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      一種軸流壓縮機喘振邊界測定系統(tǒng)的制作方法

      文檔序號:8409036閱讀:844來源:國知局
      一種軸流壓縮機喘振邊界測定系統(tǒng)的制作方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001]本發(fā)明涉及透平壓縮機喘振邊界測定領(lǐng)域,特別是涉及一種安裝在連續(xù)式高速風(fēng)洞主回路中的軸流壓縮機的喘振邊界測定系統(tǒng)。
      【背景技術(shù)】
      [0002]常規(guī)工業(yè)裝置軸流壓縮機大多處于開式管網(wǎng),壓縮機的轉(zhuǎn)速、入口流量、入口壓力均相對穩(wěn)定、變化較小,而連續(xù)式風(fēng)洞是一種特殊管網(wǎng),具有區(qū)別于常規(guī)工業(yè)工況的明顯特點:風(fēng)洞與軸流壓縮機形成閉環(huán)回路、管網(wǎng)阻力變化頻繁、壓縮機運行轉(zhuǎn)速范圍大、運行工況多變、個別工況點靠近喘振區(qū)等,更加容易發(fā)生喘振,且一旦發(fā)生喘振,對風(fēng)洞回路內(nèi)的設(shè)備和軸流壓縮機本體的危害極大。
      [0003]為避免壓縮機發(fā)生喘振,確保風(fēng)洞試驗安全進行,必須設(shè)法獲得準(zhǔn)確的壓縮機喘振邊界線,以界定出壓縮機的安全運行范圍。理論計算的喘振邊界線受數(shù)值計算準(zhǔn)確度、機組加工誤差等因素影響,與實際的喘振邊界線往往存在一定偏差,這就需要在風(fēng)洞現(xiàn)場人工實施喘振測試,以測定出壓縮機實際喘振邊界線,再在此基礎(chǔ)上留有適量裕度設(shè)置相應(yīng)的防喘振線。
      [0004]但是,現(xiàn)階段透平壓縮機喘振邊界測定領(lǐng)域,特別是連續(xù)式高速風(fēng)洞應(yīng)用場合,尚沒有一套能夠應(yīng)用于用戶現(xiàn)場的喘振邊界測定系統(tǒng)。即使能夠完成喘振邊界測定的裝置或方法,也存在設(shè)備和操作界面分散、崗位設(shè)置多、程序繁瑣等缺陷,安全風(fēng)險大、測定效果不佳;喘振判定裝置和判據(jù)的普適性、可靠性不強,給風(fēng)洞回路內(nèi)的設(shè)備帶來極大危險;無法模擬今后風(fēng)洞試驗?zāi)P彤a(chǎn)生氣流阻塞、馬赫數(shù)粗/精調(diào)節(jié)、總壓變化等實際工況,使用工況范圍小、功能少,研宄和生產(chǎn)價值不佳;相似工況已采用的方法,得到的喘振邊界對應(yīng)的曲線組成又極其復(fù)雜,可視化效果差、保護應(yīng)用設(shè)置復(fù)雜,不便人員監(jiān)控。
      [0005]可見,現(xiàn)有裝置和方法已不適應(yīng)于我國不斷提高的連續(xù)式風(fēng)洞建設(shè)、使用需求。因此,亟需開發(fā)一種壓縮機喘振邊界測定系統(tǒng),以達到操作方便、結(jié)果準(zhǔn)確、應(yīng)用便捷、安全可靠地測定出連續(xù)式風(fēng)洞中軸流壓縮機喘振邊界的效果。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0006]本發(fā)明的目的是為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處,提供一種軸流壓縮機喘振邊界測定系統(tǒng)。
      [0007]為實現(xiàn)上述目的采用如下技術(shù)方案:
