CN109667771A - 一种透平真空系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种透平真空系统及控制方法，包括气体管路；多个真空抽吸点合并后通过气体管路连接气体过滤装置的入口，气体过滤装置的出口连接透平真空设备的入口；气体管路上设有第一压力传感器、第一温度传感器和气动调节阀，气体过滤装置上设有电动调节阀，透平真空设备的进口上设有第二温度传感器和第二压力传感器，透平真空设备的出口上设有第三温度传感器和第三压力传感器。本发明所述的一种透平真空系统及控制方法，实现透平真空系统的自动化运行，可避免系统进入过载特性区和喘振特性区，极大的提升系统的可靠性和稳定性，降低运行能耗。

Description

一种透平真空系统及控制方法
技术领域
本发明属于真空技术领域，尤其是涉及一种透平真空系统及控制方法。
背景技术
真空系统在诸多行业中有着广泛的应用，真空泵作为真空系统的核心设备其重要性不言而喻，以往的真空泵多为罗茨或水环型式，这两种类型的真空泵运行能耗高，排气不能进行余热回收利用，难以根据工艺参数的变化实现真空度的调节，而透平真空泵可有效的解决上述问题，其应用日益成熟。由于透平真空泵与罗茨或水环泵的特性差异大，按照以往简单粗放的运行方式无法保证真空系统的稳定性，而设备操作人员又无法达到厂家的专业水平。
透平真空系统除了正常的运行条件外，也可能出现无负荷、超低负荷或喘振负荷运行条件。例如在纸机真空脱水系统中，当断纸情况发生时，系统进入无负荷状态，真空度在几秒时间内阶跃式大幅降低，透平设备运行功率大幅增加，甚至进入过载运行区域导致系统保护停机，极大的降低了真空系统的可靠性。当压区毛布通透性降低时，真空系统的管网特性将越来越接近透平真空设备喘振负荷区域，直至进入喘振负荷区域运行，在此区域的运行通常采取打开部分放空阀门，使设备运行在喘振线以内，该方式增加了运行能耗，而且实际运行效果达不到工艺要求。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种透平真空系统及控制方法，实现透平真空系统的自动化运行，可避免系统进入过载特性区和喘振特性区，极大的提升系统的可靠性和稳定性，降低运行能耗。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种透平真空系统，包括气体管路；多个真空抽吸点合并后通过气体管路连接气体过滤装置的入口，气体过滤装置的出口连接透平真空设备的入口；气体管路上设有第一压力传感器、第一温度传感器和气动调节阀，气体过滤装置上设有电动调节阀，透平真空设备的进口上设有第二温度传感器和第二压力传感器，透平真空设备的出口上设有第三温度传感器和第三压力传感器；第一压力传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、第二压力传感器、第三温度传感器、第三压力传感器与PLC系统的输入端连接，气动调节阀和电动调节阀与PLC系统的输出端连接。
进一步的，透平真空设备是齿轮增速型或直驱型高速离心式旋转设备。
进一步的，一种透平真空系统控制方法，包括：
步骤一：在不同转速下测试透平真空设备的特性，确定该设备安全稳定运行的包络区间；
步骤二：测试现场三种特殊运行区间下的管网特性；
步骤三：将透平真空设备接入上述的一种透平真空系统中；
步骤四：通过阀门与透平真空设备的联动控制，实时确定系统运行区间及不同工况条件下的管网特性曲线和阻力系数，由PLC程序自动计算当前状态下的最大真空度和设备可运行的最高转速；
步骤五：在真空度瞬时异常波动情况下，通过调节阀门开度快速补偿管网特性变化，使管网特性恢复至真空度异常前的状态，同时降低透平真空设备的运行转速至设定最小值。
