CN104763663B - 基于变工况运行的压缩机运行空间的确定方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于变工况运行的压缩机运行空间的确定方法及系统，包括：采集在预定工况条件下压缩机的运行与控制曲线中各曲线中的各个预定点的坐标数据；根据所述各曲线中的各个预定点的坐标数据及预定工况条件，利用预定归一化公式对所述各曲线中的各个预定点进行计算得到各个预定点归一化数值，根据所述各个预定点归一化数值得到归一化的压缩机运行与控制曲线；根据实际工况下压缩机的入口压力及入口温度的数值，利用预定公式计算得到所述实际工况下压缩机运行与控制曲线并通过所述曲线确定压缩机运行空间；该方法能够使压缩机的运行与控制曲线随着压缩机入口工况的改变而动态改变。

Description

基于变工况运行的压缩机运行空间的确定方法及系统

技术领域

本发明涉及旋转机械控制领域，特别是涉及一种基于变工况运行的压缩机运行空间的确定方法及系统。

背景技术

目前，国内压缩机普遍采用基于设计工况的固定工况防喘振算法，即压缩机的运行与控制曲线始终与设计工况保持一致。但是压缩机在实际运行中入口工况经常会脱离设计工况、有时候还会严重脱离设计工况(例如在压缩机开工阶段或者上游工艺因设备问题而降量生产时)，从而导致压缩机的防喘振控制经常性拒动或者误动，这样会造成压缩机设备的损坏与工艺生产参数的扰动、甚至停工。

通常，为了避免因防喘振控制拒动或者误动造成的严重后果，通常采用手动防喘振的方式并开大防喘振回流阀门或者放空阀门。但这样做会造成工艺调节精度差，压缩机能耗升高的问题。

产生上述问题的根本原因在于离心式或轴流式压缩机的运行与控制曲线始终与设计工况保持一致。因此，要解决上述问题，必须要使离心式或轴流式压缩机的运行与控制曲线随着压缩机入口工况的改变而动态改变。如何确定不同工况下压缩机运行与控制曲线，是本领域技术人员需要解决的重要技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于变工况运行的压缩机运行空间的确定方法，该方法能够使压缩机的运行与控制曲线随着压缩机入口工况的改变而动态改变，从而对离心式或轴流式压缩机进行准确和高效的防喘振控制、并最大程度的提升工艺参数的调节精度、降低压缩机的能量消耗。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于变工况运行的压缩机运行空间的确定方法：

采集在预定工况条件下压缩机的运行与控制曲线中各曲线中的各个预定点的坐标数据；

根据所述各曲线中的各个预定点的坐标数据及预定工况条件，利用预定归一化公式对所述各曲线中的各个预定点进行计算得到各个预定点归一化数值，根据所述各个预定点归一化数值得到归一化的压缩机运行与控制曲线；

根据实际工况下压缩机的入口压力及入口温度的数值，利用预定公式计算得到所述实际工况下压缩机运行与控制曲线并通过所述曲线确定压缩机运行空间。

其中，所述采集在预定工况条件下压缩机的运行与控制曲线中各曲线中的各个预定点的坐标数据包括：

根据预定工况条件下压缩机的运行与控制曲线中各曲线长度，确定各曲线的预定点的个数及各个预定点的位置；

根据所述各曲线的预定点的个数及各个预定点的位置，采集各曲线中的各个预定点的坐标数据。

其中，所述利用预定归一化公式对所述各曲线中的各个预定点进行计算得到各个预定点归一化数值包括：

将各个预定点的横坐标数据带入归一化横坐标公式qr²＝ΔPo/Ps进行计算；

将各个预定点的纵坐标数据带入归一化纵坐标公式Rc＝Pd/Ps进行计算；

根据计算结果得到各个预定点的归一化数值；

其中，qr²为简化流量平方，ΔPo为入口流量差压，Ps为入口压力，Rc为出口压比，Pd为出口压力。

其中，所述根据所述各个预定点归一化数值得到归一化的压缩机运行与控制曲线包括：

根据各曲线中的各个预定点的归一化数值，利用最小二乘法得到归一化的压缩机运行与控制曲线。

其中，所述根据实际工况下压缩机的入口压力及入口温度的数值，利用预定公式计算得到所述实际工况下压缩机运行与控制曲线包括：

利用压缩机入口压力变送器测得实际工况下压缩机的入口压力Ps'；

利用压缩机入口温度变送器测得实际工况下压缩机的入口温度Ts'；

将所述Ps'和Ts'带入到预定横坐标公式及纵坐标公式Pd'＝Rc*Ps'，计算得到实际工况下压缩机的入口体积流量Qs'和出口压力Pd'；

根据所述入口体积流量Qs'和出口压力Pd'得到所述实际工况下压缩机运行与控制曲线；

其中，A为流量元件的流量系数，qr²为简化流量平方，Ro为普适气体常数，Zs'为入口气体压缩因子数值，MW'为气体分子量，Rc为出口压比。

其中，基于变工况运行的压缩机运行空间的确定方法还包括：根据实际工况下压缩机运行与控制曲线，利用防喘振算法控制器对压缩机进行防喘振控制。

本发明提供的一种基于变工况运行的压缩机运行空间的确定系统包括：

获取模块，用于采集在预定工况条件下压缩机的运行与控制曲线中各曲线中的各个预定点的坐标数据；

归一化模块，用于根据所述各曲线中的各个预定点的坐标数据及预定工况条件，利用预定归一化公式对所述各曲线中的各个预定点进行计算得到各个预定点归一化数值，根据所述各个预定点归一化数值得到归一化的压缩机运行与控制曲线；

