專利名稱：一種透平壓縮機防喘振曲線動態(tài)偏置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于壓縮機的自動控制領(lǐng)域，具體涉及一種透平壓縮機防喘振曲線動態(tài)偏置的方法。
背景技術(shù)：
喘振是透平壓縮機本身所固有的特性，透平壓縮機在排氣壓力不斷升高、排氣流量不斷減小的情況下，就會進入喘振工況運行。透平壓縮機進入喘振工況時，其運行工況會發(fā)生劇烈的變化，即透平壓縮機排氣流量、壓力首先會急劇減小，如果工藝裝置及管網(wǎng)的容積較大，排氣壓力則不能迅速減小，此時透平壓縮機的排氣壓力小于工藝裝置的管網(wǎng)壓力，氣流就會從工藝裝置倒流到透平壓縮機，直到工藝裝置的管網(wǎng)壓力低于透平壓縮機的排氣壓力，透平壓縮機才將繼續(xù)向工藝裝置管網(wǎng)再次排氣；隨后會出現(xiàn)透平壓縮機排氣壓力不斷升高、排氣流量不斷減小的情況，直至透平壓縮機排氣壓力低于工藝裝置管網(wǎng)壓力時，又會出現(xiàn)氣體倒流，如此周而復(fù)始，透平壓縮機會發(fā)生劇烈的振動，若不能及時采取有效的措施加以解決，透平壓縮機的軸承、密封會遭到破壞，嚴重時甚至發(fā)生轉(zhuǎn)子與固定元件的相互摩擦，造成惡性事故。為保證透平壓縮機在運行期間不進入喘振工況運行，每套透平壓縮機組的控制系統(tǒng)都設(shè)有防喘振控制系統(tǒng)。如圖I所示，透平壓縮機防喘振控制系統(tǒng)包括防喘振閥門3、控制防喘振閥門3開度的防喘振控制器2、透平壓縮機進口壓力PTl、溫度TE、流量或節(jié)流裝置差壓PdT、透平壓縮機出口壓力PT2、轉(zhuǎn)速SE各測量裝置。防喘振控制器2所檢測的透平壓縮機進口壓力PT1、溫度TE用于防喘振曲線的溫壓補償，透平壓縮機運行工況點由所檢測的進口流量Q或轉(zhuǎn)速η及出口壓力P或壓比ε確定。透平壓縮機在正常的運行操作情況下，防喘振控制器2只要設(shè)置有合理的防喘振曲線，能檢測到準(zhǔn)確的透平壓縮機運行工況，就能通過對防喘振閥門3的控制，平穩(wěn)、有效的調(diào)節(jié)透平壓縮機的運行工況，避免透平壓縮機進入喘振工況運行。但當(dāng)工藝裝置或介質(zhì)輸送管道、閥門等相關(guān)設(shè)備出現(xiàn)非正常操作或故障，引起工藝管網(wǎng)阻力的急劇變化，則會使透平壓縮機運行工況向防喘振曲線的移動速率遠遠超過正常運行時的移動速率，而常規(guī)的防喘振控制功能只有當(dāng)透平壓縮機運行工況點Al到達防喘振曲線L2時，防喘振控制器2才能起到防喘振控制功能。因此，這就會出現(xiàn)透平壓縮機防喘振動作滯后，透平壓縮機運行工況點不可避免的會超越喘振曲線進入喘振區(qū)域，造成透平壓縮機喘振運行，給透平壓縮機造成危害，同時對工藝裝置的平穩(wěn)運行也會帶來不利影響。因此，研究一種能夠在工藝裝置運行狀態(tài)發(fā)生突變、相關(guān)設(shè)備發(fā)生故障或不當(dāng)操作的情況下實現(xiàn)防喘振控制及時、預(yù)先、準(zhǔn)確投入，防止透平壓縮機進入喘振區(qū)域運行的方法是十分有必要的。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種透平壓縮機防喘振曲線動態(tài)偏置的方法，首先設(shè)立透平壓縮機防喘振預(yù)警曲線，當(dāng)透平壓縮機的運行工況點超越防喘振預(yù)警曲線且快速向防喘振曲線移動時，以運行工況點的移動速率為依據(jù)，動態(tài)偏置防喘振曲線使其與運行工況點相向移動，實現(xiàn)防喘振控制器及時、預(yù)先、準(zhǔn)確地對透平壓縮機運行工況點作出預(yù)調(diào)節(jié)控制，從而防止運行工況點進入喘振區(qū)域，以有效消除透平壓縮機運行的安全隱患，保證透平壓縮機和生產(chǎn)裝置的正常運行。為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)解決方案一種透平壓縮機防喘振曲線動態(tài)偏置的方法，其特征在于，具體包括如下步驟步驟I :在防喘振控制器中設(shè)置透平壓縮機的喘振曲線LI、防喘振曲線L2和防喘振預(yù)警曲線L3 ;其中，防喘振預(yù)警曲線L3由防喘振曲線L2向下平移得到；
