離心壓縮設(shè)備及其喘振防止方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及使用了離心壓縮機(jī)的離心壓縮設(shè)備及其喘振(surging)防止方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 用于渦輪壓縮機(jī)、渦輪冷凍機(jī)的離心壓縮機(jī)在低流量階段產(chǎn)生伴隨劇烈壓力波動(dòng) 和噪聲的喘振。若離心壓縮機(jī)進(jìn)入喘振狀態(tài)則不能夠作為壓縮機(jī)而穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，壽命縮短，在 最壞的情況下，有可能產(chǎn)生損傷。
[0003] 因此，一直以來(lái)提案有種種防止喘振產(chǎn)生的方案(例如，專利文獻(xiàn)1~9)。
[0004] 以下，除了特別需要的情況，將離心壓縮機(jī)簡(jiǎn)稱為"壓縮機(jī)"，將喘振(surging)簡(jiǎn) 稱為"喘振（surge)"。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)昭60 -111093號(hào)，"軸流壓縮機(jī)的喘振防止裝置"； 專利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)昭62 -195492號(hào)，"渦輪壓縮機(jī)的喘振防止裝置"； 專利文獻(xiàn)3:日本特開(kāi)昭64 - 394號(hào)，"壓縮機(jī)的喘振防止裝置"； 專利文獻(xiàn)4:日本特開(kāi)2000 -199495號(hào)，"渦輪冷凍機(jī)的喘振預(yù)測(cè)方法及裝置"； 專利文獻(xiàn)5:日本特開(kāi)2004 - 316462號(hào)，"離心壓縮機(jī)的容量控制方法及裝置"； 專利文獻(xiàn)6:日本特開(kāi)2005 -16464號(hào)，"壓縮裝置"； 專利文獻(xiàn)7:日本實(shí)開(kāi)昭62 - 93194號(hào)，"渦輪壓縮機(jī)等的安全裝置"； 專利文獻(xiàn)8:日本特許第4191560號(hào)，"渦輪冷凍機(jī)、及其控制方法"； 專利文獻(xiàn)9:日本特開(kāi)2002 - 276590號(hào)，"壓縮機(jī)的喘振檢測(cè)裝置"。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 發(fā)明要解決的問(wèn)題 a.喘振防止控制與節(jié)能的關(guān)系 一直以來(lái)，一般使用如下方式，即，使用離心壓縮機(jī)的預(yù)想性能曲線或測(cè)量的喘振線， 以在減少流量時(shí)壓縮機(jī)動(dòng)作點(diǎn)不超過(guò)該線的方式設(shè)置喘振防止線，在超過(guò)了喘振防止線的 情況下迅速地進(jìn)行放氣控制或旁通控制，使壓縮機(jī)不陷入喘振狀態(tài)。
[0007] 但是，壓縮機(jī)的特性有時(shí)因運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境、時(shí)效而變化，實(shí)際的喘振線有時(shí)與預(yù)想性能 曲線不同。因此，一直以來(lái)，一般在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行有意地使喘振發(fā)生的試驗(yàn)(喘振試驗(yàn)），相對(duì)于 實(shí)際測(cè)量的喘振線向10~15%左右的大流量側(cè)設(shè)置喘振裕度(surge margin) 〇
[0008] 因此，一直以來(lái)，存在離心壓縮機(jī)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(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生能量損耗的問(wèn)題。
[0009] b.喘振的檢測(cè)方案 已知由于若壓縮機(jī)進(jìn)入喘振狀態(tài)，則壓縮機(jī)不進(jìn)行作為壓縮機(jī)的功，故軸動(dòng)力以及壓 縮機(jī)的流量從緊前的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)顯著減少。
[0010]作為檢測(cè)該狀態(tài)的方案，此前提案有將流量、或者與其有關(guān)聯(lián)的壓縮機(jī)用電動(dòng)機(jī) 的驅(qū)動(dòng)電流或驅(qū)動(dòng)功率、排出壓力等狀態(tài)量與預(yù)先設(shè)定的值比較，從而進(jìn)行喘振狀態(tài)的判 定。
[0011]在使用壓力變化時(shí)，由于壓力為出入該壓力容器的流量的累積值，故監(jiān)視壓力的 波動(dòng)即是測(cè)定流量，始終為延遲控制系統(tǒng)，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(tài)的監(jiān)視無(wú)非是記錄壓縮機(jī)的流 量波動(dòng)。為了對(duì)壓力測(cè)量范圍提取喘振發(fā)生時(shí)的較小的壓力振幅信號(hào)，需要進(jìn)行2次微分處 理，因而為了恰當(dāng)?shù)貦z測(cè)喘振狀態(tài)，需要復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，存在喘振檢測(cè)裝置的成 本增加等問(wèn)題。