进一步的，步骤一中，包络区间由设备的喘振特性线、最大转速线和过载特性线组成。
进一步的，步骤二中，三种特殊运行区间分别为低负荷区间、正常负荷区间和喘振负荷区间；
低负荷区间指管网特性线低于设备过载特性线的运行区间；
正常负荷区间指管网特性线介于设备过载特性线和与最高转速下的喘振点相交的管网特性线之间的运行区域；
喘振负荷区间指管网特性曲线与喘振线相交运行区间。
进一步的，步骤四中，阀门包括气动调节阀和电动调节阀。
进一步的，步骤五中，由真空抽吸点的某一信号作为真空度异常的触发信号。
相对于现有技术，本发明所述的一种透平真空系统及控制方法具有以下优势：
本发明所述的一种透平真空系统及控制方法，配合使用气动调节阀和电动调节阀，通过对透平真空设备进行特性测试和对透平真空系统的控制，实现系统的自动化运行，可避免系统进入过载特性区和喘振特性区，又能使异常时间段运行能耗达到最低，降低运行能耗，极大的提升系统的可靠性和稳定性。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
在附图中：
图1为本发明实施例所述的一种透平真空系统组成示意图；
图2为本发明实施例所述的透平真空设备特性测试系统组成示意图；
图3为本发明实施例所述的透平真空设备在不同转速下特性曲线示意图；
图4为本发明实施例所述的透平真空设备的管网特性曲线示意图；
图5为本发明实施例所述的一种透平真空系统的运行控制曲线示意图。
附图标记说明：
1-真空抽吸点；2-第一压力传感器；3-第一温度传感器；4-气体管路；5-气动调节阀；6-电动调节阀；7-气体过滤装置；8-第二温度传感器；9-第二压力传感器；10-透平真空设备；11-第三压力传感器；12-第三温度传感器；13-PLC系统；14-整流计；15-流量计；16-数据采集系统。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，一种透平真空系统，包括气体管路4；多个真空抽吸点1合并后通过气体管路4连接气体过滤装置7的入口，气体过滤装置7的出口连接透平真空设备10的入口；气体管路4上设有第一压力传感器2、第一温度传感器3和气动调节阀5，气体过滤装置7上设有电动调节阀6，透平真空设备10的进口上设有第二温度传感器8和第二压力传感器9，透平真空设备10的出口上设有第三温度传感器12和第三压力传感器11；第一压力传感器2、第一温度传感器3、第二温度传感器8、第二压力传感器9、第三温度传感器12、第三压力传感器11与PLC系统13的输入端连接，气动调节阀5和电动调节阀6与PLC系统13的输出端连接。
如图1所示，透平真空设备10是齿轮增速型或直驱型高速离心式旋转设备。
如图1-5所示，一种透平真空系统控制方法，包括：
步骤一：在不同转速下测试透平真空设备10的特性，确定该设备安全稳定运行的包络区间，包络区间由设备的喘振特性线、最大转速线和过载特性线组成；
如图2所示，在距透平真空设备10的进口约12倍管道直径处安装电动调节阀，10倍直径处安装整流计14，5倍直径处安装流量计15，进出口1倍直径处均安装压力传感器和温度传感器，所有的信号端均接入数据采集系统16。
测试前将电动调节阀调整至100％开度，开启透平真空设备10并不断升速，在升速过程中观察电机电流是否达到过载保护值，若未超过该值，则继续升速，若在升速过程中达到该值，则应将电动调节阀开度适当调小，保证电机电流值小于过载保护值，反复进行阀门开度的调节和透平真空设备10升速，直至透平真空设备10达到最大转速n。设备在最大转速下运行后，调整电动调节阀的开度，使电机电流达到过载保护值，此状态下的工况点即为最大转速下的最小真空度工况点，运行稳定后记录该工况点的流量、进出口温度和压力。依次将电动调节阀的开度减小，测试至少5个稳定运行工况点至近喘振点，将上述测试到的所有工况点绘制出以抽气量为横坐标，真空度为纵坐标的曲线即为最大转速n的特性曲线，按照上述方法分别测试不同转速下的性能数据。