步驟2 :設(shè)置時間間隔AT’ Λ T取200 500毫秒； 步驟3 :由防喘振控制器(2)采集運行工況，得到運行工況點Al ；步驟4 :采集到運行工況點Al后間隔AT時間，由防喘振控制器再次采集運行工況，得到運行工況點Al'；步驟5 :判斷運行工況點Al是否處于防喘振預(yù)警曲線L3的上方，如果是，則執(zhí)行步驟6 ;否則，將運行工況點Al'作為下一循環(huán)判斷的運行工況點Al，然后返回步驟4對運行工況進行繼續(xù)采集；步驟6 :防喘振控制器根據(jù)運行工況點Al和運行工況點Al'的相對位置判斷運行工況是否遠離防喘振曲線L2 ;是則透平壓縮機運行正常，將運行工況點Al'作為下一循環(huán)判斷的運行工況點Al，返回步驟4對運行工況進行繼續(xù)采集；否則防喘振控制器利用公式1、2計算運行工況點Al以當(dāng)前的運行速度AV移至防喘振曲線L2所需時間Τ，AV = Sl/Λ T(公式 I)T = S/AV = AT*S/S1 ;(公式 2)其中，S為運行工況點Al距離防喘振曲線L2的Y方向的距離，SI為運行工況點Al和運行工況點Al'之間的Y方向的距離，ΛΤ為時間間隔；步驟7 :防喘振控制器實時比較步驟6得到的時間T與預(yù)先設(shè)定的時間判斷值Tl、T2;若T<T1，則用公式3、4計算得到的防喘振曲線L2'替換當(dāng)前的防喘振曲線，然后將運行工況點Al，作為下一循環(huán)判斷的運行工況點Al，返回步驟4 ;若T > Τ2，則用步驟I設(shè)置的防喘振曲線L2替換當(dāng)前的防喘振曲線，然后將運行工況點Al'作為下一循環(huán)判斷的運行工況點Al，返回步驟4 ;若Tl≤T≤Τ2，則防喘振控制器中當(dāng)前的防喘振曲線保持不變，然后將運行工況點Al'作為下一循環(huán)判斷的運行工況點Al，返回步驟4 ；L2 = f(P，Q)(公式 3)L2' = f (P-S/T，Q)(公式 4)其中，Q為進口流量，P為出口壓力；AV為運行工況點Al向防喘振曲線L2的移動速率；Λ T為時間間隔；Τ為運行工況點Al移動至防喘振曲線L2所需時間；L1為喘振曲線；L2、L2'均為防喘振曲線。進一步的，所述步驟I中防喘振預(yù)警曲線L3由防喘振曲線L2向下平移的裕度系數(shù)為 % 15%。進一步的，所述步驟7中的時間判斷值Tl為10秒，Τ2為15秒。


圖I為透平壓縮機防喘振系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為透平壓縮機喘振曲線LI、防喘振曲線L2、防喘振預(yù)警曲線L3及透平壓縮機正常狀態(tài)下的運行工況點Al的位置示意圖。其中，Al'為運行工況點由Al經(jīng)時間間隔AT移動到的運行工況點。圖3為透平壓縮機運行工況點Al快速移向工況點Al'時，由本發(fā)明將透平壓縮機防喘振曲線L2偏置至L2'的示意圖。圖4為本發(fā)明的方法的流程圖。以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明的具體實施方法給以說明。
具體實施例方式如圖I和圖2所示，本發(fā)明的設(shè)計原理如下我們知道，常規(guī)的透平壓縮機防喘振曲線是在喘振曲線的基礎(chǔ)上留有一定的裕度獲得的，是保證透平壓縮機安全運行的一道重要屏障。工藝裝置正常運行期間，工藝管網(wǎng)的阻力在一定范圍內(nèi)緩慢變化并可控。當(dāng)工藝管網(wǎng)阻力緩慢升高時，透平壓縮機I排氣壓力也會隨著緩慢升高、流量減小，運行工況點Al緩慢地逼近防喘振曲線L2。當(dāng)運行工況點Al達到或超越防喘振曲線L2時，防喘振控制器2控制防喘振閥3打開，增大透平壓縮機的出口流量，運行工況點Al又回到安全運行區(qū)域，即回到防喘振曲線L2和報警曲線L3之間的區(qū)域。