[发明专利]压缩机控制系统和方法

说明书

提供一种压缩机控制系统和方法。所述压缩机控制系统包括：压缩机；入口导叶(IGV)，布置在压缩机的入口处，并且IGV被配置为基于补充喘振控制信号或性能控制信号来调节入口的打开；防喘振阀(ASV)，连接到压缩机的出口，并且ASV被配置为基于喘振控制信号来防止压缩机中的喘振；控制器，被配置为：产生用于在性能模式下控制IGV的性能控制信号直到压缩机的工作点进入喘振控制范围，当压缩机的工作点进入喘振控制范围时，产生用于控制ASV的喘振控制信号，当压缩机的工作点进入设置在喘振控制范围与喘振范围之间的补充喘振控制范围时，产生用于在防喘振模式下控制IGV的补充喘振控制信号。

本申请要求于2016年7月7日提交到韩国知识产权局的第10-2016-0086271号韩国专利申请的优先权，该韩国专利申请的公开内容通过引用全部包含于此。

技术领域

与示例性实施例一致的设备和方法涉及压缩机控制系统和方法，更具体地说，涉及通过防止发生喘振来稳定地操作压缩机的压缩机控制系统和方法。

背景技术

压缩流体的压缩机可用于控制液体或气态流体的流体控制系统。压缩机可被设计为相对于排放压力和流量的可能的宽范围以高效率操作，并且不仅压缩机的效率可作为重要的系统性能参数，而且压缩机的操作区域也可作为重要的系统性能参数。

例如，在离心涡轮压缩机的情况下，如果在压缩机接收并压缩气体时在压缩机后端的压力超出整个流体控制系统的可接受的性能，则压缩机可能不再压缩气体，因此在压缩机中可发生周期性流体回流现象，这种现象可被称为喘振。

压缩机的叶轮在恒定速度和恒定密度下可具有固定压力比，固定压力比可被称为压缩机的特定压力比。当压缩机在压缩机的特定压力比之上操作时，可能发生喘振。可通过增加压缩机的级数获得高压力比来实现大功率压缩机；然而，在具有多个级的多级压缩机中可能会更频繁地发生喘振现象。

大多数喘振现象在高于仪器的反应速度的速度下可能会立刻发生。在这种情况下，当流体机械系统无法避免喘振现象并因而在流体机械系统中发生喘振现象时，流体可能周期性地回流，因此流体的压力和流量可能会波动。这种波动可能产生机械振动，并损坏附件(诸如，轴承和叶轮)。

以这种方式，因为喘振现象可能劣化压缩机的性能并缩短压缩机的寿命，所以防止在操作压缩机时的喘振现象的功能(即，防喘振功能)在控制涡轮压缩机的压缩机控制系统中可以是重要的。防喘振功能可以是通过测量和分析由喘振现象造成的流体系统的各种特性而用于将流体系统恢复正常或防止在流体系统中发生喘振的技术。

当使用防喘振阀(ASV)来实现防喘振功能时，流体系统的阻力可被减小，以防止在流体系统中发生喘振现象。

此外，除了ASV之外，压缩机控制系统可包括安装在压缩机的入口用于控制压缩机的操作区域的入口导叶(IGV)。

图1是示出压缩机的性能图的曲线图。

在图1中，垂直轴表示压力或压力比，水平轴表示参数(诸如，流量或表示流量的电机电流)。

关于喘振控制，在考虑传感器中的测量误差、中间冷却器中的温度变化或者压缩机控制中的瞬态响应的情况下，喘振控制范围被设置为具有从喘振范围的大约7％到大约10％的裕度，并且当工作点达到喘振控制范围时，通过调节IGV或ASV来执行控制，以移动工作点远离喘振范围。

此外，为了将流体系统的压力调节为设定压力，执行IGV控制如下。也就是说，当压缩机的当前出口压力低于设定压力时，IGV被压力间隙(pressure gap)或压力差打开，以将流体系统的压力调节为设定压力；当压缩机的当前出口压力高于设置压力时，IGV被压力间隙关闭。通过这种IGV控制，压缩机的当前出口压力可遵循设置压力。

离心涡轮压缩机在喘振现象发生之前在降负荷(turndown)的范围内操作，其中，降负荷的范围是从性能曲线的设计点到喘振控制范围的流量变化。