图3是透平真空设备10在不同转速下的特性曲线示意图，该图以不同转速的测试数据为基础整理得到。在以抽气量为横坐标，真空度为纵坐标的示意图中，曲线左侧区域为喘振控制区域，分界线为喘振特性线，该线可以用真空度和转速的一次函数关系表示，即不同转速下的最大真空度△p1＝f(n)。曲线右下侧区域为设备的过载区，分界线为设备过载特性线，该线同样可以用真空度和转速的一次函数关系表示，即不同转速下的最小真空度△p2＝f(n)。不同转速下的最小和最大真空度曲线包络区间构成透平真空设备10的特性曲线区间。
步骤二：测试现场三种特殊运行区间下的管网特性；
三种特殊运行区间分别为低负荷区间、正常负荷区间和喘振负荷区间；
低负荷区间指管网特性线低于设备过载特性线的运行区间；
正常负荷区间指管网特性线介于设备过载特性线和与最高转速下的喘振点相交的管网特性线之间的运行区域；
喘振负荷区间指管网特性曲线与喘振线相交运行区间。
图4是管网特性曲线示意图，透平真空系统管路及管件确定后，系统管网阻力具有如图所示特性，其可以表示为阻力系数与抽气量的函数，即△p＝f(ε，q)，管网阻力特性曲线的陡峭程度取决于阻力系数。在无负荷条件下将透平真空设备10分别运行在图3所示转速下，记录对应的抽气量及真空度得到阻力系数εw及管网特性1，即△p1＝f(εw，q)。同理测试在近喘振条件下的阻力系数εc及管网特性2，即△p2＝f(εc，q)。周期条件下的测试应先开电动放空阀，将设备运行至最大转速，逐渐关闭放空阀，若在接近喘振线附近放空阀仍未完全关闭，应降低转速后继续关阀，重复上述过程，直至放空阀可完全关闭，记录对应的抽气量及真空度，继续降速得到阻力系数εj及管网特性3，即△p3＝f(εj，q)。
步骤三：将透平真空设备10接入上述的一种透平真空系统中；
步骤四：通过阀门与透平真空设备10的联动控制，实时确定系统运行区间及不同工况条件下的管网特性曲线和阻力系数，由PLC程序自动计算当前状态下的最大真空度和设备可运行的最高转速；
阀门包括气动调节阀5和电动调节阀6。
气动调节阀5动作速度快，可快速补偿管网特性，主进气管道阀门不限于本实施例中的气动调节阀，也包括其他类型可以快速动作的阀门。
电动调节阀6调节精度高，该阀门的安装位置不限于本实施例中的位置，在透平真空设备10入口之前的管路上安装电动调节阀均可以，该阀门也包括其他调节精度高的阀门类型。
步骤五：在真空度瞬时异常波动情况下，通过调节阀门开度快速补偿管网特性变化，使管网特性恢复至真空度异常前的状态，同时降低透平真空设备10的运行转速至设定最小值。
将图1中气动调节阀5和电动调节阀6给定100％开度，启动真空设备10至转速为0.75*n～0.8*n之间，逐渐关闭电动调节阀6，若在接近喘振线附近放空阀仍未完全关闭，则应降低转速，直至放空阀完全关闭。放空阀完全关闭后，选择不高于此转速的3～5个转速运行真空设备，记录这几个工况点对应的抽气量和真空度，得到当前状态下的管网阻力系数εd及管网特性，即△pd＝f(εd，q)，比较当前状态下的阻力系数εd与图4测试确定的阻力系数εw、εc、εj。
当εd＜εw，说明真空系统运行在无负荷区域，管网特性曲线△pd＝f(εd，q)与设备过载特性线△p2＝f(n)的交点所确定的转速为当前状态下真空设备可运行的最大转速，真空度为当前状态下系统可达到的最大真空度。
当εw＜εd＜εc，说明真空系统运行在正常负荷区域，当前状态下真空设备可运行的最大转速为设备的最大转速，管网特性曲线△pd＝f(εd，q)与最大转速的交点所确定的真空度为系统可达到的最大真空度。