若工藝裝置遇到非正常運行狀態(tài)，引起工藝管網(wǎng)阻力快速升高，則透平壓縮機I排氣壓力也會隨著快速升高，排氣流量會急劇減小，此時若用常規(guī)的防喘振曲線設(shè)置方法設(shè)置的防喘振曲線L2進行透平壓縮機防喘振控制，將使透平壓縮機運行工況點Al快速越過防喘振曲線L2甚或達到或越過透平壓縮機喘振曲線LI，致使透平壓縮機進入喘振區(qū)域運行。在本發(fā)明中，防喘振控制器2對透平壓縮機I的運行工況點Al實時檢測并判斷，當(dāng)檢測到運行工況點Al在防喘振預(yù)報警曲線L3之上運行且快速向防喘振曲線L2移動時，可知此時透平壓縮機排氣壓力快速升高、排氣流量急劇減小，防喘振控制器2根據(jù)運行工況點Al向防喘振曲線L2的移動速率Λ V，動態(tài)偏置防喘振控制器2設(shè)定的防喘振曲線L2，使防喘振控制器2能及時、預(yù)先、準(zhǔn)確對透平壓縮機運行工況點Al作出預(yù)調(diào)節(jié)控制，即防喘振控制器2向防喘振閥門3發(fā)送打開指令使其平穩(wěn)打開，增加透平壓縮機的出口流量，以阻止透平壓縮機運行工況點進入喘振區(qū)域，從而保證透平壓縮機的安全運行和對工業(yè)裝置的正常供風(fēng)。如圖3和圖4所示，本發(fā)明的透平壓縮機防喘振曲線動態(tài)偏置的方法，具體包括如下步驟步驟I :在防喘振控制器2中設(shè)置透平壓縮機的喘振曲線LI、防喘振曲線L2和防喘振預(yù)警曲線L3 ;其中，喘振曲線LI、防喘振曲線L2的設(shè)置方法為行業(yè)所熟知，非本發(fā)明的創(chuàng)新內(nèi)容，在此不予贅述；防喘振預(yù)警曲線L3由防喘振曲線L2向下平移一定的裕度得到，該裕度系數(shù)取值范圍，以7% 15%之間為宜；步驟2 :設(shè)置時間間隔AT’ Λ T取200 500毫秒；
步驟3 :由防喘振控制器2采集運行工況，得到運行工況點Al ；步驟4 :采集到運行工況點Al后間隔AT時間，由防喘振控制器2再次采集運行工況，得到運行工況點Al'；步驟5 :判斷運行工況點Al是否處于防喘振預(yù)警曲線L3的上方，是則執(zhí)行步驟6 ；否則，將運行工況點Al'作為下一循環(huán)判斷的運行工況點Al，然后返回步驟4對運行工況進行繼續(xù)采集；步驟6 :防喘振控制器2根據(jù)運行工況點Al和運行工況點Al'的相對位置判斷運行工況是否遠離防喘振曲線L2 ;是則透平壓縮機運行正常，將運行工況點Al'作為下一循環(huán)判斷的運行工況點Al，返回步驟4對運行工況進行繼續(xù)采集；否則防喘振控制器2利用 公式1、2計算運行工況點Al以當(dāng)前的運行速度AV移至防喘振曲線L2所需時間T，AV = Sl/Λ T(公式 I)T = S/ Δ V = Δ T*S/S1 ；(公式 2)其中，S為運行工況點Al距離防喘振曲線L2的Y方向的距離，SI為運行工況點Al和運行工況點Al'之間的Y方向的距離，ΛΤ為時間間隔；步驟7 :防喘振控制器2實時比較步驟6得到的時間T與預(yù)先設(shè)定的時間判斷值T1、T2 (Tl取10秒，Τ2取15秒為宜)；若T < Tl，則用公式3、4計算得到的防喘振曲線L2'替換當(dāng)前的防喘振曲線，然后將運行工況點Al'作為下一循環(huán)判斷的運行工況點Al，返回步驟4 ;若T > Τ2，則用步驟I設(shè)置的防喘振曲線L2替換當(dāng)前的防喘振曲線，然后將運行工況點Al'作為下一循環(huán)判斷的運行工況點Al，返回步驟4 ;若Tl彡T彡Τ2，則防喘振控制器2中當(dāng)前的防喘振曲線保持不變，然后將運行工況點Al'作為下一循環(huán)判斷的運行工況點Al，返回步驟4 ;L2 = f(P，Q)(公式 3)L2' = f (P-S/T，Q)(公式 4)其中，Q為進口流量，P為出口壓力；AV為運行工況點Al向防喘振曲線L2的移動速率；AT為時間間隔；T為運行工況點Al移動至防喘振曲線L2所需時間；L1為喘振曲線；L2、L2'均為防喘振曲線。
權(quán)利要求
