專利名稱：：葉片式流體機(jī)械節(jié)能增效的三因素匹配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及流體輸送
技術(shù)領(lǐng)域：
，是一種葉片式流體機(jī)械節(jié)能增效的新方法，用于化工、發(fā)電、冶金、電力、交通、紡織等行業(yè)。
背景技術(shù)：
：眾所周知，在我國(guó)基礎(chǔ)性工業(yè)領(lǐng)域(化工、發(fā)電、冶金、電力、交通、紡織等)運(yùn)行著大量以葉片形式(軸流、離心，及兩者混合)為氣動(dòng)結(jié)構(gòu)基元的流體輸送機(jī)械，主要包括氣體壓縮機(jī)、通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、和壓氣機(jī)。這類氣體輸送裝置的功率、壓比、流量覆蓋范圍基本上囊括了整個(gè)工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，從計(jì)算機(jī)芯片風(fēng)扇到大型煉鋼企業(yè)的多級(jí)壓氣機(jī)機(jī)群就是一個(gè)有力的佐證，而且大部分是直接依靠電力拖動(dòng)的。因此在完成流體輸送的同時(shí)，消耗巨額的電力，據(jù)統(tǒng)計(jì)表明消耗著全國(guó)工業(yè)用電量的30-40%的比例。另一方面，從能源高效利用的角度出發(fā)，我國(guó)目前在工業(yè)界廣泛運(yùn)行葉片式流體壓縮機(jī)械和現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系還存在很大的空間可以挖潛。依據(jù)最近國(guó)家的節(jié)能增效的目標(biāo)看，"十一五"期間要完成將單位GDP能耗指標(biāo)降低20%的任務(wù)是十分艱巨和困難的，就通用葉片式流體壓縮機(jī)械的節(jié)能空間看，急需發(fā)明新的技術(shù)和方法來(lái)支持我國(guó)持續(xù)性經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式的發(fā)展，使我國(guó)這類裝置的運(yùn)行效率接近西方發(fā)達(dá)國(guó)家的水平，為節(jié)約性社會(huì)的構(gòu)架做出實(shí)質(zhì)性貢獻(xiàn)。目前在工業(yè)界運(yùn)行的葉片式通用流體壓縮機(jī)械的運(yùn)行方式面臨如下幾個(gè)方面的問(wèn)題1、目前我國(guó)流體機(jī)械80%以上的產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率比國(guó)際先進(jìn)水平低2°/。--4%，而實(shí)際運(yùn)行效率比機(jī)組的最高效率點(diǎn)低20—30%的情況極為普遍。2、在實(shí)際運(yùn)行中，依據(jù)流體輸送系統(tǒng)的實(shí)際要求，壓縮機(jī)機(jī)械經(jīng)常在非設(shè)計(jì)狀態(tài)工作，在這種運(yùn)行情況下，在滿足壓比不變的情況下，運(yùn)行效率均會(huì)大幅度的降低。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是要從流體機(jī)械氣動(dòng)熱力學(xué)和控制理論學(xué)科交叉的角度出發(fā)，采用導(dǎo)葉可調(diào)、靜葉可調(diào)、轉(zhuǎn)速可調(diào)三因素優(yōu)化匹配方法，使通道內(nèi)部流動(dòng)分離和摻混損失一直處在最低水平，并在轉(zhuǎn)速低于設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速，且滿足壓比保持不變的前提下，通過(guò)喘振先兆的在線捕捉措施，避免實(shí)際運(yùn)行的流體壓縮機(jī)械進(jìn)入流動(dòng)失穩(wěn)狀態(tài)，維持機(jī)組的穩(wěn)定、高效、安全運(yùn)行。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種葉片式流體機(jī)械節(jié)能增效的三因素匹配方法，用于葉片式通用流體壓縮機(jī)械系統(tǒng)，其整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行是在計(jì)算機(jī)控制下進(jìn)行的，通過(guò)變頻技術(shù)改變壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)速，在新的轉(zhuǎn)速工況下，通過(guò)可控調(diào)節(jié)裝置對(duì)進(jìn)口導(dǎo)葉和下游靜葉進(jìn)行調(diào)節(jié)，使每個(gè)葉片通流部分的進(jìn)氣攻角均保持在6=2°5°的范圍內(nèi)，使葉片通道內(nèi)部的流動(dòng)損失為最小，同時(shí)，在保持壓比不變的條件下，壓縮系統(tǒng)能在小流量范圍穩(wěn)定運(yùn)行，并且通過(guò)喘振先兆診斷及捕捉措施，使機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的區(qū)域拓寬。