CN102588315A - 透平压缩机喘振的自动测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种透平压缩机喘振的自动测试方法：确定预期的喘振测试点；测试点的输入；透平压缩机的置位；测试参数采集；喘振工况判断；喘振工况的平稳逼近和快速脱离；喘振参数的存储：判断喘振测试是否继续，是则重复以上步骤直至所有预期喘振测试点测试完毕；否则结束测试；生成喘振曲线；生成防喘振曲线。测试参数采集器采集透平压缩机的工况参数的频率为300～500毫秒/次。防喘振曲线所设置的裕度系数取5％～10％。本发明有效避免了人工测试透平压缩机喘振曲线易产生较大误差，减少了透平压缩机喘振测试的人力投入，且避免了紧急操作措施导致的透平压缩机运行工况发生剧烈变化，保证透平压缩机喘振测试能即时进行。

Description

透平压缩机喘振的自动测试方法

技术领域

本发明属于压缩机的自动控制领域，具体涉及一种透平压缩机喘振自动测试的方法。

背景技术

透平压缩机的设计，首先是依据所关联的工艺装置对压缩机运行工况的参数要求进行气动计算和结构设计的。气动计算所确定的透平压缩机性能曲线(喘振曲线)将工艺装置要求的运行工况点包含在内，以保证透平压缩机与工艺装置的匹配运行。透平压缩机在制造过程中，由于机械加工等人力不可抗拒的偏差；在现场安装过程中，由于前后工艺管道、设备设置的偏差，都会使透平压缩机性能曲线(喘振曲线)与气动计算所确定的性能曲线(喘振曲线)有所偏离。为保证在机组控制***中设置的喘振曲线和防喘振曲线的准确性，每台透平压缩机在投运前都需压缩机生产厂家喘振测试专业人员前往用户现场人工实施喘振测试，以比较透平压缩机实际喘振点与设计喘振点相吻合的程度，并据此设置透平压缩机喘振曲线和防喘振曲线。透平压缩机发生喘振时，其多个监测参数都会发生变化，可作为判断喘振发生的依据。

我们知道，透平压缩机防喘振曲线是在喘振曲线的基础上留有一定的裕度获得的。防喘振曲线是保证透平压缩机安全运行的一道重要屏障，同时也是透平压缩机正常运行工况和非正常运行工况的分界线。由此可见，透平压缩机防喘振线设置的是否合理，首先决定于透平压缩机喘振曲线测定是否准确真实，其次是设置防喘振曲线时所取的裕度系数是否恰当合理。

若一台性能优良、符合工艺要求的透平压缩机，由于喘振测试的不准确、裕度系数取值的不当，就会造成防喘振曲线设置的不准确，从而对透平压缩机的运行带来以下负面影响：1)若透平压缩机防喘振曲线设置过于保守，会造成透平压缩机正常运行区域的缩小。有时为了满足工艺装置运行的要求，透平压缩机就需要放风运行，造成能源的浪费和对环境的噪声污染；2)若透平压缩机防喘振曲线设置非常接近喘振曲线，容易造成透平压缩机喘振运行，对透平压缩机的安全运行构成危害，并能造成生产装置非正常运行，对企业的正常生产带来影响。综上，透平压缩机喘振曲线的测试和防喘振曲线的设置，对透平压缩机能否正常、高效、安全的运行是至关重要。

长期以来，透平压缩喘振曲线的测试是由人工完成的。喘振测试人员凭借自身对喘振的理解、某一运行参数的观察来判断透平压缩机是否发生喘振，而取得透平压缩机预期喘振测试点的喘振参数的。

