CN105889112B - 一种基于隶属函数模型离心压缩机喘振保护方法 - Google Patents

Abstract

一种基于隶属函数模型离心压缩机喘振保护方法涉及离心压缩机喘振保护领域。离心压缩机是化工生产过程中的核心动力设备，喘振是离心压缩机运行过程易发生故障，对离心压缩机进行喘振保护具体重要的意义。该方法通过在实验台采集运行参数标定其性能曲线，确定喘振保护控制范围并确定隶属函数控制模型。采集现场投用的离心压缩机运行参数，通过性能曲线确定其运行工况，根据所选控制模型，利用控制器控制喘振保护阀，从而达到喘振保护目的。

Description

一种基于隶属函数模型离心压缩机喘振保护方法

技术领域

本发明涉及离心压缩机喘振保护领域，特别是涉及离心压缩机喘振保护阀控制算法。

背景技术

离心压缩机是化工生产过程中的核心动力设备，其运行状态直接影响到整个工艺生产过程的进行。在离心压缩机运行过程中，易发生喘振故障，喘振对离心压缩机转子和静部件的交变应力严重影响其寿命，对离心压缩机密封以及轴承也有极大的损坏作用。因此，对离心压缩机进行喘振保护是整个运转正常进行的重要保证。

工业中常用的离心压缩机喘振保护常用的方法有：单回路循环法，出口放空方法，固定极限法等，上述方法考虑单一的因素，对离心压缩机喘振保护安全性和可靠性较低，无法有效地达到离心压缩机喘振保护的目的。

本专利对离心压缩机具体运行参数设计了针对性的喘振保护方案，根据离心压缩机性能曲线和喘振保护阀流量特性，确定隶属函数模型，通过对阀的控制达到对离心压缩机喘振保护的效果。

发明内容

1.一种基于隶属函数模型离心压缩机喘振保护方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

1)离心压缩机性能曲线标定，通过离心压缩机实验，使用数据采集器采集压缩机不同运行工况时参数，从而得到离心压缩机性能曲线，并将性能曲线划分为不同工况区。

2)离心压缩机喘振保护控制模型确定，根据所使用的离心压缩机喘振保护阀的流量特性，选择能准确反映阀流量特性的隶属函数模型，结合标定的离心压缩机性能曲线，确定隶属函数模型参数范围。

3)离心压缩机喘振保护控制，通过采集的离心压缩机运行参数和性能曲线对比，确定压缩机运行工况，根据确定的控制模型，使用控制器控制阀门，从而实现喘振保护。

2.根据权利要求1所示的一种基于隶属函数模型离心压缩机喘振保护方法，其特征在于，所述步骤1中：

实时采集的离心压缩机的数据包括流量，进、出口压力，记录多个转速下离心压缩机发生不同流量和对应的压缩比，将所记录的工况点数据在以流量为横轴、以压缩比为纵轴的坐标系中标点，再将工况点依次连接成喘振线和阻滞线，设置喘振裕度为5％-10％，获得喘振控制线。

喘振线、阻滞线和喘振控制线将离心压缩机工况区划分为：喘振区、正常工况区、阻滞区。

3.根据权利要求所述的一种基于隶属函数模型离心压缩机喘振保护方法，其特征在于，所述步骤2中：

喘振保护阀按照流量特性可分为：快开阀，线性阀和等百分比阀。

隶属函数模型分为以下：

偏小型函数包括：

降半矩形分布：

降半梯形分布：

降岭形分布：

偏大型函数包括：

升半矩形分布：

升半梯形分布：

升岭形分布：

中间型函数包括：

矩形分布：

根据喘振保护阀的流量特性，选择能准确反映阀流量特性的隶属函数模型，开度A(x)视为流量差x的隶属函数。

结合标定的离心压缩机性能曲线中的流量与压缩比的范围，确定隶属函数模型中A(x)、x、a、b范围。

4.根据权利要求1所述的一种基于隶属函数模型离心压缩机喘振保护方法，其特征在于，所述步骤3中：

实时采集的离心压缩机数据包括流量，进出口压力。

对比离心压缩机相同压缩比下工况点流量x₀与喘振控制线上流量x₁、以及阻滞线上流量x₂大小，判断离心压缩机运行工况。

当x₀≤x₁时，离心压缩机运行为喘振工况；

当x₁≤x₀≤x₂时，离心压缩机运行为正常工况；

当x₀≥x₂时，离心压缩机运行为阻滞工况。

对于喘振保护调节阀控制模型，开度A(x)视为流量差x的函数，其中：x＝x₁-x₀，将x输入到上述确定的隶属函数模型中，控制器运算得出对应的开度A(x)，并控制调节阀达到对应开度A(x)。从而调节离心压缩机流量，达到喘振保护的目的。

