[发明专利]基于相似原理的通用特性曲线喘振控制方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及透平压缩机防喘振控制与保护，尤其是使用与入口条件无关的通用特性曲线坐标系统，解决压缩机运行点和喘振区测量和计算的准确性。

背景技术

喘振是轴流和离心压缩机特有的属性，强烈的喘振会使止推轴承损坏，机器内部产生摩擦，严重损伤压缩机部件，持续喘振对压缩机会造成严重危害，压缩机组在整个工艺系统运行中，必须避免喘振工况。

有效的防喘振控制与许多因素有关，如过程工艺、压缩机、控制阀、测量和控制设备的动态响应特性等，尤其是控制系统测量和计算的准确性。

因为防喘振控制都是通过压缩机性能曲线来实现，常规性能曲线横坐标为流量，纵坐标为压力、压比或效率，某些压缩机在实际运行过程中，工况条件经常发生变化，如分子质量、温度、压力等的波动，偏离了设计的工作状态，使原先的性能曲线不准确，结果导致运行安全性和效率下降，甚至不能阻止喘振发生，严重时造成机组的损毁。

现有防喘振控制方法主要包括固定极限流量法和可变极限流量法。固定极限流量防喘振控制是使压缩机的入口流量保持大于某一固定值，即正常可以达到最高转速下的临界流量(喘振流量)，从而避免进入喘振区运行。固定极限流量防喘振控制方案设计简单，系统可靠性高，投资少，适用于转速恒定场合。它的缺点为当转速下降的时候，低负荷情况下运转的压缩机能量消耗大，极限流量的裕量也很大。

相对于固定极限流量防喘振控制，可变极限流量防喘振控制方法增加了低转速的运行区间，是目前应用的最广泛的一种方法。在各种转速工况(对于可变导叶或静叶的机组，情况类似，在本发明中不再描述)下的压缩机的喘振流量是不稳定的，喘振流量和压缩机的转速有着密切的关系，一般情况下，压缩机的转速减小，喘振流量也相应的减小。所以防喘振控制方案的最佳设计是留有相应的安全裕度，在喘振线的右侧设计出一条和喘振线(即喘振极限线)类似的安全线(即喘振控制线)，让防喘振控制器沿着这条安全线工作，使控制器的预先设定好的给定值随着转速的变化而能做出相应的变化，这样就可以减少喘振发生的几率。

上述两种传统的防喘振控制方法可满足大多数压缩机防喘振控制要求。但这两种方法均未考虑压缩机进气状态变化对性能曲线的影响，存在以下缺点：

1)在开工阶段以及正常生产阶段，无论入口压力、入口温度、分子量怎样变化，喘振极限线和喘振控制线的形状和位置始终固定不变，与实际产生偏差，使控制不确定性因素增加。

2)不能有效补偿入口压力、入口温度、分子量等变化对喘振极限线、喘振控制线和运行点造成的影响。

3)一旦发生喘振，需要改为手动操作，否则在自动模式中振荡发散。

4)很多现场阀门长期回流或放空，造成巨大的能源浪费。

因此，需要发明一种有效的测量和计算方法，能对入口温度变化、入口压力变化、分子量变化等进行有效和准确的补偿，保证喘振极限线和运行点的计算准确可靠，以提高机组运行的安全性和效能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于相似原理的通用特性曲线喘振控制方法和系统。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种基于相似原理的通用特性曲线喘振控制方法，该喘振控制方法包括以下步骤：

1)根据相似原理构造无因次组合参数，利用所述无因次组合参数建立适用于多种工况下的喘振控制的压缩机通用特性曲线；

2)根据所述压缩机通用特性曲线建立喘振控制线，计算压缩机实际运行点与喘振控制线的距离并作为偏差信号，根据偏差信号控制压缩机的实际运行状态，避免压缩机运行进入喘振区。

所述工况包括入口温度、入口压力以及气体分子质量。

所述压缩机通用特性曲线选自特性曲线或者R_c—M_a特性曲线，R_c表示压比，表示流量系数，M_a表示马赫数；以无因次组合参数或表示，Q_v表示体积流量，Z表示压缩因子，R表示气体常数，T表示气体绝对温度，f_k(σ)表示多变指数的函数；M_a以无因次组合参数表示，N表示转速。

将的计算等同转化为计算ΔP_o,s为入口流量压差，P_s为入口压力。

利用安装在排气口的流量压差测量元件测量得到出口流量压差ΔP_o,d，通过压比及温比将ΔP_o,d换算为ΔP_o,s。