有關(guān)離心式壓縮防喘振控制系統(tǒng)的探討

班金磊　劉爽　王碩

[摘要]隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，微電子技術(shù)出現(xiàn)了日新月異的發(fā)展局面，離心式壓縮機(jī)的控制系統(tǒng)也逐漸成為壓縮機(jī)控制界研究的主要課題之一。本文主要論述了防喘振的控制系統(tǒng)以及離心式壓縮機(jī)調(diào)節(jié)控制的具體措施等內(nèi)容。

[關(guān)鍵詞]離心式壓縮機(jī)；調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)；防喘振控制系統(tǒng)

[中圖分類號(hào)]F407.471 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1672-5158（2013）06-0194-01

對(duì)于汽輪驅(qū)動(dòng)下的離心式壓縮機(jī)來(lái)講，通常會(huì)采用設(shè)置一套安全的連鎖系統(tǒng)、一套控制壓縮機(jī)性能的系統(tǒng)以及一套對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制的系統(tǒng)，這三者之間是完全獨(dú)立控制的，無(wú)法進(jìn)行信息的共享，這樣就很容易造成控制系統(tǒng)之間的相互制約和相互干擾，很難使壓縮機(jī)的性能得到充分發(fā)揮，并且所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益也較差，當(dāng)前，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，微電子技術(shù)出現(xiàn)了日新月異的發(fā)展局面，離心式壓縮機(jī)的控制系統(tǒng)也逐漸成為壓縮機(jī)控制界研究的主要課題之一。

1 防喘振的控制系統(tǒng)

1.1 物性參數(shù)與特性曲線的關(guān)系

通常情況下的特性曲線論述當(dāng)中，往往會(huì)首先強(qiáng)調(diào)物性的參數(shù)是不變的，研究實(shí)踐表明，壓縮機(jī)本身所產(chǎn)生的極限流量值會(huì)發(fā)生一定的變化，在一定的轉(zhuǎn)速之下，如果氣體的平均分子量是不同的，那么其極限的流量值也會(huì)不同，假設(shè)氣體的平均分子量能夠由20不斷增加至28，在轉(zhuǎn)速不變的情況下，其壓縮機(jī)的極限流量點(diǎn)就能從QA轉(zhuǎn)移到QA，使壓縮機(jī)能夠維持額定穩(wěn)定的出口流量，那么正常工作點(diǎn)就會(huì)由A點(diǎn)進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)的A點(diǎn)，就全年來(lái)講，壓縮機(jī)的工作環(huán)境是在不斷發(fā)生變化的，在進(jìn)口壓力變低或者是環(huán)境溫度升高時(shí)，平均的分子量就會(huì)不斷增加，當(dāng)天氣逐漸變熱時(shí)，離心式壓縮機(jī)也容易進(jìn)入到喘振區(qū)，最終導(dǎo)致喘振，如果空氣過濾器中的過濾網(wǎng)被堵塞，就會(huì)使得進(jìn)口的真空度變大，在導(dǎo)葉閥前的氣壓變小時(shí)，壓縮機(jī)也比較容易進(jìn)入到喘振區(qū)，以致出現(xiàn)工作不穩(wěn)定的狀況，最終會(huì)引發(fā)軸震動(dòng)偏大等一系列的停車，再次啟動(dòng)之后，又會(huì)使壓縮機(jī)運(yùn)行良好，此類現(xiàn)象幾乎每年都會(huì)遇到。

1.2 離心式壓縮機(jī)振喘發(fā)生的原因

在運(yùn)行的過程當(dāng)中，當(dāng)離心式壓縮機(jī)的負(fù)荷下降至一定的數(shù)值時(shí)，就會(huì)使得氣體的排送出現(xiàn)強(qiáng)烈的震蕩，并且機(jī)身也會(huì)在這時(shí)出現(xiàn)明顯的劇烈震動(dòng)，我們稱這種現(xiàn)象為喘振，它是離心式壓縮機(jī)的一種固有的特性，在喘振的狀態(tài)下，壓縮機(jī)是絕對(duì)不允許運(yùn)行的，因此在操作的過程中一定要避免喘振的產(chǎn)生。而喘振產(chǎn)生的主要原因必須要從壓縮機(jī)運(yùn)行的特性上找笞案，每一臺(tái)壓縮機(jī)都有自身特定的喘振趨于，所以必須要根據(jù)實(shí)際的情況來(lái)采取相應(yīng)的喘振控制措施來(lái)進(jìn)行預(yù)防，另外，喘振業(yè)余管網(wǎng)的特性有一定的關(guān)系，管網(wǎng)的容量越大，那么喘振的幅度也就會(huì)越大，其頻率也就越低，相反，管網(wǎng)的容量越小，那么喘振的幅度也就越小，其頻率也就越高。離心壓縮機(jī)出現(xiàn)喘振的原因還有壓力、溫度以及分子量等，在相同的轉(zhuǎn)速下，如果分子的容量越大，而溫度越低，那么壓縮機(jī)就越容易進(jìn)入到喘振區(qū)。

