入口條件無關的通用特性曲線坐標系統，解決壓縮機運行點和喘振區測量和計算的準確性。

背景技術

喘振是軸流和離心壓縮機特有的屬性，強烈的喘振會使止推軸承損壞，機器內部產生摩擦，嚴重損傷壓縮機部件，持續喘振對壓縮機會造成嚴重危害，壓縮機組在整個工藝系統運行中，必須避免喘振工況。

有效的防喘振控制與許多因素有關，如過程工藝、壓縮機、控制閥、測量和控制設備的動態響應特性等，尤其是控制系統測量和計算的準確性。

因為防喘振控制都是通過壓縮機性能曲線來實現，常規性能曲線橫坐標為流量，縱坐標為壓力、壓比或效率，某些壓縮機在實際運行過程中，工況條件經常發生變化，如分子質量、溫度、壓力等的波動，偏離了設計的工作狀態，使原先的性能曲線不準確，結果導致運行安全性和效率下降，甚至不能阻止喘振發生，嚴重時造成機組的損毀。

現有防喘振控制方法主要包括固定極限流量法和可變極限流量法。固定極限流量防喘振控制是使壓縮機的入口流量保持大于某一固定值，即正常可以達到最高轉速下的臨界流量(喘振流量)，從而避免進入喘振區運行。固定極限流量防喘振控制方案設計簡單，系統可靠性高，投資少，適用于轉速恒定場合。它的缺點為當轉速下降的時候，低負荷情況下運轉的壓縮機能量消耗大，極限流量的裕量也很大。

相對于固定極限流量防喘振控制，可變極限流量防喘振控制方法增加了低轉速的運行區間，是目前應用的最廣泛的一種方法。在各種轉速工況(對于可變導葉或靜葉的機組，情況類似，在本發明中不再描述)下的壓縮機的喘振流量是不穩定的，喘振流量和壓縮機的轉速有著密切的關系，一般情況下，壓縮機的轉速減小，喘振流量也相應的減小。所以防喘振控制方案的最佳設計是留有相應的安全裕度，在喘振線的右側設計出一條和喘振線(即喘振極限線)類似的安全線(即喘振控制線)，讓防喘振控制器沿著這條安全線工作，使控制器的預先設定好的給定值隨著轉速的變化而能做出相應的變化，這樣就可以減少喘振發生的幾率。

上述兩種傳統的防喘振控制方法可滿足大多數壓縮機防喘振控制要求。但這兩種方法均未考慮壓縮機進氣狀態變化對性能曲線的影響，存在以下缺點：

1)在開工階段以及正常生產階段，無論入口壓力、入口溫度、分子量怎樣變化，喘振極限線和喘振控制線的形狀和位置始終固定不變，與實際產生偏差，使控制不確定性因素增加。

2)不能有效補償入口壓力、入口溫度、分子量等變化對喘振極限線、喘振控制線和運行點造成的影響。

3)一旦發生喘振，需要改為手動操作，否則在自動模式中振蕩發散。

4)很多現場閥門長期回流或放空，造成巨大的能源浪費。

因此，需要發明一種有效的測量和計算方法，能對入口溫度變化、入口壓力變化、分子量變化等進行有效和準確的補償，保證喘振極限線和運行點的計算準確可靠，以提高機組運行的安全性和效能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于相似原理的通用特性曲線喘振控制方法和系統。

為達到上述目的，本發明采用了以下技術方案：

一種基于相似原理的通用特性曲線喘振控制方法，該喘振控制方法包括以下步驟：

1)根據相似原理構造無因次組合參數，利用所述無因次組合參數建立適用于多種工況下的喘振控制的壓縮機通用特性曲線；

2)根據所述壓縮機通用特性曲線建立喘振控制線，計算壓縮機實際運行點與喘振控制線的距離并作為偏差信號，根據偏差信號控制壓縮機的實際運行狀態，避免壓縮機運行進入喘振區。

所述工況包括入口溫度、入口壓力以及氣體分子質量。

所述壓縮機通用特性曲線選自特性曲線或者R_c—M_a特性曲線，R_c表示壓比，表示流量系數，M_a表示馬赫數；以無因次組合參數或表示，Q_v表示體積流量，Z表示壓縮因子，R表示氣體常數，T表示氣體絕對溫度，f_k(σ)表示多變指數的函數；M_a以無因次組合參數表示，N表示轉速。

將的計算等同轉化為計算ΔP_o,s為入口流量壓差，P_s為入口壓力。

利用安裝在排氣口的流量壓差測量元件測量得到出口流量壓差ΔP_o,d，通過壓比及溫比將ΔP_o,d換算為ΔP_o,s。