所述的方法，其包括下述步驟A、整個(gè)過(guò)程是在自適應(yīng)和反饋模式的框架下執(zhí)行的；B、依據(jù)外部管線反饋的壓氣機(jī)流量的需求信號(hào)，通過(guò)壓氣機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)，從進(jìn)口流量測(cè)量裝置和壓氣機(jī)出口壓力測(cè)量裝置采集流量和壓力信號(hào)，經(jīng)過(guò)壓氣機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)在線處理，獲取整個(gè)機(jī)組目前的運(yùn)行狀況，C、對(duì)機(jī)組運(yùn)行狀況與外部管線反饋的壓氣機(jī)流量進(jìn)行比較后，依靠壓氣機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)設(shè)定的控制規(guī)律執(zhí)行在線調(diào)節(jié)步驟o所述的方法，其所述C步中，對(duì)機(jī)組運(yùn)行狀況與外部管線反饋的壓氣機(jī)流量進(jìn)行比較后，若機(jī)組運(yùn)行流量比反饋的流量小時(shí)，則機(jī)組運(yùn)行的工況必須向小流量范圍調(diào)節(jié)，同時(shí)保證壓氣機(jī)出口壓力測(cè)量裝置維持恒定一、小額度降低機(jī)組的轉(zhuǎn)速；二、依靠運(yùn)行數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)向進(jìn)口導(dǎo)葉伺服調(diào)節(jié)器和第一級(jí)靜葉伺服調(diào)節(jié)器發(fā)出調(diào)節(jié)信號(hào)；三、進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉裝置和可調(diào)靜葉裝置在接受到調(diào)節(jié)信號(hào)后，兩裝置的安裝角向減少方向步進(jìn)推進(jìn)；四、在線監(jiān)測(cè)進(jìn)口流量測(cè)量裝置和壓氣機(jī)出口壓力測(cè)量裝置采集流量和壓力信號(hào)；五、將第四步所監(jiān)測(cè)的流量信號(hào)與外部管線反饋的壓氣機(jī)流量信號(hào)進(jìn)行比較，求出差異的絕對(duì)值的需求信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)比較；六、當(dāng)差異的絕對(duì)值不大于千分之五時(shí)，停止向進(jìn)口導(dǎo)葉伺服調(diào)節(jié)器和第一級(jí)靜葉伺服調(diào)節(jié)器發(fā)出調(diào)節(jié)信號(hào)；七、依據(jù)壓氣機(jī)出口壓力測(cè)量裝置和壓氣機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中喘振先兆分析模塊密切監(jiān)視機(jī)組壓力的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)；八、一旦出現(xiàn)喘振先兆，壓氣機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)向壓氣機(jī)喘振放風(fēng)閥發(fā)出控制信號(hào)，打開(kāi)喘振放風(fēng)閥，防止系統(tǒng)進(jìn)入喘振。所述的方法，其所述C步中，對(duì)機(jī)組運(yùn)行狀況與外部管線反饋的壓氣機(jī)流量進(jìn)行比較后，若機(jī)組運(yùn)行流量比反饋的流量大時(shí)，則機(jī)組運(yùn)行的工況必須向大流量范圍調(diào)節(jié)，同時(shí)保證壓氣機(jī)出口壓力測(cè)量裝置維持恒定一、小額度增加機(jī)組的轉(zhuǎn)速；二、依靠運(yùn)行數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)向進(jìn)口導(dǎo)葉伺服調(diào)節(jié)器和第一級(jí)靜葉伺服調(diào)節(jié)器發(fā)出調(diào)節(jié)信號(hào)；三、進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉裝置和可調(diào)靜葉裝置在接受到調(diào)節(jié)信號(hào)后，兩裝置的安裝角向增加方向步進(jìn)推進(jìn)；四、在線監(jiān)測(cè)進(jìn)口流量測(cè)量裝置和壓氣機(jī)出口壓力測(cè)量裝置采集流量和壓力信號(hào)；五、將第四步所監(jiān)測(cè)的流量信號(hào)與外部管線反饋的壓氣機(jī)流量信號(hào)進(jìn)行比較，求出差異的絕對(duì)值的需求信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)比較；六、當(dāng)差異的絕對(duì)值不大于千分之五時(shí)，停止向進(jìn)口導(dǎo)葉伺服調(diào)節(jié)器和第一級(jí)靜葉伺服調(diào)節(jié)器發(fā)出調(diào)節(jié)信號(hào)；七、依據(jù)壓氣機(jī)出口壓力測(cè)量裝置和壓氣機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中喘振先兆分析模塊密切監(jiān)視機(jī)組壓力的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)；八、一旦出現(xiàn)喘振先兆，裝置向壓氣機(jī)喘振放風(fēng)閥發(fā)出控制信號(hào)，打開(kāi)喘振放風(fēng)閥，防止系統(tǒng)進(jìn)入喘振。