[0012] 在使用流量變化的情況下，對(duì)流量進(jìn)行1次微分即可，因而與利用壓力的情況相 比，信號(hào)處理變得容易。然而，相反地，在流量測(cè)量結(jié)果中含有眾多噪聲成分（起伏（搖b 含'))，難以將其去除，并且還存在若設(shè)置流量測(cè)量單元?jiǎng)t測(cè)量項(xiàng)數(shù)增加，導(dǎo)致成本增加等問(wèn) 題。
[0013] 由于電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率具有在一定的排出壓力條件下在較窄的范圍內(nèi)與流量成 比例的特征，故能夠用作流量的代替測(cè)量方案。但是驅(qū)動(dòng)電流的起伏與流量同樣地較大，若 不恰當(dāng)?shù)卦O(shè)置閾值，則存在誤操作、不進(jìn)行喘振檢測(cè)等可能性。
[0014] c.喘振防止線的決定方案 壓縮機(jī)的喘振線一般而言配合壓縮機(jī)的特性而預(yù)先輸入(設(shè)定）。
[0015] 但是，若壓縮機(jī)的特性因運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境、時(shí)效而變化，則有時(shí)非預(yù)期地進(jìn)入喘振，在此 種情況下，之后壓縮機(jī)的繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)變得困難。
[0016] d.喘振防止控制方案 壓縮機(jī)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(lái)進(jìn)行。
[0017] 然而，由于測(cè)量流量需要多個(gè)測(cè)量器，故成本升高，因而有時(shí)使用電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)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(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電 流大體處于比例關(guān)系這一點(diǎn)的方案。
[0018] 但是，存在電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流與排出流量因運(yùn)轉(zhuǎn)條件而產(chǎn)生誤差的問(wèn)題。另外，關(guān) 于排出壓力，由于若吸入壓力變化則喘振線變化，故優(yōu)選使用壓力比。
[0019] 上述專利文獻(xiàn)1~6是預(yù)先作為喘振狀態(tài)發(fā)生的界限而設(shè)定喘振線或喘振防止線， 基于壓力比、壓力比變化率、動(dòng)力變化率、差壓、流量等以不超過(guò)喘振線的方式進(jìn)行控制的 方案。
[0020] 專利文獻(xiàn)7~9是基于驅(qū)動(dòng)電流的波動(dòng)、壓力、流量、流速等來(lái)檢測(cè)喘振的方案。
[0021] 如上所述，在預(yù)先設(shè)定喘振防止線的情況下，存在如下問(wèn)題，即，相對(duì)于實(shí)際測(cè)量 的喘振線，以往設(shè)置10~15%左右的富余(喘振裕度），因而，與其相應(yīng)地，尚心壓縮機(jī)的容量 控制范圍變窄。
[0022] 另外，由于喘振線因運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境、時(shí)效變化而波動(dòng)，故若不使喘振裕度足夠大，則存 在非預(yù)期地進(jìn)入喘振的可能性。
[0023] 另外，由于離心壓縮機(jī)的流量、驅(qū)動(dòng)電流在運(yùn)轉(zhuǎn)中的波動(dòng)(起伏)較大，故容易產(chǎn)生 誤操作、喘振的未檢測(cè)。因此，在以往的喘振檢測(cè)方案的情況下，從喘振發(fā)生到檢測(cè)為止的 檢測(cè)延遲較長(zhǎng)(例如20~30秒），不能夠避免劇烈的振動(dòng)、壓力波動(dòng)以及噪聲。
[0024]本發(fā)明是為了解決此種問(wèn)題而構(gòu)思的。即，本發(fā)明的目的在于提供如下離心壓縮 設(shè)備及其喘振防止方法，該離心壓縮設(shè)備及其喘振防止方法（1)從喘振發(fā)生到喘振檢測(cè)為 止的檢測(cè)延遲較短，能夠防止振動(dòng)、壓力波動(dòng)以及噪聲的產(chǎn)生，（2)能夠較小地設(shè)定喘振裕 度以大幅地?cái)U(kuò)大離心壓縮機(jī)的容量控制范圍，（3)能夠追隨由運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境、時(shí)效變化引起的運(yùn) 轉(zhuǎn)特性的波動(dòng)，并自動(dòng)更新喘振線。
[0025]用于解決問(wèn)題的方案 根據(jù)本發(fā)明，提供一種離心壓縮設(shè)備，其具備將氣體離心壓縮的離心壓縮機(jī)、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng) 離心壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)、檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流的電流檢測(cè)器、將壓縮的氣體排氣至較低壓 部分的排氣閥、以及以防止離心壓縮機(jī)的喘振的方式控制排氣閥的喘振防止控制裝置，其 特征在于： 所述喘振防止控制裝置 (A) 以采樣周期檢測(cè)所述驅(qū)動(dòng)電流， (B) 將以在采樣期間測(cè)量的多個(gè)驅(qū)動(dòng)電流的移動(dòng)平均值一 nX標(biāo)準(zhǔn)偏差作為電流閾值 并實(shí)時(shí)地更新，其中η為3以上且4以下的正數(shù)， (C) 在排氣閥為全閉或中間開(kāi)度，且所述驅(qū)動(dòng)電流低于所述電流閾值的情況下判定為 喘振， (D) 在判定為喘振的情況下，進(jìn)一步打開(kāi)排氣閥并對(duì)壓縮的氣體進(jìn)行排氣。
