[发明专利]喘振检测器及其涡轮机

说明书

本申请是中国专利申请号为95106012.0的分案申请。

本发明涉及可应用于离心与混流泵、鼓风机以及压缩机的喘振检测器，并涉及具有可变导流叶片与该喘振检测器的涡轮机。

当离心或混流泵在该泵的设计流速以下工作时，泵中的叶轮、扩散器及其它部件中会出现流体分离，并且流体会遭遇持续时间性的压力变化。从而导致称作喘振的现象，这种喘振会使作为一个整体的系统开始自激振动，随即泵便不可能工作。为了避免喘振的发作，必须在泵工作中早期检测出这一现象，并采取某些补救步骤来防止喘振的到来。

通常，泵的喘振条件是通过监测诸如压力、流速、温度及工作参数的时间平均值等工作参数，并将监测结果与事先确定的参数值进行比较来确定系统是否受到喘振或正常工作而判定的。

在下述公开在诸如日本专利申请(JPA)第二次公布H5—53956、JPA第一次公布S62—113889、JPA第一次公布S59—77089、JPA第一次公布S59—79097、JPA第一次公布S56—2496中的先有技术中，喘振是通过快速升高的温度检测的。公开在诸如JPA第一次公布S63—161362、JPA第一次公布S58—57098、及JPA第一次公布S55—114896中的技术中，是用压力的升高作为喘振的信号的。在诸如JPA第一次公布H3—199700中，喘振是用扩散器的叶毂与壳体之间的压力差检测的；在JPA第一次公布S62—51794中是用扩散器叶片的压力面与吸力面之间的压力差检测的；而在诸如JPA第一次公布S63—94098中则是用压力波形检测的。

其它技术用如公开在JPA第一次公布S57—129297中的叶片上的提升效率的变化率检测的；或者诸如JPA第一次公布H3—213696中所公开的用麦克风检测振动。

所有这些传统技术都是根据诸如压力与温度等工作参数的时间平均值的预定值与当前工作参数进行比较来判定系统的喘振状态的间接方法。因此，由于在现有技术中存在着即使执行了预测试运行来判定一个测试系统的喘振状态，也不可能精确地确定其它实际系统的喘振状态这一问题，而难于用这些传统技术来快捷与精确判定喘振，这是因为喘振的发作取决于工作系统中的管道系统的容量，再者，由于检测是基于工作参数的时间平均值的，检测滞后于喘振的发作，从而延迟了响应动作，正由于此，现有的设备在实际情况中的应用受到限制。

本发明是为解决现有喘振检测设备与基于这些喘振检测的现有技术的涡轮机存在的问题而提出的，其目的为提供一种能够快捷与精确地检测出工作在低于设计流量的流量上的涡轮机中的喘振状态，并通过提供一种根据本发明的喘振检测设备的快捷与精确的喘振显示而提供能够在低流量上工作的涡轮机。理论与实验研究

喘振是发生在管道系统中的一种自激振动现象，并引发管道系统、在其中流动的流体及泵本身的振动。因此，可以理解，如果能够检测出振动，便能在其形成的早期检测出喘振。本发明通过提供一种以与喘振相关联的振动幅度的计算程序来确定喘振发作的指标的精确与快捷的方法，而提出对传统的喘振控制方法中存在的问题的解决办法。

本发明通过在吸入管、扩散器与排出管上装设压力传感器来进行变化的流量在涡轮机中的引起的振动效应的研究的背景实验。图25(a)示出来自压力传感器的波形：其中左侧的曲线是在扩散器的周边方向上的两个位置(A与B)上检测到的压力的变化；而右侧图形则是在吸入管与排出管上观测到的压力的变化。从这些迹线中可以清楚地看出，当流量降低到设计流量以下时，可以观测到初始存在于扩散器中的大的压力变化(参见流量2处的左侧迹线)，而当流量进一步降低时，便在管道中观测到大的压力变化(参见流量3处的右侧迹线)，这表明发生了喘振。

图25(b)中示出经过设计流量规范化的无量纲流量与经过压缩机的设计压力头值规范化的无量纲压力头系数表示的泵中的喘振趋势。图25(b)中的流量1、2和3与图25(a)中所示的对应。

因此，通过定量地检测这些变化并采用适当的阈值，便有可能提供早期警报与采取快速补救措施来防止喘振发作。为了能够利用这一方法，需要在系统中不同位置上测定参数变化的技术，以及基于这种测定技术的计算程序。