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专利号: 2024106722999
申请人: 浙江理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于无量纲坐标系的压缩机防喘振控制方法,其特征在于:具体如下:

步骤一、将进口管道安装在压缩机的进口,出口管道安装在压缩机的出口,并在进口管道上安装压力传感器一、温度传感器一和差压流量传感器,在出口管道上安装压力传感器二、温度传感器二和压缩机出口阀,在出口管道上靠近压缩机出口阀进口的位置处通过分流管道并联安装防喘振阀,且防喘振阀由PI控制器控制;接着在不同的工况下进行不同负载下的压缩机性能测试,得到每个工况下由不同负载下的各实验数据组合组成的实验数据集,实验数据组合由设定入口压力、设定入口温度、实际入口压力、实际入口温度、入口流量差压、出口压力和出口温度组成;

步骤二、建立压缩机喘振线无量纲坐标系,建立过程为:

(1)确定压缩机喘振线无量纲坐标系的横坐标和纵坐标,并建立无量纲直角坐标系;压缩机的体积流量和多变能头的计算公式分别为式中,Qs为体积流量,Zs为压缩因子,Ru为气体常数,且Ru=8.31441J/(mol*K),Ts为入口温度,MW为气体的分子量,DPo为入口流量差压,Ps为入口压力,HP为多变能头,Rc为压比,且RC=Pd/PS,Pd为出口压力,RT为温比,且RT=Td/TS,Td为出口温度,A为压缩机进口截面积;

对体积流量和多变能头的计算公式进行简化,移除相同部分,进而得到简化流量平方和简化能头的计算公式分别为进一步简化简化能头的计算公式,得到

hr=Rc=Pd/PS

以DPO/(PS*X_H)*100%为横坐标,Pd/(PS*Y_H)*100%为纵坐标,建立无量纲直角坐标系,其中X_H为无量纲直角坐标系的横坐标上限系数,Y_H为无量纲直角坐标系的纵坐标上限系数;

(2)将不同工况下的喘振线拟合成唯一的一条喘振线SL;

(3)绘制工作点OP,并根据喘振线SL绘制防喘振控制线ASCL、分段加载界线F_Load和转速卸载起始线margin,进而得到压缩机喘振线无量纲坐标系;

步骤三、压缩机工作过程中实时计算防喘振控制偏差、限制控制偏差和超驰控制偏差,并采用偏差高选的方法,选取防喘振控制偏差、限制控制偏差以及超驰控制偏差中的最大偏差值作为PI控制算法的偏差值,然后根据偏差值计算PI控制算法的比例控制部分和积分控制部分,将比例控制部分和积分控制部分相加的结果作为PI控制器的输出值,来控制防喘振阀的开度,使工作点始终位于防喘振控制线上,同时使压缩机工艺参数满足工艺生产的需求;

实现压缩机自动加载过程中,当压缩机开始启动并进入过程1时,压缩机转速缓慢提升,工作点位于分段加载界线F_Load的右侧,并向靠近分段加载界线F_Load的方向移动,此时防喘振阀保持不动;当压缩机完成启动时,压缩机进入过程2,压缩机开始自动加载,压缩机转速快速提升,此时PI控制器控制防喘振阀开度快速减小,工作点位于分段加载界线F_Load的右侧,并向靠近分段加载界线F_Load的方向继续移动;当工作点越过分段加载界线F_Load时,压缩机进入过程3,压缩机转速缓慢提升,此时PI控制器控制防喘振阀开度缓慢减小;当工作点触碰到防喘振控制线ASCL时,压缩机进入过程4,压缩机转速缓慢且呈波浪式提升,PI控制器控制防喘振阀开度缓慢且呈波浪式减小,进而使得工作点在防喘振控制线ASCL上呈波浪式向上移动,直至测得的出口压力达到预设的出口压力。

2.根据权利要求1所述的一种基于无量纲坐标系的压缩机防喘振控制方法,其特征在于:将不同工况下的喘振线拟合成唯一的一条喘振线SL的过程为:将测得的入口流量差压值通过温压补偿公式计算到真实的入口流量差压,并将计算得到的各真实的入口流量差压代替各实验数据集中相应的测得的入口流量差压值;根据替换后的各实验数据集在无量纲直角坐标系内绘制每个工况下不同负载下的性能曲线;接着绘制每个工况下的喘振线,喘振线为不同负荷下压缩机的各喘振点从低到高的连线,各喘振点为不同负荷下性能曲线上的最左侧点,进而得到多条喘振线,然后将多条喘振线拟合成唯一一条的喘振线SL,且喘振线SL的左侧为压缩机喘振区,右侧为压缩机安全区。