确定模块，用于根据实际工况下压缩机的入口压力及入口温度的数值，利用预定公式计算得到所述实际工况下压缩机运行与控制曲线并通过所述曲线确定压缩机运行空间。

其中，所述归一化模块包括：

第一计算单元，用于根据所述各曲线中的各个预定点的坐标数据及预定工况条件，利用预定归一化公式对所述各曲线中的各个预定点进行计算得到各个预定点归一化数值；

第二计算单元，用于根据所述各个预定点归一化数值得到归一化的压缩机运行与控制曲线。

其中，所述确定模块包括：

采集单元，用于利用压缩机入口压力变送器测得实际工况下压缩机的入口压力Ps'；利用压缩机入口温度变送器测得实际工况下压缩机的入口温度Ts'；

第三计算单元，用于将所述Ps'和Ts'带入到预定横坐标公式及纵坐标公式Pd'＝Rc*Ps'，计算得到实际工况下压缩机的入口体积流量Qs'和出口压力Pd'；

其中，A为流量元件的流量系数，qr²为简化流量平方，Ro为普适气体常数，Zs'为入口气体压缩因子数值，MW'为气体分子量，Rc为出口压比；

第四计算单元，用于根据所述入口体积流量Qs'和出口压力Pd'得到所述实际工况下压缩机运行与控制曲线并通过所述曲线确定压缩机运行空间。

其中，确定压缩机运行与控制曲线的系统还包括：

控制模块，用于根据实际工况下压缩机运行与控制曲线，利用防喘振算法控制器对压缩机进行防喘振控制。

本发明所提供的基于变工况运行的压缩机运行空间的确定方法及系统，包括：采集在预定工况条件下压缩机的运行与控制曲线中各曲线中的各个预定点的坐标数据；根据所述各曲线中的各个预定点的坐标数据及预定工况条件，利用预定归一化公式对所述各曲线中的各个预定点进行计算得到各个预定点归一化数值，根据所述各个预定点归一化数值得到归一化的压缩机运行与控制曲线；通过这样的方式得到的归一化的压缩机运行与控制曲线能够得到工况适用性广和准确的运行与控制曲线，且该归一化的压缩机运行与控制曲线与分子量、入口压力、入口温度、入口气体压缩因子等无关，只与压缩机组内部机械构造有关；根据实际工况下压缩机的入口压力及入口温度的数值，利用预定公式计算得到所述实际工况下压缩机运行与控制曲线；该方法能够使压缩机的运行与控制曲线随着压缩机入口工况的改变而动态改变；从而高效的防止压缩机设备的损坏与工艺生产参数的扰动、并显著降低压缩机的运行能耗。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的基于变工况运行的压缩机运行空间的确定方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的对预定工况条件下压缩机的运行与控制曲线进行取点的示意图；

图3为本发明实施例提供的归一化的压缩机运行与控制曲线的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种实际工况下压缩机运行与控制曲线的示意图；

图5为本发明实施例提供的基于变工况运行的压缩机运行空间的确定系统的结构框图；

图6为本发明实施例提供的归一化模块的结构框图；

图7为本发明实施例提供的确定模块的结构框图；

图8为本发明实施例提供的另一基于变工况运行的压缩机运行空间的确定系统的结构框图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种基于变工况运行的压缩机运行空间的确定方法，该方法能够使压缩机的运行与控制曲线随着压缩机入口工况的改变而动态改变，从而对离心式或轴流式压缩机进行准确和高效的防喘振控制、并最大程度的提升工艺参数的调节精度、降低压缩机的能量消耗。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

喘振是各类离心压缩机和轴流压缩机运行中一个特有的现象，其本质原因是当通过离心压缩机叶轮或者通过轴流压缩机叶片的气体流量降低到一定程度时，在固定预旋角度和静态冲入角的情况下，由于流速的下降导致气体分子与高速旋转的工作叶片的动态冲入角增大，使得气体分子反弹到上一级工作叶片的非工作面并积累造成涡团，从而造成流道部分阻塞；当流道阻塞增强到一定程度就会形成旋转失速，旋转失速增强到一定程度就会形成喘振。喘振的发生会造成压缩机内密封和轴承的损坏、甚至是推力反向和叶轮/叶片的损坏，进而造成压缩机的多变效率显著下降、做功显著下降、能耗显著上升。喘振控制不好，可能会造成压缩机的严重损毁。气体分子与工作叶片的动态冲入角，主要取决于体积流量、叶轮入口压力和叶轮入口温度。

