一種軸流壓縮機(jī)喘振邊界測(cè)定系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及透平壓縮機(jī)喘振邊界測(cè)定領(lǐng)域，特別是涉及一種安裝在連續(xù)式高速風(fēng)洞主回路中的軸流壓縮機(jī)的喘振邊界測(cè)定系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]常規(guī)工業(yè)裝置軸流壓縮機(jī)大多處于開(kāi)式管網(wǎng)，壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速、入口流量、入口壓力均相對(duì)穩(wěn)定、變化較小，而連續(xù)式風(fēng)洞是一種特殊管網(wǎng)，具有區(qū)別于常規(guī)工業(yè)工況的明顯特點(diǎn):風(fēng)洞與軸流壓縮機(jī)形成閉環(huán)回路、管網(wǎng)阻力變化頻繁、壓縮機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速范圍大、運(yùn)行工況多變、個(gè)別工況點(diǎn)靠近喘振區(qū)等，更加容易發(fā)生喘振，且一旦發(fā)生喘振，對(duì)風(fēng)洞回路內(nèi)的設(shè)備和軸流壓縮機(jī)本體的危害極大。
[0003]為避免壓縮機(jī)發(fā)生喘振，確保風(fēng)洞試驗(yàn)安全進(jìn)行，必須設(shè)法獲得準(zhǔn)確的壓縮機(jī)喘振邊界線，以界定出壓縮機(jī)的安全運(yùn)行范圍。理論計(jì)算的喘振邊界線受數(shù)值計(jì)算準(zhǔn)確度、機(jī)組加工誤差等因素影響，與實(shí)際的喘振邊界線往往存在一定偏差，這就需要在風(fēng)洞現(xiàn)場(chǎng)人工實(shí)施喘振測(cè)試，以測(cè)定出壓縮機(jī)實(shí)際喘振邊界線，再在此基礎(chǔ)上留有適量裕度設(shè)置相應(yīng)的防喘振線。
[0004]但是，現(xiàn)階段透平壓縮機(jī)喘振邊界測(cè)定領(lǐng)域，特別是連續(xù)式高速風(fēng)洞應(yīng)用場(chǎng)合，尚沒(méi)有一套能夠應(yīng)用于用戶現(xiàn)場(chǎng)的喘振邊界測(cè)定系統(tǒng)。即使能夠完成喘振邊界測(cè)定的裝置或方法，也存在設(shè)備和操作界面分散、崗位設(shè)置多、程序繁瑣等缺陷，安全風(fēng)險(xiǎn)大、測(cè)定效果不佳；喘振判定裝置和判據(jù)的普適性、可靠性不強(qiáng)，給風(fēng)洞回路內(nèi)的設(shè)備帶來(lái)極大危險(xiǎn)；無(wú)法模擬今后風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ彤a(chǎn)生氣流阻塞、馬赫數(shù)粗/精調(diào)節(jié)、總壓變化等實(shí)際工況，使用工況范圍小、功能少，研宄和生產(chǎn)價(jià)值不佳；相似工況已采用的方法，得到的喘振邊界對(duì)應(yīng)的曲線組成又極其復(fù)雜，可視化效果差、保護(hù)應(yīng)用設(shè)置復(fù)雜，不便人員監(jiān)控。
[0005]可見(jiàn)，現(xiàn)有裝置和方法已不適應(yīng)于我國(guó)不斷提高的連續(xù)式風(fēng)洞建設(shè)、使用需求。因此，亟需開(kāi)發(fā)一種壓縮機(jī)喘振邊界測(cè)定系統(tǒng)，以達(dá)到操作方便、結(jié)果準(zhǔn)確、應(yīng)用便捷、安全可靠地測(cè)定出連續(xù)式風(fēng)洞中軸流壓縮機(jī)喘振邊界的效果。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型的目的是為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種軸流壓縮機(jī)喘振邊界測(cè)定系統(tǒng)。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的采用如下技術(shù)方案:
