CN102562679A - 智能型防喘振调节阀及其控制实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及防喘振调节阀，旨在提供一种智能型防喘振调节阀及其控制实现方法。该方法包括：在工频状况下，在现场对风机进行喘振试验，得到一组工频状况下发生喘振时的(Q_s，H_p)点；将(Q_s，H_p)转化为无量纲参数点(h_r，q_r)，并进一步得到(h_r，S)；智能控制器实时采集鼓风机的运行数据，然后计算实时的(h_r，S)；在相同的h_r下，如果计算得到的S值大于工频状况下测量得到的S表示将出现喘振，此时控制系统自动切断电磁阀的电源，实现阀门的快开。本发明摆脱了传统防喘振控制阀对于控制系统的依赖，可以根据鼓风机进出口温度、压力和喉部压差信息进行防喘振控制和调节的智能型防喘振调节阀。

Description

智能型防喘振调节阀及其控制实现方法

技术领域

本发明涉及一种防喘振调节阀，更具体地说，本发明涉及一种智能型的防喘振调节阀及其控制实现方法，该阀门自带控制器，可以接受外部的压力和温度信号，自动进行防喘振的计算和判断。

背景技术

工业流体系统中管路系统阻力升高时，压缩机流量将随之减小，并有可能降低到防喘线的允许值以下。气体压缩机在输出压力一定而流量减小到某一数值时，就将发生喘振。由于喘振会使机组剧烈振动，流量大幅波动，响声巨大异常等，如果不能有效控制，会给压缩机造成严重的损伤。为防止喘振的发生，减少振动干扰引起的能量损失，需要应用防喘振阀来控制流量。当发生喘振时，需采取措施降低出口压力或增大机组流量，尽量缩短喘振时间，这时自动地快速打开防喘振阀，通过快速改变压缩机的外阻力输配特性，增大机组流量，从而避免进入喘振区。

传统的防喘振控制阀只是一个简单的执行机构，所有的防喘振决策都由外部控制系统给出，并以控制信号的方式告诉阀门进行动作。由于防喘振控制至关重要，如果能将防喘振控制功能集成在防喘振阀门上，则可以避免由于控制系统的故障或者控制系统的非专业性而带来的误操作。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种智能型防喘振调节阀及其控制实现方法。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明提供了一种智能型防喘振调节阀的控制实现方法，包括以下步骤：

(1)在工频状况下，在现场对风机进行喘振试验，得到一组工频状况下发生喘振时的(Q_s，H_p)点；

(2)将工频状况下的(Q_s，H_p)转化为无量纲参数点(h_r，q_r)，并进一步得到(h_r，S)；其过程描述如下：

将无量纲参数的定义如下：

$h_r=\frac{H_p}{{\left(\mathrm{ZRT}\right)}_s}$ $q_r=\frac{Q_s}{\sqrt{{\left(\mathrm{ZRT}\right)}_s}}$

变换之后得到：

$h_r=\frac{H_p}{{\left(\mathrm{ZRT}\right)}_s}=\frac{\frac{Z_s.R_u.T_s}{\mathrm{MW}}.\frac{{R_c}^{\mathrm{\σ}}-1}{\mathrm{\σ}}}{{\left(\mathrm{ZRT}\right)}_s}=\frac{{R_c}^{\mathrm{\σ}}-1}{\mathrm{\σ}}$

${q_r}^2=\frac{{Q_s}^2}{{\left(\mathrm{ZRT}\right)}_s}=\frac{\frac{K.Z_s.R_u.T_s}{\mathrm{MW}}.\frac{{\mathrm{\Δp}}_{o,s}}{p_s}}{{\left(\mathrm{ZRT}\right)}_s}=\frac{\mathrm{\Δ}{p}_{o,s}}{p_s}$

$S=K.\frac{h_r}{{q_r}^2}=K.\frac{\frac{{R_c}^{\mathrm{\σ}}-1}{\mathrm{\σ}}}{\frac{\mathrm{\Δ}{p}_{o,s}}{p_s}}=K.\frac{\frac{Z_s.R_o.T_s}{\mathrm{MW}}.\frac{{R_c}^{\mathrm{\σ}}-1}{\mathrm{\σ}}}{\frac{Z_s.R_o.T_s}{\mathrm{MW}}.\frac{\mathrm{\Δ}{p}_{o,s}}{p_s}}=K.\frac{H_p}{{Q_s}^2}$