1.一種透平壓縮機防喘振曲線動態(tài)偏置的方法，其特征在于，具體包括如下步驟 步驟I :在防喘振控制器(2)中設(shè)置透平壓縮機的喘振曲線LI、防喘振曲線L2和防喘振預(yù)警曲線L3 ;其中，防喘振預(yù)警曲線L3由防喘振曲線L2向下平移得到； 步驟2 :設(shè)置時間間隔AT，Λ T取200 500毫秒； 步驟3 :由防喘振控制器(2)采集運行工況，得到運行工況點Al ； 步驟4 :采集到運行工況點Al后間隔AT時間，由防喘振控制器(2)再次采集運行工況，得到運行工況點Al'； 步驟5 :判斷運行工況點Al是否處于防喘振預(yù)警曲線L3的上方，如果是，則執(zhí)行步驟.6;否則，將運行工況點Al'作為下一循環(huán)判斷的運行工況點Al，然后返回步驟4對運行工況進行繼續(xù)采集； 步驟6 :防喘振控制器(2)根據(jù)運行工況點Al和運行工況點Al，的相對位置判斷運行工況是否遠離防喘振曲線L2 ;是則透平壓縮機運行正常，將運行工況點Al，作為下一循環(huán)判斷的運行工況點Al，返回步驟4對運行工況進行繼續(xù)采集；否則防喘振控制器(2)利用公式1、2計算運行工況點Al以當(dāng)前的運行速度AV移至防喘振曲線L2所需時間Τ， AV = Sl/Λ T(公式 I)T = S/ Δ V = Δ T*S/S1 ；(公式 2) 其中，S為運行工況點Al距離防喘振曲線L2的Y方向的距離，SI為運行工況點Al和運行工況點Al'之間的Y方向的距離，ΛΤ為時間間隔； 步驟7 :防喘振控制器(2)實時比較步驟6得到的時間T與預(yù)先設(shè)定的時間判斷值Tl、T2 ;gT<Tl，則用公式3、4計算得到的防喘振曲線L2'替換當(dāng)前的防喘振曲線，然后將運行工況點Al，作為下一循環(huán)判斷的運行工況點Al，返回步驟4 ;若T > T2，則用步驟I設(shè)置的防喘振曲線L2替換當(dāng)前的防喘振曲線，然后將運行工況點Al'作為下一循環(huán)判斷的運行工況點Al，返回步驟4;若Tl≤T≤T2，則防喘振控制器(2)中當(dāng)前的防喘振曲線保持不變，然后將運行工況點Al'作為下一循環(huán)判斷的運行工況點Al，返回步驟4 ； L2 = f(P，Q)(公式 3) L2' = f(P_S/T，Q)(公式 4) 其中，Q為進口流量，P為出口壓力；AV為運行工況點Al向防喘振曲線L2的移動速率；AT為時間間隔；T為運行工況點Al移動至防喘振曲線L2所需時間；L1為喘振曲線；L2、L2'均為防喘振曲線。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟I中防喘振預(yù)警曲線L3由防喘振曲線L2向下平移的裕度系數(shù)為7% 15%。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟7中的時間判斷值Tl為10秒，T2為15秒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種透平壓縮機防喘振曲線動態(tài)偏置的方法在防喘振控制器中設(shè)置透平壓縮機的喘振曲線、防喘振曲線和防喘振預(yù)警曲線；采集透平壓縮機的運行工況點A1和A1′；判斷A1是否處于防喘振預(yù)警曲線L3上方，是則繼續(xù)；否則，將A1′作為下一循環(huán)的工況點A1，繼續(xù)采集；判斷運行工況是否遠離防喘振曲線；是則繼續(xù)采集；否則比較時間T與預(yù)先設(shè)定的時間判斷值T1、T2；本發(fā)明以運行工況點的移動速率為依據(jù)，動態(tài)偏置防喘振曲線使其與運行工況點相向移動，實現(xiàn)防喘振控制器及時、預(yù)先、準(zhǔn)確地對透平壓縮機運行工況點作出預(yù)調(diào)節(jié)控制，從而防止運行工況點進入喘振區(qū)域，以有效消除透平壓縮機運行的安全隱患，保證透平壓縮機和生產(chǎn)裝置的正常運行。
文檔編號F04D27/00GK102635565SQ20121009046
公開日2012年8月15日 申請日期2012年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月30日
發(fā)明者冉宇宏, 葉長青, 張亞軍, 張保平, 王東升, 王博, 王斗, 王精娟, 王航, 賈旭濤, 鄭望 申請人:西安陜鼓動力股份有限公司