首先，由于测试人员观察的单一性，不可能全面掌握透平压缩机的运行状态；另外，测试人员对喘振现象反映的过激性和迟钝性不同，所观察和读出的喘振点参数与实际参数会有所误差，由于喘振测试人员对防喘振曲线的理解不同，最终会影响到测试出的喘振曲线的准确性和统一性。总之，人工测试透平压缩机喘振曲线，难以形成一个统一的标准和对喘振判断的指标，所得的喘振曲线有可能与透平压缩机的实际喘振曲线有较大的偏差，这样就会造成防喘振曲线设置不准确，对透平压缩机的运行造成不良的影响。第二，人工测试透平压缩机喘振曲线时，测试人员当判断透平压缩机发生喘振时，都会采取紧急操作措施，使透平压缩机进入安全运行状态。这样的操作使透平压缩机的运行工况发生剧烈的变化，严格来说，这样的操作对透平压缩机及相关装置会带来相应的危害，应予以避免。第三，人工测试透平压缩机喘振曲线，需压缩机制造厂家委派专业人员来实际操作测试，不但人工成本高，同时还受时空的限制，缺少及时性。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种透平压缩机喘振的自动测试方法，该方法利用透平压缩机的自动喘振测试，并自动设置喘振线和防喘振线，取代了由人工操作，凭经验测试透平压缩机的喘振和设置喘振曲线及防喘振曲线的落后方法，有效避免了人工测试透平压缩机喘振曲线易产生较大误差，减少了透平压缩机喘振测试的人力投入，并且避免了紧急操作措施导致的透平压缩机运行工况发生剧烈变化，保证透平压缩机喘振测试能即时进行。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术解决方案：

一种透平压缩机喘振的自动测试方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

1)确定预期的喘振测试点：从透平压缩机喘振曲线上的气动计算点中随机选取3～6个作为预期的喘振测试点；

2)测试点的输入：输入一个预期的喘振测试点所表示的透平压缩机工况节机构的静叶角度值和/或机组转速值，以及排气压力值和/或流量；

3)透平压缩机的置位：机组控制***控制透平压缩机工况调节机构和/或转速调节机构将透平压缩机设置到输入的预期的喘振测试点所表示的静叶角度值和/或机组转速值；

4)测试参数采集：当透平压缩机置于预期的喘振测试点后，机组控制***控制测试参数采集器以一定频率采集透平压缩机的工况参数值，所述工况参数值包括透平压缩机的开度(ZT)、转速(SE)、入口温度(TE)、流量或喉部差压(PdT)及进口压力、排气压力(PT、PT1、PT2)；

5)喘振工况判断：比较采集到的相邻两组工况参数值，在其它测试条件均相同的情况下，若两组工况参数值中的排气压力与流量同时降低，则判断透平压缩机进入喘振工况；

6)喘振工况的平稳逼近和快速脱离：在透平压缩机未进入喘振工况时，由防喘振调节机构控制器控制防喘振调节阀门的开度关小；如果判断透平压缩机处于喘振工况，则认为透平压缩机到达了实际喘振点，此时执行步骤7)，同时，由防喘振调节机构控制器控制防喘振调节阀门开度增加；

7)喘振参数的存储：将两组工况参数值中前一组的排气压力、流量为预期的测试值存储到喘振点参数存储器内，当前的预期喘振测试点的测试结束，执行步骤8)；

8)判断喘振测试是否继续：机组控制***提醒喘振测试操作者决定喘振测试是否继续进行，如果是，则执行步骤2)至步骤8)，直至所有预期喘振测试点测试完毕；否则结束测试，执行步骤9)；

9)生成喘振曲线：测试结束后，经喘振测试操作者确认，机组控制***读取喘振点参数存储器存储的测试得到的喘振工况参数，经曲线拟合生成透平压缩机的实际喘振曲线；

10)生成防喘振曲线：喘振测试操作者输入防喘振曲线裕度系数，机组控制***将喘振曲线按该裕度系数向下方平移得到透平压缩机的防喘振曲线。

进一步的，所述步骤3)中对于不同类型的透平压缩机分别操作如下：①对于定转速静叶可调的AV系列透平压缩机，将透平压缩机置于预期的喘振测试点表示的静叶角度；②对于变转速静叶可调的AV系列透平压缩机，将透平压缩机置于喘振测试点表示的静叶角度，将透平压缩机置于预期的喘振测试点表示的机组转速值；③对于变转速透平压缩机，将透平压缩机置于预期的喘振测试点表示的机组转速值。