      一種軸流壓縮機喘振邊界測定系統(tǒng),該系統(tǒng)由監(jiān)控系統(tǒng)與PLC控制系統(tǒng)組成,所述PLC控制系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)之間通過以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議雙向通信;所述PLC控制系統(tǒng)包括PLC、壓力測量子系統(tǒng)、靜葉調(diào)節(jié)子系統(tǒng)、壓縮機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)子系統(tǒng)、逼喘子系統(tǒng)、喘振判定子系統(tǒng)、快速脫喘子系統(tǒng)、總壓調(diào)節(jié)子系統(tǒng),每個子系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)線與PLC進行通信;所述監(jiān)控系統(tǒng)包括基于WinCC組態(tài)軟件的監(jiān)控界面和快速脫喘按鈕,脫喘按鈕與PLC控制系統(tǒng)連接。
      [0008]在上述技術(shù)方案中,所述壓力測量子系統(tǒng)包括設(shè)置在風(fēng)洞穩(wěn)定段的若干總壓傳感器、總溫傳感器和設(shè)置在風(fēng)洞試驗段的若干靜壓傳感器,以及設(shè)置在壓縮機進出口的若干靜壓傳感器、溫度傳感器。
      [0009]在上述技術(shù)方案中,所述壓縮機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)子系統(tǒng)采用高壓交流變頻器驅(qū)動異步電動機,PLC通過與變頻器的modbus通信和硬接線。
      [0010]在上述技術(shù)方案中,所述逼喘子系統(tǒng)采用防喘振閥和二喉道型面機構(gòu)作為逼喘機構(gòu),所述二喉道型面機構(gòu)包括二喉道中心體與三段調(diào)節(jié)片。
      [0011]在上述技術(shù)方案中,所述二喉道中心體與三段調(diào)節(jié)片通過型面調(diào)節(jié)來減小或增大二喉道通流截面積。
      [0012]在上述技術(shù)方案中,所述快速脫喘子系統(tǒng),采用風(fēng)洞回路上的防喘振旁路和防喘振閥作為快速脫喘動作的執(zhí)行機構(gòu),所述防喘振閥直接與脫喘按鈕連接,由脫喘按鈕控制防喘振閥的快開功能。
      [0013]在上述技術(shù)方案中,所述脫喘按鈕通過PLC控制系統(tǒng)中PLC與脫喘按鈕連接,在監(jiān)控界面上設(shè)置虛擬脫喘按鈕與防喘振閥快開功能聯(lián)鎖。
      [0014]一種軸流壓縮機喘振邊界測定系統(tǒng)的喘振邊界測定方法,包括以下步驟:
      步驟一:喘振邊界測定開始后,通過在監(jiān)控界面依次輸入目標(biāo)靜葉角度、目標(biāo)壓力,利用靜葉調(diào)節(jié)子系統(tǒng)、風(fēng)洞總壓調(diào)節(jié)子系統(tǒng)分別將靜葉角度和風(fēng)洞總壓調(diào)整至目標(biāo)值,并在測定過程中保持;
      步驟二:在監(jiān)控界面輸入目標(biāo)轉(zhuǎn)速,利用壓縮機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)子系統(tǒng),采取從低轉(zhuǎn)速開始,每一個階梯轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后,再通過控制參數(shù)設(shè)置界面逐漸關(guān)閉防喘振閥、調(diào)節(jié)二喉道中心體和調(diào)節(jié)片的方式進行逼喘,通過喘振判定子系統(tǒng)確認(rèn)是否喘振,發(fā)生喘振則立即按下快速脫喘按鈕,壓縮機快速脫離喘振區(qū),進入安全工作狀態(tài);
      步驟三:步驟二結(jié)束后此時體積流量Q和壓比ε對應(yīng)的工況點(流量最小、壓比最高)即為壓縮機在當(dāng)前轉(zhuǎn)速階梯的喘振點;否則,以失速點或流量最小、壓比最大的工況點作為“替代”喘振點;當(dāng)?shù)玫疆?dāng)前轉(zhuǎn)速對應(yīng)的喘振點后,升速至下一個轉(zhuǎn)速階梯并重復(fù)逼喘過程;