本發(fā)明在壓縮機(jī)械設(shè)計(jì)方面提供一種提高設(shè)計(jì)效率的方法，采用本發(fā)明方法可提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率，并保持系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。本發(fā)明在提高流體壓縮機(jī)械效率和拓寬穩(wěn)定性方面與現(xiàn)在運(yùn)行的技術(shù)有很大的區(qū)別現(xiàn)在通用流體機(jī)械僅有依靠調(diào)節(jié)進(jìn)口導(dǎo)葉安裝角的方式，喘振監(jiān)測(cè)是依靠設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留的喘振裕度加快速在流體壓縮機(jī)械出口放氣的被動(dòng)方式，沒(méi)有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置。而本發(fā)明的幾個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)體現(xiàn)在1)機(jī)組與調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的連接方式不同機(jī)組是在計(jì)算機(jī)在線檢測(cè)/控制單元與機(jī)組連接基礎(chǔ)上執(zhí)行的；2)調(diào)節(jié)與控制裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)置不同機(jī)組效率提高的途徑是依靠進(jìn)口導(dǎo)葉安裝角、靜葉安裝角、和轉(zhuǎn)速步進(jìn)調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，喘振監(jiān)測(cè)是依靠計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)，捕捉喘振先兆的動(dòng)態(tài)特征來(lái)實(shí)現(xiàn)的，效率提高和穩(wěn)定性拓寬均是建立在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)采集與分析基礎(chǔ)上的；3)結(jié)構(gòu)方式也有區(qū)別所發(fā)明的結(jié)構(gòu)方式是既涉及到效率提高的調(diào)控結(jié)構(gòu)，又將喘振監(jiān)測(cè)設(shè)定在現(xiàn)代數(shù)據(jù)采集與分析的基礎(chǔ)上。圖1是一常見(jiàn)軸流壓氣機(jī)特性曲線；圖2是變轉(zhuǎn)速，恒定壓比系統(tǒng)進(jìn)入喘振的示意圖3是壓氣機(jī)單排葉片速度三角形變化趨勢(shì)示意圖4是本發(fā)明的可調(diào)導(dǎo)葉、可調(diào)靜葉、和變轉(zhuǎn)速兩級(jí)軸流壓氣機(jī)示意圖5是本發(fā)明導(dǎo)葉可調(diào)、靜葉可調(diào)、轉(zhuǎn)速可調(diào)三因素優(yōu)化匹配示意圖6為不同轉(zhuǎn)速下導(dǎo)葉、靜葉的調(diào)節(jié)規(guī)律示意圖。具體實(shí)施例方式為了陳述清楚本發(fā)明的核心內(nèi)容，現(xiàn)以某軸流壓氣機(jī)的特性曲線(見(jiàn)圖1)進(jìn)行說(shuō)明。喘振線左端為原機(jī)組不能工作的區(qū)域，系統(tǒng)一旦進(jìn)入這一區(qū)域會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的流體振蕩，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生機(jī)毀人亡的災(zāi)難性事故，實(shí)際運(yùn)行時(shí)均匹配喘振預(yù)報(bào)和防喘振措施。點(diǎn)劃線為效率相等的工作點(diǎn)，而且隨著橢圓封閉區(qū)域的減少，效率會(huì)增加。圖1中的nl、n2、n3、n4、n5、n6曲線，為壓氣機(jī)在不同等轉(zhuǎn)速下運(yùn)行的特性線，以n5為設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速，特性線表示了機(jī)組壓比與流量的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在導(dǎo)葉和靜葉固定安裝角不變的情況下，在等轉(zhuǎn)速線的條件下，壓比隨流量的降低而增加，實(shí)際運(yùn)行時(shí)為了避免喘振，都留有一定的喘振裕度，一般為10—15%的范圍，也就是運(yùn)行工作點(diǎn)遠(yuǎn)離喘振邊界線。這就是目前工業(yè)界實(shí)際運(yùn)行流體壓縮機(jī)普遍遵循的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。當(dāng)轉(zhuǎn)速降低，也就是運(yùn)行工況離開(kāi)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速n5時(shí)，要保證相同的壓比，就會(huì)出現(xiàn)圖2的現(xiàn)象。