1.3 喘振形成的過程

如果壓縮機(jī)在QA點(diǎn)處于正常的工作狀態(tài)，當(dāng)因?yàn)槟撤N原因來(lái)降低負(fù)荷時(shí)，就會(huì)使得工作點(diǎn)不斷向左移動(dòng)，而當(dāng)壓縮機(jī)在QB時(shí)，就會(huì)使得壓縮機(jī)進(jìn)入極限的工作點(diǎn)，在這時(shí)，出口的壓力比是最大值，如果負(fù)荷繼續(xù)不斷下降，出口的壓力也將會(huì)迅速降低，同它進(jìn)行連接的系統(tǒng)其壓力會(huì)瞬間喪失，導(dǎo)致氣體倒流，其工作點(diǎn)也會(huì)迅速到達(dá)QC點(diǎn)，在這時(shí)，系統(tǒng)壓力和出口壓力就會(huì)出現(xiàn)瞬間的相等，因?yàn)閴嚎s機(jī)還處在運(yùn)行的過程中，就會(huì)使得出口流量迅速增加，此時(shí)極限的工作點(diǎn)也會(huì)迅速移動(dòng)到0.13點(diǎn)，由于工作負(fù)荷過大，就必須要通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)來(lái)降低負(fù)荷，并不斷促使出口的流量回到QA點(diǎn)，這即是一個(gè)相對(duì)完整的出口壓力喘振周期。

2 離心式壓縮機(jī)調(diào)節(jié)控制的具體措施

2.1 一般的離心式壓縮機(jī)控制方案

為了能夠使壓縮機(jī)得到長(zhǎng)期、平穩(wěn)、安全的運(yùn)行，在一般情況下都需要對(duì)其參數(shù)的控制、檢測(cè)以及安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)等進(jìn)行設(shè)置。調(diào)節(jié)閥又被稱之為控制閥，主要應(yīng)用在工業(yè)自動(dòng)化的控制過程領(lǐng)域中，通過對(duì)調(diào)節(jié)控制器輸出的控制信號(hào)加以接收，利用動(dòng)力操作來(lái)改變介質(zhì)流量、溫度、壓力、液位等參數(shù)的控制元件。壓縮機(jī)出氣壓力和氣量壓力控制系統(tǒng)，有調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速法、旁路回流法以及直接節(jié)流法等，在旁路回流法的控制方案當(dāng)中，氣體經(jīng)過了多級(jí)的壓縮之后，就會(huì)因?yàn)閴嚎s比大使得出口壓力相應(yīng)的增大，在這時(shí)最好不要從第一段人口和末端出口直接旁路，否則就會(huì)使得能耗增加，在高差壓下會(huì)使得控制閥的磨損也將增快，因此最好是采用增設(shè)降壓消音的裝置或者是分段旁路設(shè)置的措施。

2.2 防喘振調(diào)節(jié)的具體方法

防喘振調(diào)節(jié)的主要目的就在于，不管工藝的負(fù)荷出現(xiàn)怎樣的變化，都必須保證壓縮機(jī)的人口流量不能夠小于轉(zhuǎn)速一定的條件下極限流量值，從理論上來(lái)講，可以指定兩套控制方案，一種是固定的極限流量法，另外一種就是可變的極限流量法，其中固定的極限流量法就是指將壓縮機(jī)自身的防喘振流量盡量控制好設(shè)置值，使其能夠遠(yuǎn)離喘振區(qū)，如果工作負(fù)荷出現(xiàn)變化，就可以保證壓縮機(jī)不發(fā)生喘振，這樣的方法也存在著一定的缺陷，就是在正常流量和極限流量相差較大時(shí)，就會(huì)有過多的空氣被放空或者是被反饋，嚴(yán)重影響到經(jīng)濟(jì)效益，采用可變的極限流量控制法，可以允許根據(jù)工作狀況的變化對(duì)防喘振設(shè)定值進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，盡量減少反饋量或者是放空量，以便不斷提高經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 可變極限流量控制方案

為了可以盡量減小壓縮機(jī)出現(xiàn)能量損耗的問題，在壓縮機(jī)的負(fù)荷可以通過調(diào)節(jié)速度進(jìn)行改變的場(chǎng)合，在不同的轉(zhuǎn)速情況下，喘振極限流量將會(huì)是一個(gè)變數(shù)，并且會(huì)隨著轉(zhuǎn)速的下降而不斷減小，最合理的防喘振方案就應(yīng)當(dāng)是留出適當(dāng)?shù)陌踩?，可以使得防喘振調(diào)節(jié)器隨著喘振邊界的曲線進(jìn)行安全操作。

3 結(jié)束語(yǔ)

調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)是離心式壓縮機(jī)的靈魂，在其運(yùn)行的過程中起著關(guān)鍵性的作用，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，控制系統(tǒng)也將會(huì)獲得越來(lái)越大的發(fā)展，做好壓縮機(jī)所具有的控制系統(tǒng)需要積極開展多方面的工作，設(shè)計(jì)和確定好生產(chǎn)工藝，將工藝介質(zhì)的密度、組分等參數(shù)進(jìn)行細(xì)化，并且要充分考慮到實(shí)際的工作情況，做到理論聯(lián)系實(shí)際，嚴(yán)格執(zhí)行施工要求和設(shè)計(jì)路線，不斷提高離心式壓縮機(jī)的調(diào)節(jié)控制性能。

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