      步驟四:監(jiān)控界面全程實時記錄喘振邊界測定過程的數(shù)據(jù),試驗中或試驗后,通過對存檔數(shù)據(jù)的分析即可得到已完成或所有喘振點的數(shù)據(jù);最終,將得到的所有轉(zhuǎn)速階梯的喘振點連接成線后,即是該風(fēng)洞總壓和壓縮機目標(biāo)靜葉角下全工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的壓縮機喘振邊界。
      [0015]在上述步驟三中的“替代”喘振點選取方法為:在逼喘過程中,可能產(chǎn)生喘振、先失速(失速判據(jù)為壓縮機壓比突然降低)后喘振、只失速不喘振、既不失速也不喘振四種結(jié)果,對于后三種情況選擇失速點或流量最小、壓比最大的工況點作為“替代”喘振點。
      [0016]在上述的壓縮機喘振的判定方法為:所述喘振判定子系統(tǒng)采用在壓縮機進、排氣側(cè)安裝精密壓力表,觀察指針擺動的測壓法,來進行壓縮機喘振判定。
      [0017]綜上所述,由于采用了上述技術(shù)方案,本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明解決了目前對連續(xù)式高速風(fēng)洞軸流壓縮機喘振邊界的測定,并且相較于現(xiàn)有系統(tǒng)、裝置和方法,操作界面統(tǒng)一規(guī)整、使用簡單;喘振判定更加可靠、準(zhǔn)確和安全,最大限度避免了喘振測試對壓縮機和風(fēng)洞設(shè)備的損害;使用本發(fā)明涉及的系統(tǒng)測定的喘振邊界為一條平滑的曲線,符合軸流壓縮機的性能特點,線型更加簡潔、應(yīng)用更加便捷,防喘振程序設(shè)計和人員監(jiān)控更加方便;特別針對需要不同總壓、不同靜葉角、全工作轉(zhuǎn)速范圍連續(xù)調(diào)速條件下測定的新要求,本發(fā)明巧妙的采用總壓調(diào)節(jié)、靜葉調(diào)節(jié)和壓縮機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)子系統(tǒng),實現(xiàn)了喘振邊界測定,產(chǎn)生了良好的研宄和生產(chǎn)效益;現(xiàn)場無需人員干預(yù)、全程可視化,避免高轉(zhuǎn)速、高馬赫數(shù)、高電壓帶來的高風(fēng)險;在已應(yīng)用的連續(xù)式高速風(fēng)洞中,利用該喘振邊界測定系統(tǒng),已成功完成常壓(總壓10kPa)條件下五種不同靜葉角度(46°、60。、66。、72。、76。)喘振邊界測定,以及設(shè)計靜葉角度66°條件下五種不同風(fēng)洞總壓(20kPa、50 kPa、100kPa、150 kPa、250kPa)喘振邊界測定。
      【附圖說明】
      [0018]本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明,其中:
      圖1是喘振邊界測定系統(tǒng)功能框圖;
      圖2是喘振邊界測定系統(tǒng)硬件連接及測點位置示意圖;
      圖3是二喉道中心體和調(diào)節(jié)片逼喘動作示意圖;
      圖4是壓縮機“逼喘”過程中進氣流量隨時間變化的波形圖;
      圖5是壓縮機“逼喘”過程中壓比隨時間變化的波形圖;
      圖6是壓縮機“逼喘”過程中轉(zhuǎn)速隨時間變化的波形圖;
      圖7是壓縮機“逼喘”過程中前后軸承振動隨時間變化的波形圖;
      圖8是靜葉角θ=66°的喘振點測試數(shù)據(jù)及喘振邊界;
      圖9是述靜葉角θ=66°的喘振邊界應(yīng)用和設(shè)置實例;
      I是主壓縮機,2是靜葉調(diào)節(jié)機構(gòu),3是驅(qū)動電機,4是防喘振閥及防喘旁路,5是風(fēng)洞總壓調(diào)節(jié)系統(tǒng),6是試驗段,7是二喉道中心體和調(diào)節(jié)片,8是洞壁,9是調(diào)節(jié)片,10是中心體,11是壓縮機進氣體積流量,12是防喘振閥開閥瞬間,13是壓縮機壓比,14是壓縮機轉(zhuǎn)速,15是壓縮機進氣側(cè)軸振動,16是壓縮機排氣側(cè)軸振動,17是壓縮機在1000r/min靜葉角66°時的喘振點測試數(shù)據(jù),18是壓縮機在1500r/min靜葉角66°時的喘