例如當(dāng)轉(zhuǎn)速在n4時(shí)，要保證與n5運(yùn)行的相同壓比，則機(jī)組必定要進(jìn)入不可運(yùn)行的區(qū)域，這就是工作點(diǎn)必須出現(xiàn)在喘振邊界線的左端。以軸流壓氣機(jī)單排動(dòng)葉的速度三角形(圖3)變化為切入點(diǎn)，可以在機(jī)理上解釋這一流動(dòng)失穩(wěn)現(xiàn)象。圖3中的Va是進(jìn)氣的軸向速度，Vl是進(jìn)氣的相對(duì)速度，U是葉片旋轉(zhuǎn)在R半徑處的切向速度，al是進(jìn)氣角，Pl是葉片的安裝角，一般情況下氣體的入口攻角S^l-ph20-5^時(shí)，葉片通道內(nèi)部的流動(dòng)損失為最小。因此，在設(shè)計(jì)狀態(tài)下，攻角都設(shè)置在2、5、依據(jù)吳仲華轉(zhuǎn)焓恒定的原理，假使馬赫數(shù)小于0.28，近似認(rèn)為是不可壓縮流動(dòng)，則壓比與相對(duì)轉(zhuǎn)速的關(guān)系為、，/o逗可見(jiàn)，壓比、流量和葉片通道流動(dòng)損失是有嚴(yán)格的關(guān)系的。如果在恒定轉(zhuǎn)速的條件下，要提高壓比，流量必須降低，則Va與VI的夾角al必須加大，則5=al-pi>5fl，葉片吸力面的分離必定加大，通道內(nèi)部的流動(dòng)分離就會(huì)加大，流動(dòng)損失就會(huì)加大，另一方面，通道內(nèi)部的分離團(tuán)就會(huì)形成不穩(wěn)定分離團(tuán)，相對(duì)于葉片旋轉(zhuǎn)的方向反向旋轉(zhuǎn)，壓氣機(jī)進(jìn)入喘振和旋轉(zhuǎn)失速。這是在轉(zhuǎn)速不變的情況下，壓氣機(jī)進(jìn)入喘振左端區(qū)域的物理解釋。圖2是當(dāng)壓氣機(jī)偏離設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速n5時(shí)，如果要保持壓比恒定，在n4轉(zhuǎn)速下，壓氣機(jī)要進(jìn)入喘振區(qū)域的示意圖，因?yàn)檗D(zhuǎn)速下降，給壓氣機(jī)提供的功必然下降，而要維持壓比恒定，則兩個(gè)相對(duì)速度的平方差不變，或者說(shuō)相對(duì)速度的大小不能有大的改變，為保持這一關(guān)系，這時(shí)流量必須下降。必然導(dǎo)致Va與VI的夾角al加大，吸力面分離加劇，壓氣機(jī)進(jìn)入如圖2所示的左端區(qū)域。可見(jiàn)，在現(xiàn)有固定的進(jìn)口導(dǎo)葉和固定的靜葉安裝角的前提下，機(jī)組要維持相同壓比下，維持系統(tǒng)高效穩(wěn)定運(yùn)行是不可能的。本發(fā)明的目的是在滿足壓比恒定不變的條件下，改善和提高非設(shè)計(jì)工況的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性，實(shí)際運(yùn)行的軸流壓氣機(jī)大多數(shù)是多級(jí)環(huán)境，氣動(dòng)部件包括進(jìn)口導(dǎo)葉、動(dòng)葉、靜葉。見(jiàn)圖4是簡(jiǎn)化的二級(jí)軸流壓氣機(jī)的氣動(dòng)布局。通過(guò)變頻技術(shù)改變壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)速，在新的轉(zhuǎn)速環(huán)境下，通過(guò)可控調(diào)節(jié)裝置對(duì)進(jìn)口導(dǎo)葉和下游靜葉進(jìn)行調(diào)節(jié)，使每個(gè)葉片通流部分的進(jìn)氣攻角均保持在調(diào)整S=2e-5e的范圍，使通道內(nèi)部的流動(dòng)損失為最小，這種運(yùn)行方式可突破傳統(tǒng)概念下的喘振邊界，機(jī)組能在臨近喘振線的左端工作，同時(shí)通過(guò)喘振先兆診斷裝置捕捉系統(tǒng)流動(dòng)失穩(wěn)信號(hào)，使得流體壓縮機(jī)械能在高效、高穩(wěn)定條件下工作。通過(guò)壓氣機(jī)的流量變化、壓力變化、和轉(zhuǎn)速變化，從氣動(dòng)熱力學(xué)的角度，匹配進(jìn)口導(dǎo)葉、靜葉的安裝角，保持壓氣機(jī)始終處在葉片通道內(nèi)部流體分離和摻混的損失為最小狀態(tài)，同時(shí)通過(guò)在線動(dòng)態(tài)調(diào)整的控制措施改變進(jìn)口導(dǎo)葉和靜葉的安裝角，另一方面，通過(guò)壓氣機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)集成喘振監(jiān)測(cè)模塊診斷系統(tǒng)的喘振先兆，為防止系統(tǒng)進(jìn)入喘振提供預(yù)防措施和方案。整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行是在計(jì)算機(jī)優(yōu)化控制方案的條件下進(jìn)行的。