[0026]另外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種離心壓縮設(shè)備的喘振防止方法，所述離心壓縮設(shè)備具 備將氣體離心壓縮的離心壓縮機(jī)、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)離心壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)、檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流 的電流檢測(cè)器、以及將壓縮的氣體排氣至較低壓部分的排氣閥，其特征在于： (A) 以采樣周期檢測(cè)所述驅(qū)動(dòng)電流， (B) 將以在采樣期間測(cè)量的多個(gè)驅(qū)動(dòng)電流的移動(dòng)平均值一 nX標(biāo)準(zhǔn)偏差作為電流閾值 并實(shí)時(shí)地更新，其中η為3以上且4以下的正數(shù)， (C) 在排氣閥為全閉或中間開(kāi)度，且所述驅(qū)動(dòng)電流低于所述電流閾值的情況下判定為 喘振， (D) 在判定為喘振的情況下，進(jìn)一步打開(kāi)排氣閥并對(duì)壓縮的氣體進(jìn)行排氣。
[0027]發(fā)明效果 由于若離心壓縮機(jī)進(jìn)入喘振狀態(tài)則壓縮機(jī)不做功，故在喘振的同時(shí)，壓縮機(jī)的軸動(dòng)力 減少，能夠作為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電流的變化而觀測(cè)到喘振狀態(tài)。
[0028]該驅(qū)動(dòng)電流因?yàn)楦鶕?jù)壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)而變化，故不是一定的，但是若對(duì)于標(biāo)本 的分布和標(biāo)準(zhǔn)偏差應(yīng)用包含于3σ(計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍）的標(biāo)本數(shù)量為99%以上這種統(tǒng)計(jì) 手法，則能夠通過(guò)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差來(lái)推測(cè)驅(qū)動(dòng)電流的起伏量。
[0029]本發(fā)明即是基于此種見(jiàn)解。
[0030] 即，根據(jù)上述本發(fā)明的裝置以及方法，由于通過(guò)喘振防止控制裝置，（B)將以在采 樣期間測(cè)量的多個(gè)驅(qū)動(dòng)電流的移動(dòng)平均值一 nX標(biāo)準(zhǔn)偏差作為電流閾值并實(shí)時(shí)地更新，其 中η為3以上且4以下的正數(shù)，（C)在排氣閥關(guān)閉，且驅(qū)動(dòng)電流低于電流閾值的情況下判定為 喘振，因而不會(huì)受到驅(qū)動(dòng)電流的起伏(偏差)的影響，能夠可靠地檢測(cè)喘振現(xiàn)象。
[0031]另外，通過(guò)實(shí)施例確認(rèn)了基于該判定方案的，從喘振發(fā)生到喘振檢測(cè)為止的檢測(cè) 延遲在實(shí)施例中為1秒以內(nèi)（例如〇. 1秒左右），（D)在判定為喘振的情況下，打開(kāi)排氣閥并對(duì) 壓縮的氣體進(jìn)行排氣，從而能夠避免振動(dòng)、壓力波動(dòng)以及噪聲。
[0032] 因而，不需要像以往那樣較大地設(shè)定喘振裕度，（2)能夠較小地設(shè)定喘振裕度以大 幅擴(kuò)大離心壓縮機(jī)的容量控制范圍。
[0033] 另外，即使發(fā)生喘振也能夠避免振動(dòng)、壓力波動(dòng)以及噪聲以穩(wěn)定地運(yùn)轉(zhuǎn)壓縮機(jī)，因 而使喘振發(fā)生并將此時(shí)壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)條件作為數(shù)據(jù)而取得，（3)能夠追隨由運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境、時(shí)效 變化引起的運(yùn)轉(zhuǎn)特性的波動(dòng)并自動(dòng)更新喘振線。
【附圖說(shuō)明】
[0034]圖IA是本發(fā)明的離心壓縮設(shè)備的實(shí)施方式圖，示出排氣閥為放氣閥的情況。
[0035]圖IB是本發(fā)明的離心壓縮設(shè)備的實(shí)施方式圖，示出排氣閥為旁通閥的情況。
[0036]圖2是本發(fā)明的方法的說(shuō)明圖。
[0037] 圖3是喘振線和喘振防止線的說(shuō)明圖。
[0038] 圖4是喘振發(fā)生點(diǎn)的說(shuō)明圖和喘振數(shù)據(jù)的示例。
[0039] 圖5是示出喘振檢測(cè)后的處理流程的圖。
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