[0008]一種軸流壓縮機(jī)喘振邊界測(cè)定系統(tǒng)，該系統(tǒng)由監(jiān)控系統(tǒng)與PLC控制系統(tǒng)組成，所述PLC控制系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)之間通過(guò)以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議雙向通信；所述PLC控制系統(tǒng)包括PLC、壓力測(cè)量子系統(tǒng)、靜葉調(diào)節(jié)子系統(tǒng)、壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)子系統(tǒng)、逼喘子系統(tǒng)、喘振判定子系統(tǒng)、快速脫喘子系統(tǒng)、總壓調(diào)節(jié)子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)線與PLC進(jìn)行通信；所述監(jiān)控系統(tǒng)包括基于WinCC組態(tài)軟件的監(jiān)控界面和快速脫喘按鈕，脫喘按鈕與PLC控制系統(tǒng)連接。
[0009]在上述技術(shù)方案中，所述壓力測(cè)量子系統(tǒng)包括設(shè)置在風(fēng)洞穩(wěn)定段的若干總壓傳感器、總溫傳感器和設(shè)置在風(fēng)洞試驗(yàn)段的若干靜壓傳感器，以及設(shè)置在壓縮機(jī)進(jìn)出口的若干靜壓傳感器、溫度傳感器。
[0010]在上述技術(shù)方案中，所述壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)子系統(tǒng)采用高壓交流變頻器驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)，PLC通過(guò)與變頻器的modbus通信和硬接線。
[0011]在上述技術(shù)方案中，所述逼喘子系統(tǒng)采用防喘振閥和二喉道型面機(jī)構(gòu)作為逼喘機(jī)構(gòu)，所述二喉道型面機(jī)構(gòu)包括二喉道中心體與三段調(diào)節(jié)片。
[0012]在上述技術(shù)方案中，所述二喉道中心體與三段調(diào)節(jié)片通過(guò)型面調(diào)節(jié)來(lái)減小或增大二喉道通流截面積。
[0013]在上述技術(shù)方案中，所述快速脫喘子系統(tǒng)，采用風(fēng)洞回路上的防喘振旁路和防喘振閥作為快速脫喘動(dòng)作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述防喘振閥直接與脫喘按鈕連接，由脫喘按鈕控制防喘振閥的快開(kāi)功能。
[0014]在上述技術(shù)方案中，所述脫喘按鈕通過(guò)PLC控制系統(tǒng)中PLC與脫喘按鈕連接，在監(jiān)控界面上設(shè)置虛擬脫喘按鈕與防喘振閥快開(kāi)功能聯(lián)鎖。
[0015]一種軸流壓縮機(jī)喘振邊界測(cè)定系統(tǒng)的喘振邊界測(cè)定方法，包括以下步驟:
[0016]步驟一:喘振邊界測(cè)定開(kāi)始后，通過(guò)在監(jiān)控界面依次輸入目標(biāo)靜葉角度、目標(biāo)壓力，利用靜葉調(diào)節(jié)子系統(tǒng)、風(fēng)洞總壓調(diào)節(jié)子系統(tǒng)分別將靜葉角度和風(fēng)洞總壓調(diào)整至目標(biāo)值，并在測(cè)定過(guò)程中保持；
[0017]步驟二:在監(jiān)控界面輸入目標(biāo)轉(zhuǎn)速，利用壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)子系統(tǒng)，采取從低轉(zhuǎn)速開(kāi)始，每一個(gè)階梯轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，再通過(guò)控制參數(shù)設(shè)置界面逐漸關(guān)閉防喘振閥、調(diào)節(jié)二喉道中心體和調(diào)節(jié)片的方式進(jìn)行逼喘，通過(guò)喘振判定子系統(tǒng)確認(rèn)是否喘振，發(fā)生喘振則立即按下快速脫喘按鈕，壓縮機(jī)快速脫離喘振區(qū)，進(jìn)入安全工作狀態(tài)；
[0018]步驟三:步驟二結(jié)束后此時(shí)體積流量Q和壓比ε對(duì)應(yīng)的工況點(diǎn)(流量最小、壓比最高)即為壓縮機(jī)在當(dāng)前轉(zhuǎn)速階梯的喘振點(diǎn)；否則，以失速點(diǎn)或流量最小、壓比最大的工況點(diǎn)作為“替代”喘振點(diǎn)；當(dāng)?shù)玫疆?dāng)前轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的喘振點(diǎn)后，升速至下一個(gè)轉(zhuǎn)速階梯并重復(fù)逼喘過(guò)程；