上述公式中，Q_s为有量纲的流量，H_p为有量纲的压力，q_r为Q_s的无量纲数值，h_r为H_p的无量纲数值；R＝R_u/MW；R_t＝T_d/T_s；R_c＝p_d/p_s；R_u为气体常数，MW为气体分子量，p_s为进气压力，p_d为排气压力，K为孔板常数，Δp_o，s为鼓风机入口的喉部差压，T_s为入口气体温度，T_d为排气温度，Z_s为入口气体压缩系数，σ为多变指数，σ＝lgR_t/lgT_c；

(3)由于无量纲参数S不随风机转速和入口参数的改变而改变，智能控制器实时采集鼓风机的进气温度、排气温度、进气压力、排气压力、鼓风机入口的喉部差压，然后利用无量纲计算公式计算实时的(h_r，S)；在相同的h_r下，如果计算得到的S值大于工频状况下测量得到的S表示将出现喘振，此时控制系统自动切断电磁阀的电源，实现阀门的快开。

进一步地，本发明还提供了一种用于实现前述方法的智能型防喘振调节阀，包括阀体、气缸、阀门定位器、过滤减压阀、电磁阀和两个气控阀；所述过滤减压阀经管路分别连接至阀门定位器、电磁阀和一个气控阀，阀门定位器和电磁阀均通过管路连接至两个气控阀，两个气控阀分别连接气缸的两个气口；该调节阀还包括智能控制器，智能控制器通过电缆与用于采集鼓风机进气温度、排气温度、进气压力、排气压力、入口喉部差压的各传感器相连，并通过电缆与阀门定位器和电磁阀相连。

作为一种改进，所述智能控制器中内置一个按预置算法获得无量纲参数S数值的喘振控制算法模块；当该无量纲参数S大于给定值时，所述智能控制器能够切断与电磁阀相连的输出，使得电磁阀失电实现阀门快速开启。

作为一种改进，该调节阀具有如下气路走向布置：过滤减压阀分别接至阀门定位器的P口、一个气控阀的B口和电磁阀的P口；阀门定位器的A口和B口分别接于两个气控阀的C口，两个气控阀的A口分别与气缸的两个气口相连；电磁阀的A口和两个气控阀的D口相连。

作为一种改进，该调节阀具有如下电路走向布置：智能控制器的两路输出控制线分别连接电磁阀和阀门定位器的输入口，智能控制器的5路输入线路连接外部的传感器；阀门定位器的另外两路输入信号线接至气缸上的阀位感应模块。

作为一种改进，所述气缸为角行程的气缸，阀体为蝶阀形式。

作为一种改进，所述智能控制器通过模拟量输入口由电缆连接至各传感器。

作为一种改进，所述智能控制器通过模拟量输出口由电缆连接至阀门定位器。

作为一种改进，所述智能控制器通过数字量输出口由电缆连接至电磁阀的供电电路，并与之串联。

本发明的有益效果是：

本发明摆脱了传统防喘振控制阀对于控制系统的依赖，可以根据鼓风机进出口温度、压力和喉部压差信息进行防喘振控制和调节。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中附图标记为：1气缸、2阀门定位器、3智能控制器、4减压过滤阀、5气控阀、6电磁阀、7气控阀。

具体实施方式

首先需要说明的是，本发明涉及内置智能控制器的软件功能模块，是软件技术在控制领域的一种应用。申请人认为，如在仔细阅读申请文件、准确理解本发明的实现原理和发明目的以后，在结合现有公知技术的情况下，本领域技术人员完全可以运用其掌握的软件编程技能实现本发明。前述软件功能模块包括但不限于：喘振控制算法模块、阀位感应模块等，凡本发明申请文件提及的均属此范畴，申请人不再一一列举。

本发明是在调节阀的智能控制器中内嵌了喘振控制算法，以防止压缩机在工作中出现喘振现象。

该智能型防喘振调节阀包括阀体、气缸1、阀门定位器2、过滤减压阀4、电磁阀6和两个气控阀5、7，所述过滤减压阀4经管路分别连接至阀门定位器2、电磁阀6和气控阀5，阀门定位器2和电磁阀6均通过管路连接至两个气控阀5、7，两个气控阀5、7分别连接气缸的两个气口；该调节阀还包括智能控制器3，智能控制器3通过电缆与用于采集鼓风机进气温度、排气温度、进气压力、排气压力、入口喉部差压的各传感器相连，并通过电缆与阀门定位器2和电磁阀6相连。