当εc＜εd＜εj，说明真空系统运行在喘振负荷区域，管网特性曲线△pd＝f(εd，q)与设备喘振特性线△p1＝f(n)的交点所确定的转速为当前状态下真空设备可运行的最大转速，真空度为当前状态下系统可达到的最大真空度。
为避免真空系统瞬时进入无负荷运行区域而导致真空设备过载保护停机，降低真空异常情况下的运行能耗，提高系统恢复响应速度，当真空抽吸点1检测到异常信号并反馈给PLC系统13后，PLC系统13给气动调节阀5关闭至40％开度的信号，同时降低透平真空设备10的转速至0.75*n～0.8*n之间，当透平真空设备10到达该转速后，再次调整气动调节阀5的开度，使管网阻力特性值接近异常前的值，此时气动调节阀5在此开度下补偿的管网特性与异常前的相当，当真空抽吸点1反馈给PLC系统13的信号正常后，PLC系统13将100％开度信号送至气动调节阀5，同时将透平真空设备10升速至异常前的转速即恢复异常前的真空状态。
如图1-5所示，步骤五中，由真空抽吸点1的某一信号作为真空度异常的触发信号。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种透平真空系统，其特征在于：包括气体管路(4)；多个真空抽吸点(1)合并后通过所述气体管路(4)连接气体过滤装置(7)的入口，所述气体过滤装置(7)的出口连接透平真空设备(10)的入口；所述气体管路(4)上设有第一压力传感器(2)、第一温度传感器(3)和气动调节阀(5)，所述气体过滤装置(7)上设有电动调节阀(6)，所述透平真空设备(10)的进口上设有第二温度传感器(8)和第二压力传感器(9)，所述透平真空设备(10)的出口上设有第三温度传感器(12)和第三压力传感器(11)；所述第一压力传感器(2)、所述第一温度传感器(3)、所述第二温度传感器(8)、所述第二压力传感器(9)、所述第三温度传感器(12)、所述第三压力传感器(11)与PLC系统(13)的输入端连接，所述气动调节阀(5)和所述电动调节阀(6)与所述PLC系统(13)的输出端连接。
2.根据权利要求1所述的一种透平真空系统，其特征在于：所述透平真空设备(10)是齿轮增速型或直驱型高速离心式旋转设备。
3.一种透平真空系统控制方法，其特征在于：包括：
步骤一：在不同转速下测试所述透平真空设备(10)的特性，确定该设备安全稳定运行的包络区间；
步骤二：测试现场三种特殊运行区间下的管网特性；
步骤三：将所述透平真空设备(10)接入如权利要求1所述的一种透平真空系统中；
步骤四：通过阀门与所述透平真空设备(10)的联动控制，实时确定系统运行区间及不同工况条件下的管网特性曲线和阻力系数，由PLC程序自动计算当前状态下的最大真空度和设备可运行的最高转速；
步骤五：在真空度瞬时异常波动情况下，通过调节阀门开度快速补偿管网特性变化，使管网特性恢复至真空度异常前的状态，同时降低所述透平真空设备(10)的运行转速至设定最小值。
4.根据权利要求3所述的一种透平真空系统控制方法，其特征在于：步骤一中，包络区间由设备的喘振特性线、最大转速线和过载特性线组成。
5.根据权利要求3所述的一种透平真空系统控制方法，其特征在于：步骤二中，三种特殊运行区间分别为低负荷区间、正常负荷区间和喘振负荷区间；
所述低负荷区间指管网特性线低于设备过载特性线的运行区间；
所述正常负荷区间指管网特性线介于设备过载特性线和与最高转速下的喘振点相交的管网特性线之间的运行区域；
所述喘振负荷区间指管网特性曲线与喘振线相交运行区间。
6.根据权利要求3所述的一种透平真空系统控制方法，其特征在于：步骤四中，阀门包括所述气动调节阀(5)和所述电动调节阀(6)。
7.根据权利要求3所述的一种透平真空系统控制方法，其特征在于：步骤五中，由所述真空抽吸点(1)的某一信号作为真空度异常的触发信号。
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