进一步的，所述步骤4)中测试参数采集器7采集透平压缩机的工况参数的频率为300～500毫秒/次。

进一步的，所述步骤10)中的裕度系数取5％～10％。

本发明针对人工测试透平压缩机喘振曲线所存在不足而设置的，与现有的喘振测试方法相比，本发明的有益效果如下：

1)本方法由控制***统一控制代替人工操作，避免了人工测试方法由于人为因素产生的误差和单一性，对发生喘振的情况判断全面、准确而统一。

2)由于本方法的测试过程是根据预先设定好的预置点与实时测量的工况相比较来随时调整测试，因此，最大限度地获得透平压缩机的真实喘振曲线，从而使防喘振曲线的设置准确无误，能保证透平压缩机长期安全稳定的运行。

3)通过控制***随时根据工况控制防喘振阀门的开闭以及开度大小，使透平压缩的喘振测试能平稳进行，避免了人工测试中为了进入平稳工况而采取的紧急措施对透平压缩机带来的危害，使透平压缩机喘振测试能即时进行。

4)本发明在自动测试的基础上，能够由操作员根据测试的情况自由控制是否继续测试，其喘振测试具有可重复性，因此，该方法既节约了人力成本，又能够实时自由控制测试进程。

附图说明

图1是某透平压缩机生产厂家提供的A系列轴流压缩机的喘振曲线。

图2是某透平压缩机生产厂家提供的AV系列轴流压缩机的喘振曲线。

图3是某透平压缩机生产厂家提供的离心压缩机的喘振曲线。

图4为本发明应用于轴流式压缩机的工作流程图。

图5为本发明应用于离心式压缩机的工作流程图。

图6至图11为一具体应用实例的过程监测图。

图6是步骤1)选取得到的预期的喘振测试点。

图7是预期的喘振测试点(330，25)的实测喘振工况图。

图8是预期的喘振测试点(395，30)的实测喘振工况图。

图9是预期的喘振测试点(480，38)的实测喘振工况图。

图10是预期的喘振测试点(575，49)的实测喘振工况图。

图11是测试所得到的透平压缩机的实际喘振曲线和防喘振曲线。其中，位于上方的曲线为喘振曲线，位于下方的曲线为防喘振曲线。

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的解释说明。

具体实施方式

本发明的透平压缩机喘振自动测试方法的流程如图4、图5所示。该方法所应用的机组包括机组控制***、透平压缩机1、透平压缩机工况调节机构2、定转速或变转速的拖动机3、防喘振调节阀门4、转速调节机构8，以及用于测量入口温度的温度传感器(TE)、测量机组转速的转速传感器(SE)、测量透平压缩机工况调节机构开度的位置变送器(ZT)、测量透平压缩机进口流量的变送器(PdT)、测量透平压缩机进口压力、排气压力的变送器(其中，轴流式压缩机的出口管道上设置压力变送器PT测量排气压力，离心式压缩机的进口管道上设置压力变送器PT1测量进口压力，出口管道上设置压力变送器PT2测量排气压力)，上述硬件***用以完成本发明方法的检测、控制、执行功能。

流程图4、图5中所示的功能框如防喘振调节机构控制器6、测试参数采集器7、喘振点参数存储器12、喘振工况判断、生成喘振曲线、生成防喘振曲线，构成了本发明应用的控制、检测、生成的方法，建立于机组控制***之中，其中，防喘振调节机构控制器6用于控制防喘振调节阀门4的开度。

上述温度传感器、转速传感器、位置变送器、差压变送器及压力变送器检测到的参数传送至机组控制***，机组控制***依据图4、图5所示功能，对透平压缩机工况调节机构2、防喘振调节阀门4、转速调节机构8发出控制调节指令，最终完成透平压缩机喘振的自动测试。

本发明的方法具体包括如下步骤：

1)确定预期的喘振测试点：透平压缩机生产厂家所提供的喘振曲线上会明确标注气动计算点及计算点的各项参数。如图1所示，在某A系列轴流压缩机的喘振曲线上标注了6个气动计算点，每个点与图上方的曲线号相对应。由相应曲线号可获得气动计算点透平压缩机工况节机构的开度预置值(静叶开度)、机组转速等参数，由相应点在喘振曲线上的位置可获得喘振工况点的流量(喉部差压)、排气压力等参数。