能否准确地检测压缩机运行点与对应工况(入口压力、入口温度)下喘振极限线的位置关系，是成功和高效地进行压缩机防喘振控制的核心与基础。

目前，国内仅仅是采用固定工况算法，即用户指定或者压缩机厂家指定的工况下，通过采点的方式得到质量流量对应出口压比(W，Rc)、或者入口体积流量对应出口压比(Qs，Rc)、或者标准体积流量对应出口压比(Qnorm，Rc)的三种方法，但这三种方法都是固定工况算法，所建立起来的压缩机运行与控制曲线仅在指定的入口参数下才是有效的，一旦工况发生变化、例如入口压力(Ps)或者入口温度(Ts)显著改变，这类固定工况算法下压缩机运行与控制曲线是固定不变的、不能反应任何的压缩机入口参数改变后对压缩机运行空间的影响，因此是不正确的！这也是国内离心式压缩机普遍采用手动防喘并且能耗高的主要原因。

请参考图1，图1为本发明实施例提供的基于变工况运行的压缩机运行空间的确定方法的流程图；该方法可以包括：

步骤s100、采集在预定工况条件下压缩机的运行与控制曲线中各曲线中的各个预定点的坐标数据；

其中，预定工况条件下，可以是指用户指定或者压缩机厂家指定的工况下；还可以是任何一个确定的工况，例如实际生产中常见的或有代表的一个工况。

其中，这里的预定工况条件下压缩机的运行与控制曲线的获得可以采用任何可行的方法，例如下述的三种方法，当然通过其他方法获得的也是可以的。目前的常规压缩机防喘振采用固定工况算法，即建立质量流量对应出口压比(W，Rc)、或者入口体积流量对应出口压比(Qs，Rc)、或者标准体积流量对应出口压比(Qnorm，Rc)的三种坐标系之一，这三种坐标系建立的方法说明如下：

1.W vs.Rc坐标系：

横坐标： $W=A*\sqrt{\mathrm{\ΔPo}*\mathrm{\ρ}}=A*\sqrt{\mathrm{\ΔPo}*\frac{\mathrm{Ps}*\mathrm{MW}}{\mathrm{Ro}*\mathrm{Zs}*\mathrm{Ts}}}$

纵坐标： $\mathrm{Rc}=\frac{\mathrm{Pd}}{\mathrm{Ps}}$

其中：

A——流量元件的流量系数；

ΔPo——入口流量差压，由压缩机入口流量流量变送器测量得到；

Ps——压缩机入口压力，由压缩机入口压力变送器测量得到；

Pd——压缩机出口压力，由压缩机出口压力变送器测量得到；

Ts——压缩机入口温度，由压缩机入口温度变送器测量得到；

MW——气体分子量，由API617压缩机参数表得到；

Ro——普适气体常数，Ro＝8.31441；

Zs——压缩机入口气体压缩因子，由API617压缩机参数表得到；

2.Qs vs.Rc坐标系：

横坐标： $\mathrm{Qs}=A*\sqrt{\mathrm{\ΔPo}/\mathrm{\ρ}}=A*\sqrt{\mathrm{\ΔPo}*\frac{\mathrm{Ro}*\mathrm{Zs}*\mathrm{Ts}}{\mathrm{Ps}*\mathrm{MW}}}$

纵坐标： $\mathrm{Rc}=\frac{\mathrm{Pd}}{\mathrm{Ps}}$

3.Qnorm vs.Rc坐标系：

横坐标：Qnorm＝W/ρnorm

纵坐标： $\mathrm{Rc}=\frac{\mathrm{Pd}}{\mathrm{Ps}}$

其中： $\mathrm{\ρnorm}=\frac{\mathrm{Pst}*\mathrm{MW}}{\mathrm{Ro}*\mathrm{Zst}*\mathrm{Tst}}$

ρnorm——入口工况标准密度；

Pst——标准大气压力，Pst＝101.325kPaa；

Tst——标准大气温度，Tst＝273.15K；

MW——气体分子量，由API617压缩机参数表得到；

Ro——普适气体常数，Ro＝8.31441；

Zs——理想气体压缩因子，Zs＝1.0；

通过上述各种方法可以得到预定工况条件下压缩机的运行与控制曲线，通常这些曲线中会包含喘振极限线和指定的转速曲线；然后在各曲线中确定需要采集数据的预定点的个数与位置。然后记录各个预定点的坐标数据，还需要记录当前的工况条件，其中工况条件可以包括：分子量、入口压力、入口温度、入口气体压缩因子等。关于预定点的确定，需要考虑以下几个问题，首先，每条曲线需要的预定点的个数是可以不一样的，需要根据实际各个曲线的实际情况，例如各个曲线的长度等，每条曲线中的所有预定点位置的选择需要使其能够很好的模拟出该曲线的真实形状最好，例如在曲线比较平稳的区段可以少选几个点，在曲线弯折处可以多选几个点，这样能够更好的表示出离心式或轴流式压缩机运行与控制曲线中各曲线的实际情况。