[0019]步驟四:監(jiān)控界面全程實(shí)時(shí)記錄喘振邊界測(cè)定過(guò)程的數(shù)據(jù)，試驗(yàn)中或試驗(yàn)后，通過(guò)對(duì)存檔數(shù)據(jù)的分析即可得到已完成或所有喘振點(diǎn)的數(shù)據(jù)；最終，將得到的所有轉(zhuǎn)速階梯的喘振點(diǎn)連接成線后，即是該風(fēng)洞總壓和壓縮機(jī)目標(biāo)靜葉角下全工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的壓縮機(jī)喘振邊界。
[0020]在上述步驟三中的“替代”喘振點(diǎn)選取方法為:在逼喘過(guò)程中，可能產(chǎn)生喘振、先失速(失速判據(jù)為壓縮機(jī)壓比突然降低)后喘振、只失速不喘振、既不失速也不喘振四種結(jié)果，對(duì)于后三種情況選擇失速點(diǎn)或流量最小、壓比最大的工況點(diǎn)作為“替代”喘振點(diǎn)。
[0021]在上述的壓縮機(jī)喘振的判定方法為:所述喘振判定子系統(tǒng)采用在壓縮機(jī)進(jìn)、排氣側(cè)安裝精密壓力表，觀察指針擺動(dòng)的測(cè)壓法，來(lái)進(jìn)行壓縮機(jī)喘振判定。
[0022]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型解決了目前對(duì)連續(xù)式高速風(fēng)洞軸流壓縮機(jī)喘振邊界的測(cè)定，并且相較于現(xiàn)有系統(tǒng)、裝置和方法，操作界面統(tǒng)一規(guī)整、使用簡(jiǎn)單；喘振判定更加可靠、準(zhǔn)確和安全，最大限度避免了喘振測(cè)試對(duì)壓縮機(jī)和風(fēng)洞設(shè)備的損害；使用本實(shí)用新型涉及的系統(tǒng)測(cè)定的喘振邊界為一條平滑的曲線，符合軸流壓縮機(jī)的性能特點(diǎn)，線型更加簡(jiǎn)潔、應(yīng)用更加便捷，防喘振程序設(shè)計(jì)和人員監(jiān)控更加方便；特別針對(duì)需要不同總壓、不同靜葉角、全工作轉(zhuǎn)速范圍連續(xù)調(diào)速條件下測(cè)定的新要求，本實(shí)用新型巧妙的采用總壓調(diào)節(jié)、靜葉調(diào)節(jié)和壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了喘振邊界測(cè)定，產(chǎn)生了良好的研宄和生產(chǎn)效益；現(xiàn)場(chǎng)無(wú)需人員干預(yù)、全程可視化，避免高轉(zhuǎn)速、高馬赫數(shù)、高電壓帶來(lái)的高風(fēng)險(xiǎn)；在已應(yīng)用的連續(xù)式高速風(fēng)洞中，利用該喘振邊界測(cè)定系統(tǒng)，已成功完成常壓(總壓10kPa)條件下五種不同靜葉角度(46°、60°、66°、72°、76° )喘振邊界測(cè)定，以及設(shè)計(jì)靜葉角度66°條件下五種不同風(fēng)洞總壓(20kPa、50 kPa、100kPa、150 kPa、250 kPa)喘振邊界測(cè)定。
【附圖說(shuō)明】
[0023]本實(shí)用新型將通過(guò)例子并參照附圖的方式說(shuō)明，其中:
[0024]圖1是喘振邊界測(cè)定系統(tǒng)功能框圖；
[0025]圖2是喘振邊界測(cè)定系統(tǒng)硬件連接及測(cè)點(diǎn)位置示意圖；
[0026]圖3是二喉道中心體和調(diào)節(jié)片逼喘動(dòng)作示意圖；
[0027]圖4是壓縮機(jī)“逼喘”過(guò)程中進(jìn)氣流量隨時(shí)間變化的波形圖；
[0028]圖5是壓縮機(jī)“逼喘”過(guò)程中壓比隨時(shí)間變化的波形圖；
[0029]圖6是壓縮機(jī)“逼喘”過(guò)程中轉(zhuǎn)速隨時(shí)間變化的波形圖；
[0030]圖7是壓縮機(jī)“逼喘”過(guò)程中前后軸承振動(dòng)隨時(shí)間變化的波形圖；
[0031]圖8是靜葉角θ=66°的喘振點(diǎn)測(cè)試數(shù)據(jù)及喘振邊界；
[0032]圖9是述靜葉角θ=66°的喘振邊界應(yīng)用和設(shè)置實(shí)例；