预期的喘振测试点是从标注的气动计算点中随机选取的3～6个点。例如，图1、图2、图3分别是透平压缩机生产厂家提供的3类透平压缩机的预期性能曲线，依据图1选取6个喘振测试点，依据图2选取7个喘振测试点，依据图3选取5个喘振测试点。

以图2为例，可选取以下7个点作为喘振测试点：

其中，转速SE、静叶角度(开度ZT)为透平压缩机测试的置位值，排气压力PT、流量PdT为测试预期目标值。

2)测试点的输入：输入一个预期的喘振测试点所表示的透平压缩机工况节机构的静叶角度值和/或机组转速值，以及排气压力值和/或流量(喉部差压)；

3)透平压缩机的置位：机组控制***依据输入的预期喘振测试点所表示的透平压缩机工况调节机构的静叶角度值和/或机组转速值，控制透平压缩机工况调节机构2和/或转速调节机构8将透平压缩机组置于当前的喘振测试点，即将透平压缩机设置到喘振测试点所表示的静叶角度和/或转速。对于不同类型的透平压缩机分别操作如下：①对于定转速静叶可调的AV系列透平压缩机，将透平压缩机置于预期的喘振测试点表示的静叶角度；②对于变转速静叶可调的AV系列透平压缩机，将透平压缩机置于喘振测试点表示的静叶角度，将透平压缩机置于预期的喘振测试点表示的机组转速值；③对于变转速透平压缩机，将透平压缩机置于预期的喘振测试点表示的机组转速值；

4)测试参数采集：当透平压缩机置于预期的喘振测试点后，机组控制***控制测试参数采集器7以一定的频率(该频率一般设定为300～500毫秒/次)采集透平压缩机的工况参数：所述工况参数包括透平压缩机工况调节机构的静叶开度(ZT)、转速(SE)、入口温度(TE)、流量或喉部差压(PdT)及进口压力、排气压力(PT、PT1、PT2)，工况参数用以判断透平压缩机是否进入喘振工况；

5)喘振工况判断：比较采集到的相邻两组工况参数值，在其它测试条件均相同的情况下，若两组工况参数值中的排气压力与流量同时降低，则判断透平压缩机进入喘振工况；

6)喘振工况的平稳逼近和快速脱离：在透平压缩机未进入喘振工况时，由防喘振调节机构控制器6控制防喘振调节阀门4的开度缓慢关小，以使透平压缩机的工况点缓慢而平稳的逼近喘振工况点；如果判断透平压缩机处于喘振工况，则认为透平压缩机到达了实际喘振点，此时执行步骤7)，同时，由防喘振调节机构控制器(6)控制防喘振调节阀门4开度迅速增加，使透平压缩机快速而平稳地脱离喘振工况，而不影响机组的继续安全运行；

7)喘振参数的存储：将两组工况参数值中前一组的排气压力、流量为预期的测试值存储到喘振点参数存储器12内，当前的预期喘振测试点的测试结束，执行步骤8)；

8)判断喘振测试是否继续：当前喘振点测试完成后，机组控制***提醒喘振测试操作者决定喘振测试是否继续进行，是则执行步骤2)至步骤8)，直至所有预期喘振测试点测试完毕；否则结束测试，执行步骤9)；

9)生成喘振曲线：测试结束后，经喘振测试操作者确认，机组控制***读取喘振点参数存储器(12)存储的测试得到的喘振工况参数，经曲线拟合生成透平压缩机的实际喘振曲线；

10)生成防喘振曲线：喘振测试操作者输入防喘振曲线裕度系数，该裕度系数取为5％～10％，机组控制***将喘振曲线按输入的裕度系数向下方平移得到透平压缩机的防喘振曲线。

实施例1：

参见图6至图11，发明人利用下面的应用案例对本发明的方法进一步解释说明，该实施例选用透平压缩机为AV系列轴流压缩机。首先，按照本发明的方法步骤进行编程，然后使用机组控制***依据程序对机组进行自动控制，最终得到该透平压缩机的防喘振曲线。

