压缩机补气混合防喘振控制方法与流程

1.本发明属于压缩机技术领域，尤其涉及一种压缩机补气混合防喘振控制方法。


背景技术：

2.压缩机，是一种将低压气体提升为高压气体的从动的流体机械，是制冷系统的心脏。它从吸气管吸入低温低压的制冷剂气体，通过电机运转带动活塞对其进行压缩后，向排气管排出高温高压的制冷剂气体，为制冷循环提供动力。
3.大型压缩机在运行过程中，需要采集进口温度、出口温度、进口压力、出口压力和流量计差压通过运算后得到流量，运算后通过旁路回流进行防喘振控制。通常上述几项参数采用管道仪表采集得到精准的数据作为输入值，通过运算实现机组的防喘振。压缩机在高低负荷工况时，机组运行状态与设计状态存在较大的差异。对于存在补气混合流程的压缩机，混合后的温度将会发生较大的变化，无论是采用补气管道上采集的温度，还是设计状态的温度都会产生较大的偏差，最终使计算的流量产生较大的偏差。若采用补气管道上的温度仪表数值作为流量运算的进口温度输入值，会使流量产生较大偏差，导致防喘振的控制精度降低，可能会使得防喘振控制的旁通回流流量高于实际需求值，导致机组多做一部分无用功，增加用户的运行成本。严重时会让旁通回流流量低于实际需求值，导致防喘振功能失效，机组出现相应的喘振现象，影响压缩机的使用寿命，甚至影响用户现场安全。若采用实测的方式，需要在压缩机缸体内部补气混合的区域设置温度仪表，由于机组内部流速较高，且气流复杂，很难找到合适的位置安装探头，错误的安装位置将严重影响测量的精度。机组内部是有毒易爆的气体，探头的安装将增加机组密封的难度，可能会出现泄漏故障点。并且如果仪表出现故障，还必须停机打开压缩机机壳进行检修更换，化工厂均为连续运转，更换仪表将严重影响生产。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种压缩机补气混合防喘振控制方法，以解决现有的测量方式难以方便且准确地得到流量运算的各个参数，造成防喘振控制精度低的问题。
5.为了达到上述目的，本发明的技术方案为：压缩机补气混合防喘振控制方法，包括以下步骤：
6.s1：测量压缩机一段进口的补气温度t
1a
，补气压力p
1a
，补气流量q
1a
；二段进口的补气温度t
2a
，补气压力p
2a
，补气流量q
2a
；二段出口的排气温度t
2b
，排气压力p
2b
；
7.s2：进行一段喘振控制；具体包括以下步骤：
8.s21：计算一段出口温度的理论值t
1b’；具体包括以下步骤：
9.s211：根据测得的一段进口的补气温度t
1a
和补气压力p
1a
，查得一段入口焓h
1进
和一段入口熵s
1进
；
10.s212：根据查得的一段入口熵s
1进
和测得的二段进口的补气压力p
2a
，查得一段出口等熵焓h1’
；
11.s213：测量并计算得出叶轮的电功率消耗和能量头增量，电功率消耗和能量头增量的比值记作η1；
12.s214：根据公式计算得出一段出口焓h
1出
，h
1出
＝(h1’‑h1进
)/η1 h
1进
；
13.s215：根据h
1出
和p
2a
，查得一段出口温度的理论值t
1b’；
14.s22：合理转化一段出口温度的理论值t
1b’，得到一段出口温度t
1b
；
15.s221：根据压比χ和一段出口温度t
1b’，拟合得出二次函数，t
1b’＝aχ2 bχ c，其中a,b,c为拟合常数；
16.s222：根据上述二次函数，对应不同的二段进口的补气压力p
2a
和一段进口的补气压力p
1a
，得到一段出口温度t
1b
；
17.s23：根据上述参数，控制相应阀门的开度，使压缩后的气体通过旁路回流到一段入口；
18.s3：进行二段喘振控制；具体包括以下步骤：
19.s31：根据上述参数，计算得出缸内混合后的二段进口温度t
进
，t
进
＝(q
1a
*t
1b
q
2a
*t
2a
)/(q
1a
q
2a
)；
20.s32：根据上述参数，控制相应阀门的开度，使压缩后的气体通过旁路回流到二段入口。
21.进一步，在步骤s1中，通过温度监测器、压力监测器和流量仪表进行测量。
22.进一步，在步骤s211、s212和s215中，数据在物性特性h-s图上查得。
23.进一步，在步骤s213中，对生产的叶轮进行模型级实验，实验通过给定进出口压力和流量，实测得到相应的电功率消耗。
24.进一步，在步骤s221中，χ＝p
2a’/p
1a
，p
2a’为100％工况下的排气压力设计值；以压比χ为横坐标，t
1b’为纵坐标进行拟合。
25.进一步，压比χ选用0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1。
26.进一步，在步骤s23中，具体为：根据上述参数换算得到气体密度和体积流量，以70％正常一段体积流量设计值为基础线，控制相应阀门开度，使压缩后的气体通过旁路回流到一段入口。
27.进一步，在步骤s32中，具体为：根据上述参数换算得到气体密度和体积流量，以70％正常二段体积流量设计值为基础线，控制相应阀门开度，使压缩后的气体通过旁路回流到二段入口。
28.进一步，在步骤s222中，将拟合的二次函数输入到防喘振控制系统中进行计算。
29.本技术方案的有益效果在于：