圖5是本發(fā)明方法的導(dǎo)葉可調(diào)、靜葉可調(diào)、轉(zhuǎn)速可調(diào)三因素優(yōu)化匹配裝置結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明方法的控制裝置由l一壓氣機(jī)機(jī)匣，2—進(jìn)口導(dǎo)葉伺服調(diào)節(jié)器，3—進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉裝置，4一進(jìn)口流量測(cè)量裝置，5—第一級(jí)靜葉伺服調(diào)節(jié)器，6—可調(diào)靜葉裝置，7—壓氣機(jī)出口壓力測(cè)量裝置，8—壓氣機(jī)喘振放風(fēng)閥，9—外部管線反饋的壓氣機(jī)流量需求信號(hào)，10_壓氣機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)集成。本發(fā)明控制裝置中各部件、及各部件的連接組裝都是已有技術(shù)，在此不作贅述。本發(fā)明方法的控制裝置中各部件的功能如下1—壓氣機(jī)機(jī)匣，為壓氣機(jī)的導(dǎo)葉和靜葉提供支撐，并將壓縮氣體封閉在通道內(nèi)；2—進(jìn)口導(dǎo)葉伺服調(diào)節(jié)器，與壓氣機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)集成10結(jié)合起來(lái)，在獲得控制系統(tǒng)的控制輸入信號(hào)后，通過(guò)伺服裝置完成進(jìn)口導(dǎo)葉安裝角的調(diào)正，調(diào)節(jié)精度的誤差為0.05°;3—進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉裝置，與進(jìn)口導(dǎo)葉伺服調(diào)節(jié)器2—起動(dòng)作，完成導(dǎo)葉姿態(tài)的調(diào)整；4一進(jìn)口流量測(cè)量裝置，與壓氣機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)10中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)聯(lián)結(jié)在一起，對(duì)壓氣機(jī)的流量進(jìn)行在線動(dòng)態(tài)采集，并與壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)連鎖在一起，為系統(tǒng)整體控制提供非設(shè)計(jì)狀態(tài)的準(zhǔn)確輸入信號(hào)，通過(guò)壓氣機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)10中數(shù)值分析分析模塊完成導(dǎo)葉可調(diào)安裝角和靜葉安裝角的設(shè)定；5—第一級(jí)靜葉伺服調(diào)節(jié)器，與壓氣機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)集成10結(jié)合起來(lái)，在獲得控制系統(tǒng)的控制輸入信號(hào)后，通過(guò)伺服裝置完成靜葉安裝角的調(diào)正，調(diào)節(jié)精度的誤差為0.05°;6—可調(diào)靜葉裝置，與第一級(jí)靜葉伺服調(diào)節(jié)器5—起動(dòng)作，完成靜葉姿態(tài)的調(diào)整；7—壓氣機(jī)出口壓力測(cè)量裝置，與壓氣機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)10中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)聯(lián)結(jié)在一起，對(duì)壓氣機(jī)運(yùn)行的出口壓力進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，并與壓氣機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)釆集和控制系統(tǒng)10中喘振先兆分析模塊聯(lián)系起來(lái)，一旦在動(dòng)態(tài)壓力信號(hào)中出現(xiàn)喘振先兆信號(hào)，則發(fā)出控制輸出信號(hào)，打開(kāi)壓氣機(jī)喘振放風(fēng)閥8，防止系統(tǒng)進(jìn)入喘振；8—壓氣機(jī)喘振放風(fēng)閥，與壓氣機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)集成10結(jié)合起來(lái)，執(zhí)行系統(tǒng)發(fā)出的喘振控制信號(hào)，防止系統(tǒng)進(jìn)入喘振；9一外部管線反饋的壓氣機(jī)流量需求信號(hào)，為氣體壓縮系統(tǒng)提供管網(wǎng)目前的運(yùn)行狀態(tài)，確定壓縮系統(tǒng)應(yīng)該輸出的流量，為系統(tǒng)提供調(diào)節(jié)進(jìn)口導(dǎo)葉和靜葉安裝角的指令；10—壓氣機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)釆集和控制系統(tǒng)集成，是整個(gè)系統(tǒng)的信號(hào)分析、控制指令發(fā)出、數(shù)據(jù)采集、喘振動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的中央處理器。上段結(jié)合圖5，介紹了10個(gè)部件在發(fā)明中的作用。