用于控制渦輪壓縮機的方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開內(nèi)容設(shè)及壓縮機系統(tǒng)，并且更具體地設(shè)及包括用于處理氣流的軸流式和/ 或離屯、式壓縮機的滿輪壓縮機系統(tǒng)。本公開內(nèi)容的主題具體地關(guān)于用于控制壓縮機布置來 防止超出運轉(zhuǎn)包封線的現(xiàn)象如喘振和其它非期望的運轉(zhuǎn)條件的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 滿輪壓縮機為用于升高工作的氣流的壓力的吸收功的滿輪機。工作流體的壓力通 過支承一個或更多個葉輪和/或成圓形布置的一組或更多組葉片的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)將動能加 至連續(xù)工作流體流來升高。在油氣應(yīng)用、制冷系統(tǒng)、燃氣輪機和其它應(yīng)用中，滿輪壓縮機通 常用于天然氣體的管線輸送，例如，將氣體從開采地點移動至消費者位置。
[0003] 穿過滿輪壓縮機的流體流可由各種狀態(tài)影響，導(dǎo)致非穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)，運可導(dǎo)致滿輪 機的嚴重破壞。
[0004] 當(dāng)流過壓縮機的工作流體的壓力增大到超過最大可允許輸出壓力和/或如果流 量下降超過最低限度，則發(fā)生壓縮機喘振。
[0005] 大體上，在壓縮機不可將足夠能量加至工作流體W便克服系統(tǒng)阻力（即，越過系 統(tǒng)的壓頭下降，導(dǎo)致快速流動和排出壓力減小的情形）時，喘振現(xiàn)象發(fā)生。喘振可由高振 動、溫度升高和壓縮機軸的軸承上的軸向推力的快速變化實現(xiàn)。運些現(xiàn)象可嚴重地破壞壓 縮機，且還破壞連接到壓縮機上的系統(tǒng)的構(gòu)件，諸如閥和管線。其它非期望的運轉(zhuǎn)條件可在 滿輪壓縮機的運轉(zhuǎn)期間出現(xiàn)。更具體而言，阻塞（有時也稱為滯止）是增大的流動導(dǎo)致壓 頭快速下降的情況，即，流動的壓縮比增大。在很高流量下運轉(zhuǎn)具有對壓縮機性能的不利影 響，且可導(dǎo)致壓縮機的破壞。
[0006] 為了防止喘振和阻塞現(xiàn)象的出現(xiàn)，控制系統(tǒng)已經(jīng)開發(fā)出，且目前用于滿輪壓縮機 設(shè)備。
[0007] 圖1示意性地示出了系統(tǒng)1的示例性實施例，其包括由原動件5 (例如，電動機、燃 氣輪機或汽輪機等）驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)的滿輪壓縮機3。參考標(biāo)號7指出了吸入管線，從該處，工 作流體給送至滿輪壓縮機的吸入側(cè)或入口側(cè)。參考標(biāo)號9表示輸送管，壓縮的流體經(jīng)由該 處從壓縮機3的排出側(cè)輸送。
[000引圖2示意性地示出了壓縮機性能圖，通常是軸流式壓縮機的壓縮機性能圖。性能 圖顯示了沿豎直軸線的壓力比和在水平軸線上報告的入口體積流。入口流用字母Q表示。 取決于壓縮機的運轉(zhuǎn)條件，例如，旋轉(zhuǎn)速度（rpm)，多個預(yù)計的性能曲線可在性能圖中報告。 各個曲線可對應(yīng)于不同的壓縮機轉(zhuǎn)速。因此，對于給定的壓縮機裝備，性能曲線族可在性能 圖上報告。類似的曲線族可針對滿輪壓縮機的不同裝備或運轉(zhuǎn)條件繪制，例如，針對滿輪壓 縮機可設(shè)有的可變定子導(dǎo)葉（VSV)的不同位置。各個性能曲線由喘振點限制，即，穿過壓縮 機的壓力比和氣流達到某一值的點，超過該值將生成喘振現(xiàn)象。各個性能曲線進一步由阻 塞點限制，超過該點將出現(xiàn)阻塞現(xiàn)象。線化L為所謂的喘振極限線，其由在性能圖上報告的 各種性能曲線的喘振點形成。線化L為由阻塞點形成的阻塞極限線?；疞和化L線限定包 絡(luò)線，即性能圖的一部分，壓縮機的運轉(zhuǎn)點必須保持在其內(nèi)，w確保滿輪壓縮機的穩(wěn)定運轉(zhuǎn) 狀態(tài)且防止喘振W及阻塞狀態(tài)兩者。
[000引S化和化L因此呈現(xiàn)出滿輪壓縮機的運轉(zhuǎn)的極限，超過該極限，滿輪壓縮機將不會 運轉(zhuǎn)來防止喘振和阻塞現(xiàn)象的風(fēng)險。已知的壓縮機系統(tǒng)由控制裝置和布置構(gòu)成，W控制滿 輪壓縮機，使得其將不斷地在性能圖的穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)，即在喘振極限線化L與阻塞極限線化L 之間運轉(zhuǎn)。
[0010] 在圖1的圖解表示中，控制單元11連接到包繞滿輪壓縮機的各種工具上，W確定 滿輪機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，且提供抗喘振控制和抗阻塞控制，W用于防止出現(xiàn)喘振和阻塞現(xiàn)象。