例如，对于预定工况条件下压缩机的运行与控制曲线中的喘振极限线和每条转速曲线各取若干个点并进行数据采集，这些数据可以包括如下：

流量坐标系数据：入口体积流量Qs，单位：ACMH

压力坐标系数据：出口压力Pd，单位：Bara

压缩机入口工况条件：分子量MW＝19.1

入口压力Ps＝21.7Bara

入口温度Ts＝54.5℃

入口气体压缩因子Zs＝0.960

对预定工况条件下压缩机的运行与控制曲线进行取点与数据采集，可以如图2所示，图2为本发明实施例提供的对预定工况条件下压缩机的运行与控制曲线进行取点的示意图；图中圆点即为各个曲线的预定点的位置。对各个预定点进行记录得到预定工况条件下压缩机的运行与控制曲线中各个曲线的预定点数组，如下所示：

喘振极限线的曲线定义数组如下：(Qs_sll1，Pd_sll1)、(Qs_sll2，Pd_sll2)、(Qs_sll3，Pd_sll3)、(Qs_sll4，Pd_sll4)、(Qs_sll5，Pd_sll5)、(Qs_sll6，Pd_sll6)、(Qs_sll7，Pd_sll7)、(Qs_sll8，Pd_sll8)；

转速线n1的曲线定义数组如下：(Qs_n1_1，Pd_n1_1)、(Qs_n1_2，Pd_n1_2)、(Qs_n1_3，Pd_n1_3)、(Qs_n1_4，Pd_n1_4)；

转速线n2的曲线定义数组如下：(Qs_n2_1，Pd_n2_1)、(Qs_n2_2，Pd_n2_2)、(Qs_n2_3，Pd_n2_3)、(Qs_n2_4，Pd_n2_4)、(Qs_n2_5，Pd_n2_5)、(Qs_n2_6，Pd_n2_6)、(Qs_n2_7，Pd_n2_7)、(Qs_n2_8，Pd_n2_8)；

转速线n3的曲线定义数组如下：(Qs_n3_1，Pd_n3_1)、(Qs_n3_2，Pd_n3_2)、(Qs_n3_3，Pd_n3_3)、(Qs_n3_4，Pd_n3_4)、(Qs_n3_5，Pd_n3_5)、(Qs_n3_6，Pd_n3_6)、(Qs_n3_7，Pd_n3_7)、(Qs_n3_8，Pd_n3_8)、(Qs_n3_9，Pd_n3_9)；

转速线n4的曲线定义数组如下：(Qs_n4_1，Pd_n4_1)、(Qs_n4_2，Pd_n4_2)、(Qs_n4_3，Pd_n4_3)、(Qs_n4_4，Pd_n4_4)、(Qs_n4_5，Pd_n4_5)、(Qs_n4_6，Pd_n4_6)、(Qs_n4_7，Pd_n4_7)、(Qs_n4_8，Pd_n4_8)、(Qs_n4_9，Pd_n4_9)；

转速线n5的曲线定义数组如下：(Qs_n5_1，Pd_n5_1)、(Qs_n5_2，Pd_n5_2)、(Qs_n5_3，Pd_n5_3)、(Qs_n5_4，Pd_n5_4)、(Qs_n5_5，Pd_n5_5)、(Qs_n5_6，Pd_n5_6)、(Qs_n5_7，Pd_n5_7)、(Qs_n5_8，Pd_n5_8)、(Qs_n5_9，Pd_n5_9)。

步骤s110、根据所述各曲线中的各个预定点的坐标数据及预定工况条件，利用预定归一化公式对所述各曲线中的各个预定点进行计算得到各个预定点归一化数值，根据所述各个预定点归一化数值得到归一化的压缩机运行与控制曲线；

其中，对上述得到的各个曲线的定义数组之后需要对其进行归一化的处理，经过归一化处理后，得到的归一化的压缩机运行与控制曲线与分子量MW、入口压力Ps、入口温度Ts、入口比热比ks和入口气体压缩因子Zs无关，只与压缩机内部机械结构的构造有关，这样就可以将其使用到任何工况条件下。

其中，可以对上述得到的每条曲线中的各个预定点进行如下的数据计算，将各个预定点的横坐标数据带入归一化横坐标公式qr²＝ΔPo/Ps进行计算；将各个预定点的纵坐标数据带入归一化纵坐标公式Rc＝Pd/Ps进行计算；根据计算结果得到各个预定点的归一化数值；

其中，qr²为简化流量平方，ΔPo为入口流量差压，Ps为入口压力，Rc为出口压比，Pd为出口压力。

可以使得qr²为归一化的压缩机运行与控制曲线的横坐标，Rc为归一化的压缩机运行与控制曲线的纵坐标。

其中， $\mathrm{\ΔPo}={\left(\frac{\mathrm{Qs}}{A}\right)}^2*\mathrm{\ρs}={\left(\frac{\mathrm{Qs}}{A}\right)}^2*\frac{\mathrm{PS}*\mathrm{MW}}{\mathrm{Ro}*\mathrm{Ts}*\mathrm{Zs}}$