该阀门的气路走向：气源通过过滤减压阀4后分为三路，其中一路进入阀门定位器2的P口，另一路进入气控阀5的B口，还有一路进入电磁阀6的P口。阀门定位器2的A口和B口分别于气控阀5、7的C口相连。气控阀5、7的A口分别和气缸1的两个口相连。电磁阀6的A口和气控阀5、7的D口控制气路相连。

该阀门的电路走向：智能控制器3的两路输出控制线分别连接电磁阀6和阀门定位器2的输入口，智能控制器3的5路输入线路连接外部的温度和压力信号。阀门定位器2的另外两路输入信号线到气缸1上的阀位感应模块。

喘振控制算法具体实施步骤如下所述：

1.在工频状况下，在现场对风机进行防喘振试验，得到一组工频状况下的(Q_s，H_p)点。

2.将工频状况下的(Q_s，H_p)转化为无量纲参数点(h_r，q_r)，并进一步得到(h_r，S)；其过程描述如下：

将无量纲参数的定义如下：

$h_r=\frac{H_p}{{\left(\mathrm{ZRT}\right)}_s}$ $q_r=\frac{Q_s}{\sqrt{{\left(\mathrm{ZRT}\right)}_s}}$

变换之后，可得：

$h_r=\frac{H_p}{{\left(\mathrm{ZRT}\right)}_s}=\frac{\frac{Z_s.R_u.T_s}{\mathrm{MW}}.\frac{{R_c}^{\mathrm{\σ}}-1}{\mathrm{\σ}}}{{\left(\mathrm{ZRT}\right)}_s}=\frac{{R_c}^{\mathrm{\σ}}-1}{\mathrm{\σ}}$

${q_r}^2=\frac{{Q_s}^2}{{\left(\mathrm{ZRT}\right)}_s}=\frac{\frac{K.Z_s.R_u.T_s}{\mathrm{MW}}.\frac{{\mathrm{\Δp}}_{o,s}}{p_s}}{{\left(\mathrm{ZRT}\right)}_s}=\frac{\mathrm{\Δ}{p}_{o,s}}{p_s}$

$S=K.\frac{h_r}{{q_r}^2}=K.\frac{\frac{{R_c}^{\mathrm{\σ}}-1}{\mathrm{\σ}}}{\frac{\mathrm{\Δ}{p}_{o,s}}{p_s}}=K.\frac{\frac{Z_s.R_o.T_s}{\mathrm{MW}}.\frac{{R_c}^{\mathrm{\σ}}-1}{\mathrm{\σ}}}{\frac{Z_s.R_o.T_s}{\mathrm{MW}}.\frac{\mathrm{\Δ}{p}_{o,s}}{p_s}}=K.\frac{H_p}{{Q_s}^2}$

上述公式中，R＝R_u/MW；R_t＝T_d/T_s；R_c＝p_d/p_s；

R_u为气体常数，MW为气体分子量，p_s为进气压力，p_d为排气压力，K为孔板常数，Δp_o，s为孔板压差，T_s为入口气体温度，T_d为排气温度，Z_s为入口气体压缩系数，σ为多变指数，σ＝lgR_t/lgR_c；Q_s为有量纲的流量，H_p为有量纲的压力，q_r为Q_s的无量纲数值，h_r为H_p的无量纲数值。

3.由于无量纲参数S不随风机转速和入口参数的改变而改变，智能控制器3实时采集鼓风机的进气温度、排气温度、进气压力、排气压力、鼓风机入口的喉部差压，然后利用无量纲计算公式，计算实时的(h_r，S)。在相同的h_r下，如果计算得到的S值大于工频状况下测量得到的S，将出现喘振。此时控制系统自动切断电磁阀6的电源，实现阀门的快开。

Claims (9)

1.一种智能型防喘振调节阀的控制实现方法，包括以下步骤：

(1)在工频状况下，在现场对风机进行喘振试验，得到一组工频状况下发生喘振时的(Q_s，H_p)点；

(2)将工频状况下的(Q_s，H_p)转化为无量纲参数点(h_r，q_r)，并进一步得到(h_r，S)；其过程描述如下：

将无量纲参数的定义如下：

$h_r=\frac{H_p}{{\left(\mathrm{ZRT}\right)}_s}$ $q_r=\frac{Q_s}{\sqrt{{\left(\mathrm{ZRT}\right)}_s}}$

变换之后得到：

$h_r=\frac{H_p}{{\left(\mathrm{ZRT}\right)}_s}=\frac{\frac{Z_s.R_u.T_s}{\mathrm{MW}}.\frac{{R_c}^{\mathrm{\σ}}-1}{\mathrm{\σ}}}{{\left(\mathrm{ZRT}\right)}_s}=\frac{{R_c}^{\mathrm{\σ}}-1}{\mathrm{\σ}}$