[0011] 更具體而言，如在圖1中所示，控制單元11連接到流動測量裝置上，也稱為流動元 件13,其設(shè)計和構(gòu)造成確定滿輪壓縮機3的入口體積流量。入口側(cè)或吸入側(cè)的溫度傳感器 提供了溫度值Ts，且壓力傳感器提供了輸送壓力值Pd和吸入壓力值Ps，或直接提供壓縮比 Pd/Pso
[0012] 基于輸入數(shù)據(jù)，控制單元11能夠確定壓縮機3的每個運轉(zhuǎn)時刻的入口體積流量 和壓力比。運兩個參數(shù)限定了圖2的壓縮機性能圖上的運轉(zhuǎn)點。由于壓縮機的旋轉(zhuǎn)速度 N(rpm)可提供為附加參數(shù)，使得可選擇校正的運轉(zhuǎn)曲線來確定性能圖中的壓縮機運轉(zhuǎn)點的 實際位置。如果運轉(zhuǎn)點移動接近喘振極限線化以則喘振控制系統(tǒng)作用于抗喘振旁通閥15 上。閥15布置在連接壓縮機3的輸送側(cè)和吸入側(cè)的旁通管線17上。由滿輪壓縮機3輸送 的工作流體的一部分可再循環(huán)穿過防喘振閥15(如果需要），W防止喘振現(xiàn)象。當(dāng)輸送壓力 增大使得運轉(zhuǎn)點接近喘振極限線化L時，抗喘振控制布置打開抗喘振旁通閥15,使得穿過 壓縮機的流量可增大且輸送壓力可減小。
[0013]在再循環(huán)穿過喘振閥15之前，工作流體可在換熱器19中冷卻。
[0014]在一些實施例中，喘振控制布置可提供放出管線，抗喘振閥沿其布置且其設(shè)計成 將過程氣體（如果氣體的性質(zhì)允許運樣）排出到環(huán)境中。
[0015]壓縮機的阻塞可通過閉合沿吸入管線7或沿滿輪壓縮機3的上游或下游的排放管 線布置的抗阻塞控制閥來防止。
[0016]實際的已知的解決方案需要流動元件13來出于防止喘振現(xiàn)象的目的確定壓縮機 的運轉(zhuǎn)點。在一些應(yīng)用中，流動元件13可能很笨重，且需要其上游和下游的相對較長的管， W便提供入口流量的正確測量。將測量元件或裝置設(shè)在滿輪壓縮機（具體是空氣滿輪壓縮 機）的入口側(cè)或吸入側(cè)可能是很難的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]本文公開的主題關(guān)于用于提供由至少一個壓縮機組成的壓縮系統(tǒng)的抗喘振控制 的改善的方法和設(shè)備。在一些實施例中，該方法和設(shè)備提供了壓縮機的抗喘振和/或抗阻 塞巧制。
[0018]在一些實施例中，限定了至少一個運轉(zhuǎn)包絡(luò)線，控制壓縮機使得其運轉(zhuǎn)點落入運 轉(zhuǎn)包絡(luò)線內(nèi)。如果運轉(zhuǎn)點落出運轉(zhuǎn)包絡(luò)線或落到運轉(zhuǎn)包絡(luò)線的邊界上，或者如果運轉(zhuǎn)點接 近包絡(luò)線的邊界，則將采取行動。運轉(zhuǎn)包絡(luò)線基于壓縮機的兩個運轉(zhuǎn)參數(shù)的性能圖來限定： 壓縮機的校正速度和壓力比。壓力比為壓縮機的輸送壓力與吸入壓力之間的比。校正速度 限定為由壓縮機處理的氣體的吸入溫度和壓縮機的轉(zhuǎn)速的函數(shù)。校正速度因此與W下比成 比例
其中： Ts為壓縮機入口處的處理流體溫度，W及N為壓縮機的轉(zhuǎn)速。
[0019] 如果氣體成分恒定，則校正速度由上文提到的比限定。因此，本文公開的方法適用 于處理具有已知且恒定的成分（例如，二氧化碳等）的氣體的壓縮機的抗喘振/抗阻塞控 制。
[0020] 運轉(zhuǎn)包絡(luò)線可由吸入極限線、阻塞極限線，W及由最大可容許校正速度和由最小 可容許校正速度界定。
[0021] 如果壓縮機設(shè)有可動入口導(dǎo)葉，即設(shè)有可變定子導(dǎo)葉，則運轉(zhuǎn)包絡(luò)線可對于可變 定子導(dǎo)葉的各個位置限定。因此，根據(jù)一些，多個運轉(zhuǎn)包絡(luò)線在校正速度對壓縮比圖或性能 圖中限定。取決于可變定子導(dǎo)葉的實際位置，選擇對應(yīng)的運轉(zhuǎn)包絡(luò)線W用于抗喘振和/或 抗阻塞控制。由于可變定子導(dǎo)葉的位置通常可連續(xù)方式改變，故根據(jù)一些實施例，確定 有限數(shù)目的運轉(zhuǎn)包絡(luò)線，其對應(yīng)于可變定子導(dǎo)葉的有限數(shù)目的不同位置。如果可變定子導(dǎo) 葉的實際位置不同于已經(jīng)確定包絡(luò)線的那些和為了控制目的而儲存的其相關(guān)數(shù)據(jù)，則例如 通過內(nèi)插數(shù)據(jù)可用的兩個最接近的運轉(zhuǎn)包絡(luò)線的數(shù)據(jù)來計算。
[0022] 因此，根據(jù)一些實施例，提供了一種用于調(diào)節(jié)滿輪壓縮機來防止喘振的方法，包括 W下步驟： 提供前述滿輪壓縮機的至少一個運轉(zhuǎn)狀態(tài)的至少一個喘振極限線和/或至少一個阻 塞線； 連續(xù)地確定壓縮機的運轉(zhuǎn)點，其測量壓縮機