CN110469534B - 一种鼓风机喘振保护方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种鼓风机喘振保护方法及系统，通过在3种不同转速下分别测出鼓风机的压力和气体流量，得到喘振线并根据喘振线得到喘振控制线，通过设置偏移线构成缓冲区域,通过缓冲区域能够避免鼓风机运行时一直反复运行在喘振流量点附近，造成不必要的失误，保证鼓风机一直在安全范围内运行从而避免到达喘振点的临界值，修正后的偏移线到喘振点距离的精度更加精确，从而保证了由喘振控制线与偏移线之间的区域构成缓冲区域的正确性，使得避免鼓风机运行时一直反复运行在喘振流量点附近的精度更高，修正后的偏移线相比较没有经过修正的偏移线提升了避免喘振的概率。

Description

一种鼓风机喘振保护方法及系统

技术领域

本公开离心式风机、防喘振领域，具体涉及一种鼓风机喘振保护方法及系统。

背景技术

磁悬浮鼓风机，是属于离心式风机的一种，适用于工业污水，市政污水曝气行业，具有噪音低(低于85db)，整机效率高(接近80％)，节能(比一般罗茨风机省电20-40％)等优点。但缺点是遇到管道压力突变，流量不及时提高容易喘振，影响风机寿命。

导致磁悬浮鼓风机曝气压力高的几个因素：1.曝气池水位高，1m水深约为9.8Kpa；2.管道布局不合理，管损过高；3.曝气头不足；4.曝气头堵塞；5.天气原因，夏天压力更高。

目前现有的技术方案中保护设备的方案有如下：1.发现喘振迹象，报警停机，清理堵塞的曝气头或降低水位，其缺点为：停机影响设备运行；2.额外增加放空阀，对外排气，其缺点为：对外排气造成能源浪费；3.增加风机进端可调导叶IGV，降低喘振流量，其缺点为：增加机械和电气成本。

由此可见，如何保护设备在安全区域运行，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述问题，本公开提供一种鼓风机喘振保护方法及系统的技术方案，通过在3种不同转速下分别测出鼓风机的压力和气体流量，得到喘振线并根据喘振线得到喘振控制线，通过设置偏移线，进一步地修正偏移线精度从而获得由喘振控制线与偏移线之间的区域构成缓冲区域。

为了实现上述目的，根据本公开的一方面，提供一种鼓风机喘振保护方法，所述方法包括以下步骤：

S100，在3种不同转速下分别测出鼓风机的压力和气体流量，压力用P表示，气体流量用Q表示；

S200，以Q为X轴，P为Y轴画出鼓风机在3种不同转速下Q与P之间的压力-流量性能曲线；

S300，连接所述压力-流量性能曲线中鼓风机在3种不同转速下的喘振点得到喘振线；

S400，根据喘振线得到喘振控制线。

进一步地，在S100中，所述3种不同转速分别为鼓风机的转速为16976rpm、19098rpm、21220rpm，rpm为鼓风机每分钟的转数。

进一步地，在S100中，所述压力单位为kPa(千帕)，气体流量单位为m3/min(即；立方米/每分钟)。

进一步地，在S400中，所述根据喘振线得到的喘振控制线为Q＝0.644*P+47.4；其中，Q为喘振点的流量与P为喘振点的压力；鼓风机正常运行时，通过检测鼓风机的排气压力可知喘振流量(即喘振点)，如当前压力为70Kpa，则鼓风机最低运行流量要保证92.5m³/min。

喘振点为：如果鼓风机升压提高到某一临界压力，则鼓风机将进入喘振区，出现倒风及周期性振荡现象，这一临界点便是喘振点。

喘振控制线的右侧是鼓风机可以正常运行范围，喘振控制线左侧的是喘振的区域。

优选地，设置偏移线，由喘振控制线与偏移线之间的区域构成缓冲区域，所述偏移线为Q＝0.644*P+57.4；缓冲区域能够避免鼓风机运行时一直反复运行在喘振流量点附近，造成不必要的失误，增加缓冲区域作为保护，保证鼓风机一直在偏移线的右侧运行，即使鼓风机的压力突然上升，也有一定的缓冲流量，有充足的时间等待鼓风机提速。