其中，A——流量元件的流量系数；

Qs——入口体积流量；

ΔPo——入口流量差压，由压缩机入口流量差压变送器测量得到，也可以通过计算得到；

Ps——压缩机入口压力；

Ts——压缩机入口温度；

MW——气体分子量；

Ro——普适气体常熟，Ro＝8.31441；

Zs——压缩机入口气体压缩因子；

将上述各个曲线定义数组通过上述计算后得到如下数据：

喘振极限线的归一化数据模型如下：(qr2_sll1，Rc_sll1)、(qr2_sll2，Rc_sll2)、(qr2_sll3，Rc_sll3)、(qr2_sll4，Rc_sll4)、(qr2_sll5，Rc_sll5)、(qr2_sll6，Rc_sll6)、(qr2_sll7，Rc_sll7)、(qr2_sll8，Rc_sll8)；

转速线n1的归一化数据模型如下：(qr2_n1_1，Rc_n1_1)、(qr2_n1_2，Rc_n1_2)、(qr2_n1_3，Rc_n1_3)、(qr2_n1_4，Rc_n1_4)；

转速线n2的归一化数据模型如下：(qr2_n2_1，Rc_n2_1)、(qr2_n2_2，Rc_n2_2)、(qr2_n2_3，Rc_n2_3)、(qr2_n2_4，Rc_n2_4)、(qr2_n2_5，Rc_n2_5)、(qr2_n2_6，Rc_n2_6)、(qr2_n2_7，Rc_n2_7)、(qr2_n2_8，Rc_n2_8)；

转速线n3的归一化数据模型如下：(qr2_n3_1，Rc_n3_1)、(qr2_n3_2，Rc_n3_2)、(qr2_n3_3，Rc_n3_3)、(qr2_n3_4，Rc_n3_4)、(qr2_n3_5，Rc_n3_5)、(qr2_n3_6，Rc_n3_6)、(qr2_n3_7，Rc_n3_7)、(qr2_n3_8，Rc_n3_8)、(qr2_n3_9，Rc_n3_9)；

转速线n4的归一化数据模型如下：(qr2_n4_1，Rc_n4_1)、(qr2_n4_2，Rc_n4_2)、(qr2_n4_3，Rc_n4_3)、(qr2_n4_4，Rc_n4_4)、(qr2_n4_5，Rc_n4_5)、(qr2_n4_6，Rc_n4_6)、(qr2_n4_7，Rc_n4_7)、(qr2_n4_8，Rc_n4_8)、(qr2_n4_9，Rc_n4_9)；

转速线n5的归一化数据模型如下：(qr2_n5_1，Rc_n5_1)、(qr2_n5_2，Rc_n5_2)、(qr2_n5_3，Rc_n5_3)、(qr2_n5_4，Rc_n5_4)、(qr2_n5_5，Rc_n5_5)、(qr2_n5_6，Rc_n5_6)、(qr2_n5_7，Rc_n5_7)、(qr2_n5_8，Rc_n5_8)、(qr2_n5_9，Rc_n5_9)；

通过上述得到的归一化数据模型可以得到如图3所示的归一化的压缩机运行与控制曲线，图3为本发明实施例提供的归一化的压缩机运行与控制曲线的示意图。

步骤s120、根据实际工况下压缩机的入口压力及入口温度的数值，利用预定公式计算得到所述实际工况下压缩机运行与控制曲线并通过所述曲线确定压缩机运行空间。

其中，当压缩机的运行工况发生改变的时候，可以通过在新的工况经过上述的归一化的压缩机运行与控制曲线进行数值变换得到在该新的工况条件下的准确的压缩机运行与控制曲线。

例如，当压缩机的运行工况发生改变时，比如压缩机的入口压力由Ps变为Ps’、入口温度由Ts变为Ts’，则由归一化的压缩机运行与控制曲线计算新的运行工况下的体积流量Qs'和出口压力Pd'如下：

横坐标： ${\mathrm{Qs}}^{\′}=A*\sqrt{{\mathrm{qr}}^2*{\mathrm{Ts}}^{\′}*\frac{\mathrm{Ro}*{\mathrm{Zs}}^{\′}}{{\mathrm{MW}}^{\′}}}$

纵坐标：Pd'＝Rc*Ps'

其中：A为流量元件的流量系数，qr²为简化流量平方，Ro为普适气体常数，Zs'为入口气体压缩因子数值，MW'为气体分子量，Rc为出口压比。

Zs'通常指定为压缩机设计工况的入口气体压缩因子数值；

优选的，MW'通常通过在线输入的方式保持与当前运行工况的分子量一致，如果不能够在线输入气体分子量，则指定为压缩机设计工况的气体分子量。

例如当入口压力由Ps＝21.7bara变化到Ps’＝18bara，入口温度由Ts＝54.5℃变化到Ts’＝40℃，气体压缩因子Zs不变、气体分子量MW不变，由归一化的压缩机运行与控制曲线(qr²，Rc)计算到Ps’＝18bara和Ts’＝40℃的工况下的(Qs'，Pd')，得到如下数据：

