[发明专利]通过优化扩压器喘振控制和流量控制以改进离心压缩机性能

说明书

背景技术

只要离心压缩机存在，就伴随着喘振控制问题。根据压缩机系统中存在的喘振机构的类型，针对喘振(包括压头和流动)，采用了许多不同的方法改善工作范围。由扩压器失速(stall)触发的压缩机喘振可以通过可变扩压器几何形状来抑制，而由叶轮失速触发的喘振则可以借助使用可变几何形状的进口导向叶片来消除。

通过进口导向叶片/可变扩压器几何形状设定的组合的无穷大数，能够实现以流动和压力比形式的给定的压缩机工作状态。同一工作状态点的这些各种实现情况具有不同的压缩机效率。

当保持压缩机无喘振运行的同时存在需要选择具体的组合以改进效率的改进的方法，并且本发明的主要目的是响应于该需要。

发明内容

根据本发明，可以容易地实现和获得前述的目的和优点。

本发明提供了这样一种方法，即，通过采用多个优选为二或三个沿流动路径的压力测定，例如，叶轮进口压力，叶轮出口/扩压器进口压力及扩压器出口压力，从而进行最佳进口导向叶片/可变几何形状的扩压器定位。最大可获得的扩压器压力恢复可用于确定喘振的开始发生。这些最大压力恢复值为只关于可变几何扩压器设定的一个函数，且在运行范围的大部分区域独立于流动、压头和进口导向叶片。此外，它们可以在实验上通过压力测定很快地被确定。在运行期间，已知的最大压力恢复值可以用来与一个通过实时压力测定而确定的最大压力恢复值相比较，并且可以根据扩压器最佳设定作出一个判断。根据本发明，看起来为了压缩机的最大效率运行，扩压器的位置应当被确定为使得它的压力恢复值接近于它的最大值。这实际上使得喘振接近于运行点，然而通过仔细的控制和安全系数，稳定的运行是可以实现的。

在本发明的一方面中，提供了一种用于控制压缩机运行的方法，该压缩机具有进口和出口，与该出口连通的可变几何形状的扩压器，与该进口连通的进口导向叶片，所述方法包括以下步骤：确定指示喘振开始发生的负载参数；以及基于该负载参数，独立地控制该可变几何形状的扩压器以及压缩机速度和进口导向叶片中的至少一者，以便使得压缩机效率提升和稳定运行。

在本发明的另一方面中，提供了一种用于控制压缩机运行的方法，该压缩机具有至少两个影响运行稳定性的可控运行参数，该方法包括以下步骤：确定指示喘振开始发生的负载参数，通过所述至少两个可控运行参数中的任一个，可控制一负载参数的运行值；以及基于所述负载参数，独立地控制所述至少两个可控运行参数中的至少一个，以在压缩机的稳定运行区域内以理想的效率值运行。

附图说明

参照附图，下面将详细说明本发明的优选实施例，其中：

图1为示出本发明相应结构的离心压缩机的截面图；

图2和图2a分别为根据本发明适于使用的可变几何扩压器的透视图和截面图；

图3示出了离心压缩机的工作特性和喘振区域；

图4示出了在不同区域点的压缩机系统的效率，并且示出了全开可变扩压器的喘振线，以及使用可变扩压器时的最大喘振线；

图5示出了扩压器压力恢复参数与效率之间的相关关系；

图6示出了扩压器压力恢复参数与流速及可变扩压器定向之间的相关关系；

图7示出了扩压器压力恢复参数与可变扩压器定向之间的相关关系；

图8示出了扩压器压力恢复参数与可变扩压器定向的相关关系；

图9示出了IGV与扩压器定向对扩压器压力恢复参数的影响；以及

图10和图11示出了在相同的全负载时两种不同IGV(进口导向叶片)/扩压器设定的压缩机组件的压力上升。

具体实施方式

本发明涉及离心压缩机的控制，并且尤其涉及运行这样的压缩机的系统和方法，其中通过独立控制和平衡可变几何形状的扩压器和至少一个进口导向叶片以及压缩机速度来改善性能。下面的描述是根据对扩压器和进口导向叶片的控制作出的，并且这是优选实施例，然而这并不是对本发明概括范围的限制。

提高效率数值很久以来一直是离心压缩机设计者们所追求的目标。当然也还有对稳定的宽范围的压缩机运行的需求。在许多实例中，这些所期望的特征并不会互相包含。根据本发明，这些特征通过运用使负载与喘振条件发作相互关联的测定标准得到谨慎的平衡。

对于离心压缩机，一个特别有效的负载参数是通过扩压器的压力比率。在压缩机运行期间可以很容易地获得查表压力测定值或者是近似值，并且这样的测定都很接近于喘振的开始发生。根据本发明，基于该参数的当前值和引起喘振的值的已知相关关系控制压缩机的运行，并且这为改进的控制提供了前提。