进一步地，左侧、右侧分别为曲线或直线在坐标轴上相对的左侧、右侧，即左侧(大于)与右侧(小于)曲线或直线上的值。

优选地，提高鼓风机的电机转速响应速度，每秒调节加速流量1m/min，减速流量0.2m/min。这样既保证流量模式运行时，风机流量调节没有大的变化，也保证压力突然升高时鼓风机能及时提速。

进一步地，对偏移线进行修正，设喘振控制线上喘振点的坐标为(x₁,y₁),(x₂,y₂),(x₃,y₃)，则(x_i,y_i)为鼓风机在3种不同转速下测出的压力和气体流量，x_i为压力，y_i为气体流量，i＝1…3，而待修正的偏移线的坐标为(x,y)，x为压力，y为气体流量，在3种不同转速下偏移线到喘振点坐标(x_i,y_i)的距离分别为d₁,d₂,d₃，则可建立以下方程组:

从方程组中第一个方程开始，分别减去最后一个方程，即d₁ ²-d₃ ²,d₂ ²-d₃ ²，并简化所得到的线性方程组为矩阵形式，Az＝b，其中：

由于在测量鼓风机的压力和气体流量过程中存在误差N，所以利用最小二乘法修正矩阵得到：Q(z)＝||b-Az||²，

对z进行求导得：

如果AA^T非奇异，则得到修正矩阵为z＝(A^TA)^-1A^Tb，则通过修正矩阵可求出偏移线的坐标(x′_i,y′_i)，即求解z的方程组，求得(x′_i,y′_i)，连接坐标点(x′_i,y′_i)，i＝1…3，即由坐标点(x′₂,y′₂)向坐标点(x′₁,y′₁)和坐标点(x′₃,y′₃)的方向分别作2条射线，2条射线以坐标点(x′₂,y′₂)为连接点，这两条连接的射线构成的折线即得到修正后的偏移线；通过修正偏移线，可以使得修正后的偏移线到喘振点距离的精度更加精确，从而保证了由喘振控制线与偏移线之间的区域构成缓冲区域的正确性，使得避免鼓风机运行时一直反复运行在喘振流量点附近的精度更高，相比较没有经过修正的偏移线提升了避免喘振的概率。

优选地，所述修正后的偏移线为分别连接坐标点(x′₁,y′₁)和坐标点(x′₂,y′₂)，连接坐标点(x′₂,y′₂)和坐标点(x′₃,y′₃)所形成的折线。

本发明还提供了一种鼓风机喘振保护系统，所述系统包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下系统的单元中：

数据读取单元，用于在3种不同转速下分别测出鼓风机的压力和气体流量，压力用P表示，气体流量用Q表示；

性能曲线构建单元，用于以Q为X轴，P为Y轴画出鼓风机在3种不同转速下Q与P之间的压力-流量性能曲线；

喘振线单元，用于连接所述压力-流量性能曲线中鼓风机在3种不同转速下的喘振点得到喘振线；

喘振控制线计算单元，用于根据喘振线得到喘振控制线。

本公开的有益效果为：本发明提供一种鼓风机喘振保护方法及系统，通过缓冲区域能够避免鼓风机运行时一直反复运行在喘振流量点附近，造成不必要的失误，保证鼓风机一直在安全范围内运行从而避免到达喘振点的临界值，修正后的偏移线到喘振点距离的精度更加精确，从而保证了由喘振控制线与偏移线之间的区域构成缓冲区域的正确性，使得避免鼓风机运行时一直反复运行在喘振流量点附近的精度更高，相比较没有经过修正的偏移线提升了避免喘振的概率。