喘振极限线在新运行工况下的数组：(Qs’_sll1，Pd’_sll1)、(Qs’_sll2，Pd’_sll2)、(Qs’_sll3，Pd’_sll3)、(Qs’_sll4，Pd’_sll4)、(Qs’_sll5，Pd’_sll5)、(Qs’_sll6，Pd’_sll6)、(Qs’_sll7，Pd’_sll7)、(Qs’_sll8，Pd’_sll8)；

转速线n1在新运行工况下的数组：(Qs’_n1_1，Pd’_n1_1)、(Qs’_n1_2，Pd’_n1_2)、(Qs’_n1_3，Pd’_n1_3)、(Qs’_n1_4，Pd’_n1_4)；

转速线n2在新运行工况下的数组：(Qs’_n2_1，Pd’_n2_1)、(Qs’_n2_2，Pd’_n2_2)、(Qs’_n2_3，Pd’_n2_3)、(Qs’_n2_4，Pd’_n2_4)、(Qs’_n2_5，Pd’_n2_5)、(Qs’_n2_6，Pd’_n2_6)、(Qs’_n2_7，Pd’_n2_7)、(Qs’_n2_8，Pd’_n2_8)；

转速线n3在新运行工况下的数组：(Qs’_n3_1，Pd’_n3_1)、(Qs’_n3_2，Pd’_n3_2)、(Qs’_n3_3，Pd’_n3_3)、(Qs’_n3_4，Pd’_n3_4)、(Qs’_n3_5，Pd’_n3_5)、(Qs’_n3_6，Pd’_n3_6)、(Qs’_n3_7，Pd’_n3_7)、(Qs’_n3_8，Pd’_n3_8)、(Qs’_n3_9，Pd’_n3_9)；

转速线n4在新运行工况下的数组：(Qs’_n4_1，Pd’_n4_1)、(Qs’_n4_2，Pd’_n4_2)、(Qs’_n4_3，Pd’_n4_3)、(Qs’_n4_4，Pd’_n4_4)、(Qs’_n4_5，Pd’_n4_5)、(Qs’_n4_6，Pd’_n4_6)、(Qs’_n4_7，Pd’_n4_7)、(Qs’_n4_8，Pd’_n4_8)、(Qs’_n4_9，Pd’_n4_9)；

转速线n5在新运行工况下的数组：(Qs’_n5_1，Pd’_n5_1)、(Qs’_n5_2，Pd’_n5_2)、(Qs’_n5_3，Pd’_n5_3)、(Qs’_n5_4，Pd’_n5_4)、(Qs’_n5_5，Pd’_n5_5)、(Qs’_n5_6，Pd’_n5_6)、(Qs’_n5_7，Pd’_n5_7)、(Qs’_n5_8，Pd’_n5_8)、(Qs’_n5_9，Pd’_n5_9)；

经过上述计算，归一化的压缩机运行与控制曲线(qr²，Rc)变换到新的运行工况下的曲线如图4所示：图4为本发明实施例提供的一种实际工况下压缩机运行与控制曲线的示意图。

基于上述技术方案，本发明实施例中的通过建立归一化的压缩机运行与控制曲线坐标系(qr²，Rc)，然后带入压缩机实际运行中的入口压力(Ps)和入口温度(Ts)将该归一化的压缩机运行与控制曲线变换到当前工况条件下，进行防喘振计算与控制。由于该防喘振的算法更加精确、符合真实的气体动力学原理，因此通过该方法对压缩机进行控制可以提升离心式压缩机或轴流式压缩机防喘振控制的自动化水平、提高效率、降低能耗。

可选的，所述采集在预定工况条件下压缩机的运行与控制曲线中各曲线中的各个预定点的坐标数据可以包括：

根据预定工况条件下压缩机的运行与控制曲线中各曲线长度，确定各曲线的预定点的个数及各个预定点的位置；

根据所述各曲线的预定点的个数及各个预定点的位置，采集各曲线中的各个预定点的坐标数据。

可选的，所述利用预定归一化公式对所述各曲线中的各个预定点进行计算得到各个预定点归一化数值可以包括：

将各个预定点的横坐标数据带入归一化横坐标公式qr²＝ΔPo/Ps进行计算；

将各个预定点的纵坐标数据带入归一化纵坐标公式Rc＝Pd/Ps进行计算；

根据计算结果得到各个预定点的归一化数值；

其中，qr²为简化流量平方，ΔPo为入口流量差压，Ps为入口压力，Rc为出口压比，Pd为出口压力。

可选的，所述根据所述各个预定点归一化数值得到归一化的压缩机运行与控制曲线可以包括：

根据各曲线中的各个预定点的归一化数值，利用最小二乘法得到归一化的压缩机运行与控制曲线。

其中，最小二乘法通过每条曲线的各个预定点的数据进行拟合计算可以得到比较准确的归一化的压缩机运行与控制曲线。也可以利用描点等方法通过预定点得到归一化的压缩机运行与控制曲线。