3.根据权利要求2所述的一种基于无量纲坐标系的压缩机防喘振控制方法,其特征在于:入口流量差压的温压补偿公式为式中,DPo_com为经过补偿后实际工况下真实的入口流量差压,DPo工为实际工况下测得的入口流量差压,P设为设计工况下的入口压力,T设为设计工况下的入口温度,P工为实际工况下测得的入口压力,T工为实际工况下测得的入口温度。

4.根据权利要求1所述的一种基于无量纲坐标系的压缩机防喘振控制方法,其特征在于:所述工作点OP为压缩机运行时由实时监测得到的入口压力Ps、出口压力Pd和入口流量差压DPo计算得到的;防喘振控制线ASCL为各防喘振控制点从低到高的连线,各防喘振控制点为喘振线SL上各喘振点沿压缩机安全区方向偏转预设安全裕度M1得到;分段加载界线F_Load为各分段加载点从低到高的连线,各分段加载点由喘振线SL上各喘振点沿压缩机安全区方向偏转预设安全裕度M2得到;转速卸载起始线margin为各转速卸载点从低到高的连线,各转速卸载点由喘振线SL上各喘振点沿压缩机安全区方向偏转预设安全裕度M3得到;

分段加载界线F_Load和转速卸载起始线margin用于压缩机自动加载和自动卸载过程中的压缩机控制。

5.根据权利要求4所述的一种基于无量纲坐标系的压缩机防喘振控制方法,其特征在于:设喘振点的坐标为(SL_X,SL_Y),防喘振控制点的坐标为(ASCL_X,ASCL_Y),分段加载点的坐标为(F_Load_X,F_Load_Y),转速卸载点的坐标为(margin_X,margin_Y),则ASCL_Y=SL_Y,ASCL_X=SL_X/(1‑M1),F_Load_Y=SL_Y,F_Load_X=SL_X/(1‑M2),margin_Y=SL_Y,margin_X=SL_X/(1‑M3)。

6.根据权利要求1所述的一种基于无量纲坐标系的压缩机防喘振控制方法,其特征在于:防喘振控制偏差为SURGE_DIFF=SURGE_SV‑SURGE_PV

其中,SURGE_PV为工作点OP的横坐标值,且

SURGE_PV=DPo时/(Ps时*X_H)*100%

SURGE_SV为与工作点OP所对应设定的防喘振控制点为过实时工作点的水平线与防喘振控制线ASCL交点的横坐标值,且SURGE_SV=[DPo喘/(Ps喘*X_H)*100%]/(1‑M1)

式中,DPo时为实际测得的入口流量差压,Ps时为实际测得的入口压力,Pd时为实际测得的出口压力,DPo喘为压缩机处于与设定的防喘振控制点相对应喘振点时的入口流量差压,Ps喘为压缩机处于与设定的防喘振控制点相对应喘振点时的入口压力;

限制控制偏差为

LMT_DIFF=LMT_PV‑LMT_SV

其中,

LMT_PV=(a2/a1)*100%

LMT_SV=(a3/a1)*100%

式中,a1为限制控制的运行参数量程上限值,a2为限制控制的运行参数实际测得值,a3为限制控制的运行参数安全设定上限值;

超驰控制偏差为

ORC_DIFF=ORC_PV‑ORC_SV

其中,

ORC_PV=(b2/b1)*100%

ORC_SV=(b3/b1)*100%

式中,b1为超驰控制的控制变量量程上限值,b2为超驰控制的控制变量实际测得值,b3为超驰控制的控制变量安全设定上限值。

7.根据权利要求6所述的一种基于无量纲坐标系的压缩机防喘振控制方法,其特征在于:DPo喘/(Ps喘*X_H)*100%的计算过程为:首先将喘振线SL拟合成多项式函数f(x),f(x)=‑1 ‑1SL_Y,然后计算出多项式函数f(x)的反函数f (SL_Y),则DPo喘/(Ps喘*X_H)*100%=f (SL_‑1Y),SURGE_SV=f (SL_Y)/(1‑M1)。

8.根据权利要求1所述的一种基于无量纲坐标系的压缩机防喘振控制方法,其特征在于:压缩机加载或卸载过程时,PI控制器实时根据由防喘振控制偏差、限制控制偏差和超驰控制偏差中最大的偏差值来计算输出值,实时控制防喘振阀的开度以及压缩机的转速,使工作点始终位于防喘振控制线上,同时使压缩机的工艺参数满足工艺生产的需求,进而实现压缩机的自动加载或自动卸载。