①
通过压缩机自身特性曲线与运行工况的拟合，精准控制防喘振旁路系统，避免以往经验取值造成的控制失效，规避现场运行风险。
②
运用本控制方法，能够更加精准地控制旁路，可以实现用户工况变化的时候运行成本(蒸汽消耗或者电消耗)的最优化。
③
本控制方法涉及的数据测量均在管道上实现，不需要拆机和二次装配，便于检修和更换。
④
由于防喘振的控制，是在压缩机的控制系统里实现的，而对于控制系统而言，其只针对可测数据进行逻辑控制，无法将上述计算过程做成运算和控制信号实现的，因此本方案将一段出口温度的理论值t
1b’进行合理转化，形成关于压比χ和一段出口温度t
1b’的二次函数。
⑤
本方案中压比χ选用0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1，等比例的选取，对t
1b’的值误差影响范围在0.2％以内，对阀门的开度基本无影响。
附图说明
30.图1为本发明压缩机补气混合防喘振控制方法的流程图；
31.图2为以氨为介质的二次函数图；
32.图3为离心式压缩机的流程简图。
具体实施方式
33.下面通过具体实施方式进一步详细说明：
34.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.实施例基本如附图1-3所示：压缩机补气混合防喘振控制方法，包括以下步骤：
36.s1：测量压缩机一段进口的补气温度t
1a
，补气压力p
1a
，补气流量q
1a
；二段进口的补气温度t
2a
，补气压力p
2a
，补气流量q
2a
；二段出口的排气温度t
2b
，排气压力p
2b
；分别通过温度监测器、压力监测器和流量仪表进行测量，将温度监测器、压力监测器和流量仪表设于补气管道上；
37.s2：进行一段喘振控制；具体包括以下步骤：
38.s21：计算一段出口温度的理论值t
1b’；具体包括以下步骤：
39.s211：根据测得的一段进口的补气温度t
1a
和补气压力p
1a
，在物性特性h-s图上查得一段入口焓h
1进
和一段入口熵s
1进
；
40.s212：将转子做功近似视作绝热，即整个过程等熵压缩，根据查得的一段入口熵s
1进
和测得的二段进口的补气压力p
2a
，在物性特性h-s图上查得一段出口等熵焓h1’
；
41.s213：熵压缩的叶轮效率可通过对生产的叶轮进行模型级实验，实验通过给定进出口压力和流量，实测得到相应的电功率消耗；再测量出口温升通过热力学换算得到能量头增量；电功率消耗和能量头增量的比值记作η1；
42.s214：根据公式计算得出一段出口焓h
1出
，h
1出
＝(h1’‑h1进
)/η1 h
1进
；
43.s215：根据h
1出
和p
2a
，在物性特性h-s图上查得一段出口温度的理论值t
1b’；
44.s22：合理转化一段出口温度的理论值t
1b’，得到一段出口温度t
1b
；
45.s221：对于离心式压缩机而言，操作工况一般是60％-110％；根据压比χ和一段出口温度t
1b’，拟合得出二次函数，t
1b’＝aχ2 bχ c，其中a,b,c为拟合常数；χ＝p
2a’/p
1a
，p
2a’为100％工况下的排气压力设计值，以压比χ为横坐标，t
1b’为纵坐标进行拟合；压比χ选用0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1，等比例的选取，对t
1b’的值误差影响范围在0.2％以内，对阀门的开度基本无影响；如图2所示，以氨为介质进行举例，分别对某机型的压缩机η1、t
1a
、p
1a
、p
2a
进行取值后拟合得到二次函数，图中拟合后的a＝-58.956；b＝218.53；c＝201.49；
46.s222：将拟合的二次函数输入到防喘振控制系统中进行计算，对应不同的二段进口的补气压力p
2a
和一段进口的补气压力p
1a
(均为现场实际值)，得到不同的压比χ，从而计算得到一段出口温度t
1b
；
47.s23：根据上述参数换算得到气体密度和体积流量，以70％正常一段体积流量设计值为基础线(常规压缩机的喘振点)，控制相应阀门开度，使压缩后的气体通过旁路回流到
一段入口，达到防喘振的目的；
48.s3：进行二段喘振控制；具体包括以下步骤：
49.s31：根据上述参数，计算得出缸内混合后的二段进口温度t
进
，t
进
＝(q
1a
*t
1b
q
2a
*t
2a
)/(q
1a
q
2a
)；
50.s32：根据上述参数换算得到气体密度和体积流量，以70％正常二段体积流量设计值为基础线(常规压缩机的喘振点)，控制相应阀门开度，使压缩后的气体通过旁路回流到二段入口，达到防喘振的目的。
51.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
52.以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本技术给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本技术的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。