附图说明

图1离心压缩机喘振保护方案图

图2喘振线标定结果图

图3喘振保护阀开度计算方法

图4为离心压缩机发生喘振时对应的7.5Hz的振动频谱

图5为通过控制阀达到喘振保护的效果图

图6本发明流程图

具体实施方式

下面对本发明的离心压缩机喘振保护方法作进一步介绍。

1、离心压缩机性能曲线标定

(1)离心压缩机数据采集

通过离心压缩机实验,使用数据采集器采集离心压缩机运行工艺量数据，数据类型包括离心压缩机进出口压力，以及流量。

(2)离心压缩机性能曲线标定

通过改变离心压缩机运行状况，记录多个转速下离心压缩机不同工况的流量和对应的压缩比，再将所记录的工况点数据在以流量为横轴、以压缩比为纵轴的坐标系中标点，再将工况点依次连接成喘振线和阻滞线，设置喘振裕度为10％，获得喘振控制线。

(3)离心压缩机性能工况区划分

喘振线、阻滞线和喘振控制线将离心压缩机工况区划分为：喘振区、正常工况区、阻滞区。

喘振线与喘振控制线之间区域为喘振区；

喘振控制线与阻滞线之间区域为正常工况区；

阻滞线以外为阻滞区。

2、隶属函数模型分为以下：

偏小型函数包括：降半矩形分布、降半梯形分布、降岭形分布；

偏大型函数包括：升半矩形分布、升半梯形分布、升岭形分布；

中间型函数包括：矩形分布。

(1)喘振保护阀函数模型选取

该离心压缩机喘振保护方案中选用两个阀，一个是线性调节阀，其流量与阀门开度线性关系，另一个是电磁阀，其运行状态为阀门开启，相反阀门关闭。从上述的隶属函数中选取模型：

线性调节阀函数模型选取为升岭形分布；

电磁阀函数模型选取为升半矩形分布。

(2)模型参数范围确定

对于线性调节阀模型升岭形分布，根据阀流量特性和压缩机性能曲线得：开度A(x)∈[0,1]，a＝0，b＝500；

对于电磁阀模型升半矩形分布，根据阀流量特性和压缩机性能曲线得：开度A(x)＝0或A(x)＝1a＝500

3、离心压缩机喘振保护控制

(1)离心压缩机数据采集

通过离心压缩机和可编程逻辑控制器采集离心压缩机运行工艺量数据，数据类型包括离心压缩机进出口压力，以及流量。

(2)离心压缩机运行工况判断

对比离心压缩机相同压缩比下工况点流量x₀与喘振控制线上流量x₁、以及阻滞线上流量x₂大小，判断离心压缩机运行工况。

当x₀≤x₁时，离心压缩机运行为喘振工况；

当x₁≤x₀≤x₂时，离心压缩机运行为正常工况；

当x₀≥x₂时，离心压缩机运行为阻滞工况。

图3离心压缩机运行状态为喘振工况，图4为离心压缩机发生喘振时对应的7.5Hz的振动频谱。

(3)离心压缩机喘振保护阀控制

对于调节阀的升岭形分布控制模型，如下：

此时，x＝x₁-x₂＝1000-800＝200

将x＝200代入上述模型中，可以计算到：

因而可编程逻辑控制器输出调节阀开度为0.345。

对于电磁阀的升半矩形分布控制模型，如下：

此时x＝200，将其代入上述模型中，可以计算到：A(x)＝0

因而控制器控制喘振保护电磁阀关闭状态。

图5为通过控制阀达到喘振保护的效果，7.5Hz的低频振动消失。

Claims (4)