可选的，所述根据实际工况下压缩机的入口压力及入口温度的数值，利用预定公式计算得到所述实际工况下压缩机运行与控制曲线可以包括：

利用压缩机入口压力变送器测得实际工况下压缩机的入口压力Ps'；

利用压缩机入口温度变送器测得实际工况下压缩机的入口温度Ts'；

将所述Ps'和Ts'带入到预定横坐标公式及纵坐标公式Pd'＝Rc*Ps'，计算得到实际工况下压缩机的入口体积流量Qs'和出口压力Pd'；

根据所述入口体积流量Qs'和出口压力Pd'得到所述实际工况下压缩机运行与控制曲线；

其中，A为流量元件的流量系数，qr²为简化流量平方，Ro为普适气体常数，Zs'为入口气体压缩因子数值，MW'为气体分子量，Rc为出口压比。

优选的，得到实际工况下压缩机运行与控制曲线后还可以包括：根据实际工况下压缩机运行与控制曲线，利用防喘振算法控制器对压缩机进行准确和高效的防喘振控制。

可选的，上述所有的方法可以在DCS或者PLC或者高速控制器系统中实施，具有普遍的适用性。

其中，将标定的归一化的压缩机运行与控制曲线动态变换到对应的入口压力和入口温度下的实际工况下运行与控制曲线，并保证新的运行工况下的运行与控制曲线根据压缩机气体动力学是准确和可靠的，并完全满足压缩机的实际运行需要。通过在实际运行过程中检测真实的压缩机入口压力改变、压缩机入口温度改变，动态的对标定的归一化的压缩机运行与控制曲线进行气体动力学补偿算法变换，得到与检测到的真实的压缩机入口压力和压缩机入口温度对应的满足气体动力学换算的压缩机运行与控制曲线，再通过基于双状态机的防喘振算法控制器进行运算与控制，从而实现先进的压缩机动态防喘振控制与保护策略，并达到显著的节能降耗效果。

基于上述技术方案，本发明实施例中的通过建立归一化的压缩机运行与控制曲线坐标系(qr²，Rc)，然后带入压缩机实际运行中的入口压力(Ps)和入口温度(Ts)将该归一化的压缩机运行与控制曲线变换到当前工况条件下，进行防喘振计算与控制。由于该防喘振的算法更加精确，采用变工况运行的动态压缩机防喘振流量算法，使得压缩机的运行与控制曲线成为动态曲线、而不在是一条固定不动的死线，计算过程满足压缩机转子气体动力学特性，不同运行工况时压缩机的动态运行与控制曲线能够真实、准确的反映当前工况下压缩机的运行空间，因此通过该方法对压缩机进行控制可以提升离心式压缩机或轴流式压缩机防喘振控制的自动化水平、提高效率、降低能耗。

本发明实施例提供了基于变工况运行的压缩机运行空间的确定方法，可以通过上述方法能够使压缩机的运行与控制曲线随着压缩机入口工况的改变而动态改变。

下面对本发明实施例提供的确定压缩机运行与控制曲线的系统进行介绍，下文描述的确定压缩机运行与控制曲线的系统与上文描述的基于变工况运行的压缩机运行空间的确定方法可相互对应参照。

请参考图5，图5为本发明实施例提供的确定压缩机运行与控制曲线的系统的结构框图；该系统可以包括：

获取模块100，用于采集在预定工况条件下压缩机的运行与控制曲线中各曲线中的各个预定点的坐标数据；

归一化模块200，用于根据所述各曲线中的各个预定点的坐标数据及预定工况条件，利用预定归一化公式对所述各曲线中的各个预定点进行计算得到各个预定点归一化数值，根据所述各个预定点归一化数值得到归一化的压缩机运行与控制曲线；

确定模块300，用于根据实际工况下压缩机的入口压力及入口温度的数值，利用预定公式计算得到所述实际工况下压缩机运行与控制曲线并通过所述曲线确定压缩机运行空间。

可选的，请参考图6，图6为本发明实施例提供的归一化模块的结构框图；该模块可以包括：

第一计算单元210，用于根据所述各曲线中的各个预定点的坐标数据及预定工况条件，利用预定归一化公式对所述各曲线中的各个预定点进行计算得到各个预定点归一化数值；

第二计算单元220，用于根据所述各个预定点归一化数值得到归一化的压缩机运行与控制曲线。

可选的，请参考图7，图7为本发明实施例提供的确定模块的结构框图；该模块可以包括：

采集单元310，用于利用压缩机入口压力变送器测得实际工况下压缩机的入口压力Ps'；利用压缩机入口温度变送器测得实际工况下压缩机的入口温度Ts'；

第三计算单元320，用于将所述Ps'和Ts'带入到预定横坐标公式及纵坐标公式Pd'＝Rc*Ps'，计算得到实际工况下压缩机的入口体积流量Qs'和出口压力Pd'；

其中，A为流量元件的流量系数，qr²为简化流量平方，Ro为普适气体常数，Zs'为入口气体压缩因子数值，MW'为气体分子量，Rc为出口压比；

第四计算单元330，用于根据所述入口体积流量Qs'和出口压力Pd'得到所述实际工况下压缩机运行与控制曲线并通过所述曲线确定压缩机运行空间。

请参考图8，图8为本发明实施例提供的另一确定压缩机运行与控制曲线的系统的结构框图；该系统还可以包括：

控制模块400，用于根据实际工况下压缩机运行与控制曲线，利用防喘振算法控制器对压缩机进行准确和高效的防喘振控制。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本发明所提供的基于变工况运行的压缩机运行空间的确定方法及系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于变工况运行的压缩机运行空间的确定方法，其特征在于，包括：