如图6所示，本实施例从待测试的轴流压缩机气动计算得到的喘振曲线上选择了4个预期的喘振测试点：(330，25)、(395，30)、(480，38)和(575，49)，对确定的4个喘振测试点按照本发明的步骤2)至步骤8)分别进行输入并进行实际测试，得到的每个喘振测试点的工况参数如图7至图10所示；图7预期的喘振测试点为(330，25)，即排气压力330Kp，静叶角度为25°，实际测试得到的喘振点为(320，2.9)，即排气压力320Kp，喉部差压2.9Kp；图8预期的喘振测试点为(395，30)，实际测试到的喘振点为(380.2，3.88)；图9预期的喘振测试点为(480，38)，实际测试到的喘振点为(470.2，5.58)；图10预期的喘振测试点为(575，49)，实际测试到的喘振点为(564.5，7.96)；按照本发明的步骤9)至步骤10)得到的实际喘振曲线和防喘振曲线如图11所示，图中位于上方的曲线为喘振曲线，位于下方的曲线为防喘振曲线。其中，根据实际需要，步骤9)输入的裕度系数为8％。

Claims (4)

1.一种透平压缩机喘振的自动测试方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

1)确定预期的喘振测试点：从透平压缩机喘振曲线上的气动计算点中随机选取3～6个作为预期的喘振测试点；

2)测试点的输入：输入一个预期的喘振测试点所表示的透平压缩机工况节机构的静叶角度值和/或机组转速值，以及排气压力值和/或流量；

3)透平压缩机的置位：机组控制***控制透平压缩机工况调节机构(2)和/或转速调节机构(8)将透平压缩机设置到输入的预期的喘振测试点所表示的静叶角度值和/或机组转速值；

4)测试参数采集：当透平压缩机置于预期的喘振测试点后，机组控制***控制测试参数采集器(7)以一定频率采集透平压缩机的工况参数值，所述工况参数值包括透平压缩机的开度(ZT)、转速(SE)、入口温度(TE)、流量或喉部差压(PdT)及进口压力、排气压力(PT、PT1、PT2)；

5)喘振工况判断：比较采集到的相邻两组工况参数值，在其它测试条件均相同的情况下，若两组工况参数值中的排气压力与流量同时降低，则判断透平压缩机进入喘振工况；

6)喘振工况的平稳逼近和快速脱离：在透平压缩机未进入喘振工况时，由防喘振调节机构控制器(6)控制防喘振调节阀门(4)的开度关小；如果判断透平压缩机处于喘振工况，则认为透平压缩机到达了实际喘振点，此时执行步骤7)，同时，由防喘振调节机构控制器(6)控制防喘振调节阀门(4)开度增加；

7)喘振参数的存储：将两组工况参数值中前一组的排气压力、流量为预期的测试值存储到喘振点参数存储器(12)内，当前的预期喘振测试点的测试结束，执行步骤8)；

8)判断喘振测试是否继续：机组控制***提醒喘振测试操作者决定喘振测试是否继续进行，如果是，则执行步骤2)至步骤8)，直至所有预期喘振测试点测试完毕；否则结束测试，执行步骤9)；

9)生成喘振曲线：测试结束后，经喘振测试操作者确认，机组控制***读取喘振点参数存储器(12)存储的测试得到的喘振工况参数，经曲线拟合生成透平压缩机的实际喘振曲线；

10)生成防喘振曲线：喘振测试操作者输入防喘振曲线裕度系数，机组控制***将喘振曲线按该裕度系数向下方平移得到透平压缩机的防喘振曲线。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3)中对于不同类型的透平压缩机分别操作如下：①对于定转速静叶可调的AV系列透平压缩机，将透平压缩机置于预期的喘振测试点表示的静叶角度；②对于变转速静叶可调的AV系列透平压缩机，将透平压缩机置于喘振测试点表示的静叶角度，将透平压缩机置于预期的喘振测试点表示的机组转速值；③对于变转速透平压缩机，将透平压缩机置于预期的喘振测试点表示的机组转速值。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4)中测试参数采集器7采集透平压缩机的工况参数的频率为300～500毫秒/次。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤10)中的裕度系数取5％～10％。

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