1.一种基于隶属函数模型离心压缩机喘振保护方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

1)离心压缩机性能曲线标定，通过离心压缩机实验，使用数据采集器采集压缩机不同运行工况时参数，从而得到离心压缩机性能曲线，并将性能曲线划分为不同工况区；

2)离心压缩机喘振保护控制模型确定，根据所使用的离心压缩机喘振保护阀的流量特性，选择能准确反映阀流量特性的隶属函数模型，结合标定的离心压缩机性能曲线，确定隶属函数模型参数范围；

3)离心压缩机喘振保护控制，通过采集的离心压缩机运行参数和性能曲线对比，确定压缩机运行工况，根据确定的控制模型，使用控制器控制阀门，实现喘振保护。

2.根据权利要求1所示的一种基于隶属函数模型离心压缩机喘振保护方法，其特征在于，所述步骤1中：

实时采集的离心压缩机的数据包括流量，进、出口压力，记录多个转速下离心压缩机发生不同流量和对应的压缩比，将所记录的工况点数据在以流量为横轴、以压缩比为纵轴的坐标系中标点，再将工况点依次连接成喘振线和阻滞线，设置喘振裕度为5％-10％，获得喘振控制线；喘振线、阻滞线和喘振控制线将离心压缩机工况区划分为：喘振区、正常工况区、阻滞区。

3.根据权利要求1所述的一种基于隶属函数模型离心压缩机喘振保护方法，其特征在于，所述步骤2中：

喘振保护阀按照流量特性可分为：快开阀，线性阀和等百分比阀；

隶属函数模型分为以下：

偏小型函数包括：

降半矩形分布：

$A\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& x\≤a\\ 0& x>a\end{array}\right.---\left(1\right)$

降半梯形分布：

$A\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& x\&le;a\\ \frac{b-x}{b-a}& a<x\&le;b\\ 0& x>b\end{array}\right.---\left(2\right)$

降岭形分布：

$A\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& x\&le;a\\ \frac{1}{2}-\frac{1}{2}sin\frac{\mathrm{\&pi;}}{b-a}\&lsqb;x-\frac{a+b}{2}\&rsqb;& a<x\&le;b\\ 0& x>b\end{array}\right.---\left(3\right)$

偏大型函数包括：

升半矩形分布：

$A\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& x\&le;a\\ 1& x>a\end{array}\right.---\left(4\right)$

升半梯形分布：

$A\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& x\&le;a\\ \frac{x-a}{b-a}& a<x\&le;b\\ 1& x>b\end{array}\right.---\left(5\right)$

升岭形分布：

$A\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& x\&le;a\\ \frac{1}{2}+\frac{1}{2}sin\frac{\mathrm{\&pi;}}{b-a}\&lsqb;x-\frac{a+b}{2}\&rsqb;& a<x\&le;b\\ 1& x>b\end{array}\right.---\left(6\right)$

中间型函数包括：

矩形分布：

$A\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& x\&le;a-b\\ 1& a-b<x\&le;a+b\\ 0& x>a+b\end{array}\right.---\left(7\right)$

根据喘振保护阀的流量特性，选择能准确反映阀流量特性的隶属函数模型，开度A(x)视为流量差x的隶属函数；

结合标定的离心压缩机性能曲线中的流量与压缩比的范围，确定隶属函数模型中A(x)、x、a、b范围，其中a为流量下限，b为流量上限。

4.根据权利要求1所述的一种基于隶属函数模型离心压缩机喘振保护方法，其特征在于，所述步骤3中：

实时采集的离心压缩机数据包括流量，进出口压力；

对比离心压缩机相同压缩比下工况点流量x₀与喘振控制线上流量x₁、以及阻滞线上流量x₂大小，判断离心压缩机运行工况；

当x₀≤x₁时，离心压缩机运行为喘振工况；

当x₁≤x₀≤x₂时，离心压缩机运行为正常工况；

当x₀≥x₂时，离心压缩机运行为阻滞工况；

对于喘振保护调节阀控制模型，开度A(x)视为流量差x的函数，其中：x＝x₁-x₀，将x输入到上述确定的隶属函数模型中，控制器运算得出对应的开度A(x)，并控制调节阀达到对应开度A(x)。