本發(fā)明方法的具體執(zhí)行步驟如下依據(jù)外部管線反饋的壓氣機(jī)流量9的需求信號(hào)，通過(guò)壓氣機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)10，從進(jìn)口流量測(cè)量裝置4和壓氣機(jī)出口壓力測(cè)量裝置7采集流量和壓力信號(hào)，經(jīng)過(guò)壓氣機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)10的數(shù)據(jù)在線處理，獲取整個(gè)機(jī)組目前的運(yùn)行狀況，在確認(rèn)機(jī)組運(yùn)行狀況與外部管線反饋的壓氣機(jī)流量9的比較后，依靠壓氣機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)10設(shè)定的控制規(guī)律執(zhí)行在線調(diào)節(jié)步驟。ll一步驟一當(dāng)機(jī)組運(yùn)行流量比壓氣機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)10反饋的流量小時(shí)，則機(jī)組運(yùn)行的工況必須向小流量范圍調(diào)節(jié)，但必須保證壓氣機(jī)出口壓力測(cè)量裝置7維持恒定。一、小額度降低機(jī)組的轉(zhuǎn)速；二、依靠運(yùn)行數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)10向進(jìn)口導(dǎo)葉伺服調(diào)節(jié)器2和第一級(jí)靜葉伺服調(diào)節(jié)器5發(fā)出調(diào)節(jié)信號(hào)；三、進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉裝置3和可調(diào)靜葉裝置6在接受到調(diào)節(jié)信號(hào)后，兩裝置的安裝角向減少方向步進(jìn)推進(jìn)；四、在線監(jiān)測(cè)進(jìn)口流量測(cè)量裝置4和壓氣機(jī)出口壓力測(cè)量裝置7所采集流量和壓力信號(hào)；五、將所監(jiān)測(cè)的流量信號(hào)與外部管線反饋的壓氣機(jī)流量9信號(hào)進(jìn)行比較，求出差異的絕對(duì)值的需求信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)比較；六、當(dāng)差異的絕對(duì)值不大于千分之五時(shí)，停止向進(jìn)口導(dǎo)葉伺服調(diào)節(jié)器2和第一級(jí)靜葉伺服調(diào)節(jié)器5發(fā)出調(diào)節(jié)信號(hào)；七、依據(jù)壓氣機(jī)出口壓力測(cè)量裝置7和壓氣機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)10中喘振先兆分析模塊密切監(jiān)視機(jī)組壓力的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)，八、一旦出現(xiàn)喘振先兆，壓氣機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)10向壓氣機(jī)喘振放風(fēng)閥發(fā)出控制信號(hào)，打開(kāi)喘振放風(fēng)閥，防止系統(tǒng)進(jìn)入喘振。整個(gè)過(guò)程是在自適應(yīng)和反饋模式的框架下執(zhí)行的。12—步驟二當(dāng)機(jī)組運(yùn)行流量比壓氣機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)10反饋的流量大時(shí)，則機(jī)組運(yùn)行的工況必須向大流量范圍調(diào)節(jié)，但必須保證壓氣機(jī)出口壓力測(cè)量裝置7維持恒定。一、小額度增加機(jī)組的轉(zhuǎn)速；二、依靠運(yùn)行數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)10向進(jìn)口導(dǎo)葉伺服調(diào)節(jié)器2和第一級(jí)靜葉伺服調(diào)節(jié)器5發(fā)出調(diào)節(jié)信號(hào)；三、進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉裝置3和可調(diào)靜葉裝置6在接受到調(diào)節(jié)信號(hào)后，兩裝置的安裝角向增加方向步進(jìn)推進(jìn)；四、在線監(jiān)測(cè)進(jìn)口流量測(cè)量裝置4和壓氣機(jī)出口壓力測(cè)量裝置7所采集流量和壓力信號(hào)；五、將所監(jiān)測(cè)的流量信號(hào)與外部管線反饋的壓氣機(jī)流量9信號(hào)進(jìn)行比較，求出差異的絕對(duì)值的需求信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)比較；六、當(dāng)差異的絕對(duì)值不大于千分之五時(shí)，停止向進(jìn)口導(dǎo)葉伺服調(diào)節(jié)器2和第一級(jí)靜葉伺服調(diào)節(jié)器5發(fā)出調(diào)節(jié)信號(hào)；七、依據(jù)壓氣機(jī)出口壓力測(cè)量裝置7和壓氣機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)10中喘振先兆分析模塊密切監(jiān)視機(jī)組壓力的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)，八、一旦出現(xiàn)喘振先兆，壓氣機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)10向壓氣機(jī)喘振放風(fēng)閥發(fā)出控制信號(hào)，打開(kāi)喘振放風(fēng)閥，防止系統(tǒng)進(jìn)入喘振。