${q_r}^2=\frac{{Q_s}^2}{{\left(\mathrm{ZRT}\right)}_s}=\frac{\frac{K.Z_s.R_u.T_s}{\mathrm{MW}}.\frac{{\mathrm{\Δp}}_{o,s}}{p_s}}{{\left(\mathrm{ZRT}\right)}_s}=\frac{\mathrm{\Δ}{p}_{o,s}}{p_s}$

$S=K.\frac{h_r}{{q_r}^2}=K.\frac{\frac{{R_c}^{\mathrm{\σ}}-1}{\mathrm{\σ}}}{\frac{\mathrm{\Δ}{p}_{o,s}}{p_s}}=K.\frac{\frac{Z_s.R_o.T_s}{\mathrm{MW}}.\frac{{R_c}^{\mathrm{\σ}}-1}{\mathrm{\σ}}}{\frac{Z_s.R_o.T_s}{\mathrm{MW}}.\frac{\mathrm{\Δ}{p}_{o,s}}{p_s}}=K.\frac{H_p}{{Q_s}^2}$

上述公式中，Q_s为有量纲的流量，H_p为有量纲的压力，q_r为Q_s的无量纲数值，h_r为H_p的无量纲数值；R＝R_u/MW；R_t＝T_d/T_s；R_c＝p_d/p_s；R_u为气体常数，MW为气体分子量，p_s为进气压力，p_d为排气压力，K为孔板常数，Δp_o，s为鼓风机入口的喉部差压，T_s为入口气体温度，T_d为排气温度，Z_s为入口气体压缩系数，σ为多变指数，σ＝lgR_t/lgR_c；

(3)由于无量纲参数S不随风机转速和入口参数的改变而改变，智能控制器实时采集鼓风机的进气温度、排气温度、进气压力、排气压力、鼓风机入口的喉部差压，然后利用无量纲计算公式计算实时的(h_r，S)；在相同的h_r下，如果计算得到的S值大于工频状况下测量得到的S表示将出现喘振，此时控制系统自动切断电磁阀的电源，实现阀门的快开。

2.一种用于实现权利要求1所述方法的智能型防喘振调节阀，包括阀体、气缸、阀门定位器、过滤减压阀、电磁阀和两个气控阀，其特征在于，所述过滤减压阀经管路分别连接至阀门定位器、电磁阀和一个气控阀，阀门定位器和电磁阀均通过管路连接至两个气控阀，两个气控阀分别连接气缸的两个气口；该调节阀还包括智能控制器，智能控制器通过电缆与用于采集鼓风机进气温度、排气温度、进气压力、排气压力、入口喉部差压的各传感器相连，并通过电缆与阀门定位器和电磁阀相连。

3.根据权利要求2所述的智能型防喘振调节阀，其特征在于，所述智能控制器中内置一个按预置算法获得无量纲参数S数值的喘振控制算法模块；当该无量纲参数S大于给定值时，所述智能控制器能够切断与电磁阀相连的输出，使得电磁阀失电实现阀门快速开启。

4.根据权利要求2所述的智能型防喘振调节阀，其特征在于，该调节阀具有如下气路走向布置：过滤减压阀分别接至智能定位器的P口、一个气控阀的B口和电磁阀的P口；阀门定位器的A口和B口分别接于两个气控阀的C口，两个气控阀的A口分别与气缸的两个气口相连；电磁阀的A口和两个气控阀的D口相连。

5.根据权利要求2所述的智能型防喘振调节阀，其特征在于，该调节阀具有如下电路走向布置：智能控制器的两路输出控制线分别连接电磁阀和阀门定位器的输入口，智能控制器的5路输入线路连接外部的传感器；智能定位器的另外两路输入信号线接至气缸上的阀位感应模块。

6.根据权利要求2至5任意一项中所述的智能型防喘振调节阀，其特征在于，所述气缸为角行程的气缸，阀体为蝶阀形式。

7.根据权利要求2至5任意一项中所述的智能型防喘振调节阀，其特征在于，所述智能控制器通过模拟量输入口由电缆连接至各传感器。

8.根据权利要求2至5任意一项中所述的智能型防喘振调节阀，其特征在于，所述智能控制器通过模拟量输出口由电缆连接至阀门定位器。

9.根据权利要求2至5任意一项中所述的智能型防喘振调节阀，其特征在于，所述智能控制器通过数字量输出口由电缆连接至电磁阀的供电电路，并与之串联。

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