振點測試數(shù)據(jù),19是壓縮機在2000r/min靜葉角66°時的喘振點測試數(shù)據(jù),20是壓縮機在2500r/min靜葉角66°時的喘振點測試數(shù)據(jù),21是壓縮機在3000r/min靜葉角66°時的喘振點測試數(shù)據(jù),22是壓縮機在3300r/min靜葉角66°時的喘振點測試數(shù)據(jù),23是壓縮機在3600r/min靜葉角66°時的喘振點測試數(shù)據(jù),24是壓縮機靜葉角66°時的喘振邊界,A是風(fēng)洞總壓、總溫測點,B是風(fēng)洞靜壓測點,C是壓縮機入口壓力、入口溫度測點,D是出口壓力測點。
      【具體實施方式】
      [0019]本說明書中公開的所有特征,或公開的所有方法或過程中的步驟,除了互相排斥的特征和/或步驟以外,均可以以任何方式組合。
      [0020]如圖1所示,為本發(fā)明的系統(tǒng)功能框圖。上位監(jiān)控界面通過與PLC控制系統(tǒng)的雙向通信,實現(xiàn)對壓力測量子系統(tǒng)、靜葉調(diào)節(jié)子系統(tǒng)、壓縮機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)子系統(tǒng)、逼喘子系統(tǒng)、喘振判定子系統(tǒng)、快速脫喘子系統(tǒng)、總壓調(diào)節(jié)子系統(tǒng)涉及設(shè)備的監(jiān)測和控制。上位監(jiān)控界面及其后臺程序,實時記錄并顯示喘振邊界需要的各項參數(shù)。
      [0021]其中,監(jiān)控系統(tǒng)與PLC控制系統(tǒng)采用基于以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議的通信方式,實現(xiàn)數(shù)據(jù)、控制信號的雙向傳遞。所述PLC控制系統(tǒng)通過數(shù)字I/O模塊、模擬I/O模塊或通訊模塊,實現(xiàn)與各子系統(tǒng)硬件、傳感器和控制器的連接與通信,最終通過PLC控制系統(tǒng)中對應(yīng)程序模塊,達到對所述壓力測量子系統(tǒng)、靜葉調(diào)節(jié)子系統(tǒng)、壓縮機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)子系統(tǒng)、逼喘子系統(tǒng)、喘振判定子系統(tǒng)、快速脫喘子系統(tǒng)、總壓調(diào)節(jié)子系統(tǒng)等七個系統(tǒng)涉及的設(shè)備進行數(shù)據(jù)測量、狀態(tài)監(jiān)測、參數(shù)控制。
      [0022]在監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控界面內(nèi),設(shè)置有喘振邊界測定所需的風(fēng)洞/壓縮機主要狀態(tài)參數(shù)顯示界面(壓縮機進/出口壓力、壓縮機進/出口溫度、壓縮機進氣流量Q、壓比ε、壓縮機轉(zhuǎn)速、風(fēng)洞總溫/總壓/靜壓、防喘閥閥位、二喉道中心體和調(diào)節(jié)片位置)、控制參數(shù)設(shè)置界面(壓縮機轉(zhuǎn)速、靜葉角度、防喘閥閥位、風(fēng)洞總壓、二喉道中心體和調(diào)節(jié)片設(shè)置子畫面);上位監(jiān)控界面實時記錄壓縮機進/出口壓力、壓縮機進/出口溫度、壓縮機進氣流量Q、壓比ε、壓縮機轉(zhuǎn)速、風(fēng)洞總溫/總壓/靜壓/、防喘閥閥位等參數(shù),以供喘振數(shù)據(jù)分析和喘振邊界確定。
      [0023]所述壓力測量系統(tǒng),包括設(shè)置在風(fēng)洞穩(wěn)定段的若干總壓傳感器、總溫傳感器,設(shè)置在風(fēng)洞試驗段的若干靜壓傳感器,設(shè)置在壓縮機進出口的若干靜壓傳感器、溫度傳感器,PLC控制系統(tǒng)通過對上述傳感器數(shù)據(jù)的實時采集,根據(jù)相關(guān)公式計算得到壓縮
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