整個(gè)過(guò)程是在自適應(yīng)和反饋模式的框架下執(zhí)行的。本發(fā)明的方法已在三級(jí)軸流壓氣機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該實(shí)驗(yàn)臺(tái)的基本參數(shù)如表l所示，第一級(jí)動(dòng)葉進(jìn)口的設(shè)計(jì)攻角為30°，該壓氣機(jī)由一臺(tái)18.5kw交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)速由一臺(tái)SANKEN變頻器實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)控，其輸出頻率誤差為±0.01%，并且具有轉(zhuǎn)速跟蹤、瞬間電壓補(bǔ)償和瞬停再啟動(dòng)等功能。進(jìn)口導(dǎo)葉和第一級(jí)靜葉的伺服調(diào)節(jié)電機(jī)，采用計(jì)算機(jī)技術(shù)測(cè)量和控制。喘振預(yù)報(bào)裝置采用DSP控制技術(shù)。構(gòu)成了圖5的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)環(huán)境。整個(gè)驗(yàn)證過(guò)程按圖6所示的不同轉(zhuǎn)速下導(dǎo)葉、靜葉的調(diào)節(jié)規(guī)律進(jìn)行，其驗(yàn)證的結(jié)果與本發(fā)明提出的設(shè)想一致。表1低速軸流壓氣機(jī)實(shí)驗(yàn)件的氣動(dòng)及結(jié)構(gòu)參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>權(quán)利要求1、一種葉片式流體機(jī)械節(jié)能增效的三因素匹配方法，用于葉片式通用流體壓縮機(jī)械系統(tǒng)，其特征在于，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行是在計(jì)算機(jī)控制下進(jìn)行的，通過(guò)變頻技術(shù)改變壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)速，在新的轉(zhuǎn)速工況下，通過(guò)可控調(diào)節(jié)裝置對(duì)進(jìn)口導(dǎo)葉和下游靜葉進(jìn)行調(diào)節(jié)，使每個(gè)葉片通流部分的進(jìn)氣攻角均保持在3=2°5°的范圍內(nèi)，使葉片通道內(nèi)部的流動(dòng)損失減小，同時(shí)，在保持壓比不變的條件下，壓縮系統(tǒng)能在小流量范圍穩(wěn)定運(yùn)行，并且通過(guò)喘振先兆診斷及捕捉措施，使機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的區(qū)域拓寬。2、如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括下述步驟A、整個(gè)過(guò)程是在自適應(yīng)和反饋模式的框架下執(zhí)行的；B、依據(jù)外部管線反饋的壓氣機(jī)流量的需求信號(hào)，通過(guò)壓氣機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)，從進(jìn)口流量測(cè)量裝置和壓氣機(jī)出口壓力測(cè)量裝置采集流量和壓力信號(hào)，經(jīng)過(guò)壓氣機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)在線處理，獲取整個(gè)機(jī)組目前的運(yùn)行狀況，C、對(duì)機(jī)組運(yùn)行狀況與外部管線反饋的壓氣機(jī)流量進(jìn)行比較后，依靠壓氣機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)設(shè)定的控制規(guī)律執(zhí)行在線調(diào)節(jié)步驟。3、如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述C步中，對(duì)機(jī)組運(yùn)行狀況與外部管線反饋的壓氣機(jī)流量進(jìn)行比較后，若機(jī)組運(yùn)行流量比反饋的流量小時(shí)，則機(jī)組運(yùn)行的工況必須向小流量范圍調(diào)節(jié)，同時(shí)保證壓氣機(jī)出口壓力測(cè)量裝置維持恒定一、小額度降低機(jī)組的轉(zhuǎn)速；二、依靠運(yùn)行數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)向進(jìn)口導(dǎo)葉伺服調(diào)節(jié)器和第一級(jí)靜葉伺服調(diào)節(jié)器發(fā)出調(diào)節(jié)信號(hào)；三、進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉裝置和可調(diào)靜葉裝置在接受到調(diào)節(jié)信號(hào)后，兩裝置的安裝角向減少方向步進(jìn)推進(jìn)；