[0033]I是主壓縮機(jī)，2是靜葉調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，3是驅(qū)動(dòng)電機(jī)，4是防喘振閥及防喘旁路，5是風(fēng)洞總壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，6是試驗(yàn)段，7是二喉道中心體和調(diào)節(jié)片，8是洞壁，9是調(diào)節(jié)片，10是中心體，11是壓縮機(jī)進(jìn)氣體積流量，12是防喘振閥開(kāi)閥瞬間，13是壓縮機(jī)壓比，14是壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，15是壓縮機(jī)進(jìn)氣側(cè)軸振動(dòng)，16是壓縮機(jī)排氣側(cè)軸振動(dòng)，17是壓縮機(jī)在1000r/min靜葉角66°時(shí)的喘振點(diǎn)測(cè)試數(shù)據(jù)，18是壓縮機(jī)在1500r/min靜葉角66°時(shí)的喘振點(diǎn)測(cè)試數(shù)據(jù)，19是壓縮機(jī)在2000r/min靜葉角66。時(shí)的喘振點(diǎn)測(cè)試數(shù)據(jù)，20是壓縮機(jī)在2500r/min靜葉角66°時(shí)的喘振點(diǎn)測(cè)試數(shù)據(jù)，21是壓縮機(jī)在3000r/min靜葉角66°時(shí)的喘振點(diǎn)測(cè)試數(shù)據(jù)，22是壓縮機(jī)在3300r/min靜葉角66。時(shí)的喘振點(diǎn)測(cè)試數(shù)據(jù)，23是壓縮機(jī)在3600r/min靜葉角66°時(shí)的喘振點(diǎn)測(cè)試數(shù)據(jù)，24是壓縮機(jī)靜葉角66°時(shí)的喘振邊界，A是風(fēng)洞總壓、總溫測(cè)點(diǎn)，B是風(fēng)洞靜壓測(cè)點(diǎn)，C是壓縮機(jī)入口壓力、入口溫度測(cè)點(diǎn)，D是出口壓力測(cè)點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0034]本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的所有特征，或公開(kāi)的所有方法或過(guò)程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0035]如圖1所示，為本實(shí)用新型的系統(tǒng)功能框圖。上位監(jiān)控界面通過(guò)與PLC控制系統(tǒng)的雙向通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力測(cè)量子系統(tǒng)、靜葉調(diào)節(jié)子系統(tǒng)、壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)子系統(tǒng)、逼喘子系統(tǒng)、喘振判定子系統(tǒng)、快速脫喘子系統(tǒng)、總壓調(diào)節(jié)子系統(tǒng)涉及設(shè)備的監(jiān)測(cè)和控制。上位監(jiān)控界面及其后臺(tái)程序，實(shí)時(shí)記錄并顯示喘振邊界需要的各項(xiàng)參數(shù)。
[0036]其中，監(jiān)控系統(tǒng)與PLC控制系統(tǒng)采用基于以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議的通信方式，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、控制信號(hào)的雙向傳遞。所述PLC控制系統(tǒng)通過(guò)數(shù)字I/O模塊、模擬I/O模塊或通訊模塊，實(shí)現(xiàn)與各子系統(tǒng)硬件、傳感器和控制器的連接與通信，最終通過(guò)PLC控制系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)程序模塊，達(dá)到對(duì)所述壓力測(cè)量子系統(tǒng)、靜葉調(diào)節(jié)子系統(tǒng)、壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)子系統(tǒng)、逼喘子系統(tǒng)、喘