采集在预定工况条件下压缩机的运行与控制曲线中各曲线中的各个预定点的坐标数据；

根据所述各曲线中的各个预定点的坐标数据及预定工况条件，利用预定归一化公式对所述各曲线中的各个预定点进行计算得到各个预定点归一化数值，根据所述各个预定点归一化数值得到归一化的压缩机运行与控制曲线；

根据实际工况下压缩机的入口压力及入口温度的数值，利用预定公式计算得到实际工况下压缩机运行与控制曲线并通过所述曲线确定压缩机运行空间。

2.如权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述采集在预定工况条件下压缩机的运行与控制曲线中各曲线中的各个预定点的坐标数据包括：

根据预定工况条件下压缩机的运行与控制曲线中各曲线长度，确定各曲线的预定点的个数及各个预定点的位置；

根据所述各曲线的预定点的个数及各个预定点的位置，采集各曲线中的各个预定点的坐标数据。

3.如权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述利用预定归一化公式对所述各曲线中的各个预定点进行计算得到各个预定点归一化数值包括：

将各个预定点的横坐标数据带入归一化横坐标公式qr²＝ΔPo/Ps进行计算；

将各个预定点的纵坐标数据带入归一化纵坐标公式Rc＝Pd/Ps进行计算；

根据计算结果得到各个预定点的归一化数值；

其中，qr²为简化流量平方，ΔPo为入口流量差压，Ps为入口压力，Rc为出口压比，Pd为出口压力。

4.如权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述根据所述各个预定点归一化数值得到归一化的压缩机运行与控制曲线包括：

根据各曲线中的各个预定点的归一化数值，利用最小二乘法得到归一化的压缩机运行与控制曲线。

5.如权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述根据实际工况下压缩机的入口压力及入口温度的数值，利用预定公式计算得到所述实际工况下压缩机运行与控制曲线包括：

利用压缩机入口压力变送器测得实际工况下压缩机的入口压力Ps'；

利用压缩机入口温度变送器测得实际工况下压缩机的入口温度Ts'；

将所述Ps'和Ts'带入到预定横坐标公式及纵坐标公式Pd'＝Rc*Ps'，计算得到实际工况下压缩机的入口体积流量Qs'和出口压力Pd'；

根据所述入口体积流量Qs'和出口压力Pd'得到所述实际工况下压缩机运行与控制曲线；

其中，A为流量元件的流量系数，qr²为简化流量平方，Ro为普适气体常数，Zs'为入口气体压缩因子数值，MW'为气体分子量，Rc为出口压比。

6.如权利要求1所述的确定方法，其特征在于，还包括：根据实际工况下压缩机运行与控制曲线，利用防喘振算法控制器对压缩机进行防喘振控制。

7.一种基于变工况运行的压缩机运行空间的确定系统，其特征在于，包括：

获取模块，用于采集在预定工况条件下压缩机的运行与控制曲线中各曲线中的各个预定点的坐标数据；

归一化模块，用于根据所述各曲线中的各个预定点的坐标数据及预定工况条件，利用预定归一化公式对所述各曲线中的各个预定点进行计算得到各个预定点归一化数值，根据所述各个预定点归一化数值得到归一化的压缩机运行与控制曲线；

确定模块，用于根据实际工况下压缩机的入口压力及入口温度的数值，利用预定公式计算得到实际工况下压缩机运行与控制曲线并通过所述曲线确定压缩机运行空间。

8.如权利要求7所述的确定系统，其特征在于，所述归一化模块包括：

第一计算单元，用于根据所述各曲线中的各个预定点的坐标数据及预定工况条件，利用预定归一化公式对所述各曲线中的各个预定点进行计算得到各个预定点归一化数值；

第二计算单元，用于根据所述各个预定点归一化数值得到归一化的压缩机运行与控制曲线。

9.如权利要求7所述的确定系统，其特征在于，所述确定模块包括：

采集单元，用于利用压缩机入口压力变送器测得实际工况下压缩机的入口压力Ps'；利用压缩机入口温度变送器测得实际工况下压缩机的入口温度Ts'；

第三计算单元，用于将所述Ps'和Ts'带入到预定横坐标公式及纵坐标公式Pd'＝Rc*Ps'，计算得到实际工况下压缩机的入口体积流量Qs'和出口压力Pd'；

其中，A为流量元件的流量系数，qr²为简化流量平方，Ro为普适气体常数，Zs'为入口气体压缩因子数值，MW'为气体分子量，Rc为出口压比；

第四计算单元，用于根据所述入口体积流量Qs'和出口压力Pd'得到所述实际工况下压缩机运行与控制曲线并通过所述曲线确定压缩机运行空间。

10.如权利要求7所述的确定系统，其特征在于，还包括：

控制模块，用于根据实际工况下压缩机运行与控制曲线，利用防喘振算法控制器对压缩机进行准确和高效的防喘振控制。