四、在線監(jiān)測(cè)進(jìn)口流量測(cè)量裝置和壓氣機(jī)出口壓力測(cè)量裝置采集流量和壓力信號(hào)；五、將第四步所監(jiān)測(cè)的流量信號(hào)與外部管線反饋的壓氣機(jī)流量信號(hào)進(jìn)行比較，求出差異的絕對(duì)值的需求信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)比較；六、當(dāng)差異的絕對(duì)值不大于千分之五時(shí)，停止向進(jìn)口導(dǎo)葉伺服調(diào)節(jié)器和第一級(jí)靜葉伺服調(diào)節(jié)器發(fā)出調(diào)節(jié)信號(hào)；七、依據(jù)壓氣機(jī)出口壓力測(cè)量裝置和壓氣機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)釆集和控制系統(tǒng)中喘振先兆分析模塊密切監(jiān)視機(jī)組壓力的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)；八、一旦出現(xiàn)喘振先兆，壓氣機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)向壓氣機(jī)喘振放風(fēng)閥發(fā)出控制信號(hào)，打開(kāi)喘振放風(fēng)閥，防止系統(tǒng)進(jìn)入喘振。4、如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述C步中，對(duì)機(jī)組運(yùn)行狀況與外部管線反饋的壓氣機(jī)流量進(jìn)行比較后，若機(jī)組運(yùn)行流量比反饋的流量大時(shí)，則機(jī)組運(yùn)行的工況必須向大流量范圍調(diào)節(jié)，同時(shí)保證壓氣機(jī)出口壓力測(cè)量裝置維持恒定一、小額度增加機(jī)組的轉(zhuǎn)速；二、依靠運(yùn)行數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)向進(jìn)口導(dǎo)葉伺服調(diào)節(jié)器和第一級(jí)靜葉伺服調(diào)節(jié)器發(fā)出調(diào)節(jié)信號(hào)；三、進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉裝置和可調(diào)靜葉裝置在接受到調(diào)節(jié)信號(hào)后，兩裝置的安裝角向增加方向步進(jìn)推進(jìn)；四、在線監(jiān)測(cè)進(jìn)口流量測(cè)量裝置和壓氣機(jī)出口壓力測(cè)量裝置采集流量和壓力信號(hào)；五、將第四步所監(jiān)測(cè)的流量信號(hào)與外部管線反饋的壓氣機(jī)流量信號(hào)進(jìn)行比較，求出差異的絕對(duì)值的需求信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)比較；六、當(dāng)差異的絕對(duì)值不大于千分之五時(shí)，停止向進(jìn)口導(dǎo)葉伺服調(diào)節(jié)器和第一級(jí)靜葉伺服調(diào)節(jié)器發(fā)出調(diào)節(jié)信號(hào)；七、依據(jù)壓氣機(jī)出口壓力測(cè)量裝置和壓氣機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中喘振先兆分析模塊密切監(jiān)視機(jī)組壓力的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)；八、一旦出現(xiàn)喘振先兆，裝置向壓氣機(jī)喘振放風(fēng)閥發(fā)出控制信號(hào)，打開(kāi)喘振放風(fēng)閥，防止系統(tǒng)進(jìn)入喘振。全文摘要本發(fā)明一種葉片式流體機(jī)械節(jié)能增效的三因素匹配方法，涉及流體輸送技術(shù)，用于葉片式通用流體壓縮機(jī)械系統(tǒng)，其整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行是在計(jì)算機(jī)控制下進(jìn)行的，通過(guò)變頻技術(shù)改變壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)速，在新的轉(zhuǎn)速工況下，通過(guò)可控調(diào)節(jié)裝置對(duì)進(jìn)口導(dǎo)葉和下游靜葉進(jìn)行調(diào)節(jié)，使每個(gè)葉片通流部分的進(jìn)氣攻角均保持在δ＝2°～5°的范圍內(nèi)，使葉片通道內(nèi)部的流動(dòng)損失為最小，同時(shí)，在保持壓比不變的條件下，壓縮系統(tǒng)能在小流量范圍穩(wěn)定運(yùn)行，并且通過(guò)喘振先兆診斷及捕捉措施，使機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的區(qū)域拓寬。文檔編號(hào)F04D27/00GK101311554SQ20071009955公開(kāi)日2008年11月26日申請(qǐng)日期2007年5月24日優(yōu)先權(quán)日2007年5月24日發(fā)明者張宏武,朱俊強(qiáng),聶超群申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所