附图说明

通过对结合附图所示出的实施方式进行详细说明，本公开的上述以及其他特征将更加明显，本公开附图中相同的参考标号表示相同或相似的元素，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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，在附图中：

图1所示为一种鼓风机喘振保护方法的流程图；

图2所示为喘振控制线划分的喘振区域示意图；

图3所示为喘振控制线与偏移线构成的缓冲区域示意图；

图4所示为一种鼓风机喘振保护系统结构图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本公开的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本公开的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示为根据本公开的一种鼓风机喘振保护方法的流程图，下面结合图1来阐述根据本公开的实施方式的一种鼓风机喘振保护方法。

本公开提出一种鼓风机喘振保护方法，具体包括以下步骤：

S100，在3种不同转速下分别测出鼓风机的压力和气体流量，压力用P表示，气体流量用Q表示；

S200，以Q为X轴，P为Y轴画出鼓风机在3种不同转速下Q与P之间的压力-流量性能曲线；

S300，连接所述压力-流量性能曲线中鼓风机在3种不同转速下的喘振点得到喘振线；

S400，根据喘振线得到喘振控制线。

进一步地，在S100中，所述3种不同转速分别为鼓风机的转速为16976rpm、19098rpm、21220rpm，rpm为鼓风机每分钟的转数。

进一步地，在S100中，所述压力单位为kPa(千帕)，气体流量单位为m³/min(即；立方米/每分钟)。

进一步地，在S400中，所述根据喘振线得到的喘振控制线为Q＝0.644*P+47.4；其中，Q为喘振点的流量与P为喘振点的压力；鼓风机正常运行时，通过检测鼓风机的排气压力可知喘振流量(或称极限流量、喘振点流量)，如当前压力为70Kpa，则鼓风机最低运行流量要保证92.5m³/min。

优选地，设置偏移线，所述设置偏移线的方法为由喘振控制线与偏移线之间的区域构成缓冲区域，所述偏移线为Q＝0.644*P+57.4；缓冲区域能够避免鼓风机运行时一直在喘振流量点徘徊，造成不必要的失误，增加缓冲区域作为保护，保证鼓风机一直在偏移线的右侧运行，即使鼓风机的压力突然上升，也有一定的缓冲流量，有充足的时间等待鼓风机提速。

优选地，提高鼓风机的电机转速响应速度，每秒调节加速流量1m/min，减速流量0.2m/min。这样既保证流量模式运行时，风机流量调节没有大的变化，也保证压力突然升高时鼓风机能及时提速。

如图2所示，图2所示为喘振控制线划分的喘振区域示意图，以图2为一种实施例，下图为FLC30008机型的鼓风机的性能曲线。先通过测试，在16976/19098/21220rpm 3个转速下测出压力-流量性能曲线。

备注：喘振是离心式鼓风机的特有现象，如压力过高，流量不足，那么管道上的气体无法排出，会倒流回风机叶轮上，造成叶轮控制失稳现象，严重的话会导致叶轮撞到蜗壳上。

连接转速为21220rpm、19098rpm、16976rpm的喘振点的三个点上可以看出，3者可以连成一条直线，通过这条直线可以得到压力与喘振流量的喘振控制线方程：

经推算，喘振流量Q跟压力P的关系是Q＝0.644*P+47.4；

喘振控制线的右侧是鼓风机可以正常运行范围，喘振控制线左侧的是喘振的区域。

鼓风机正常运行时，通过检测鼓风机的排气压力可知喘振流量，如当前压力为70Kpa，则鼓风机最低运行流量要保证92.5m³/min。

优选地一种实施例，为了避免鼓风机运行的喘振流量喘振控制线附近，靠近喘振的临界点，造成不必要的失误，额外增加偏移线；

如图3所示，图3所示为喘振控制线与偏移线构成的缓冲区域示意图，增加一个缓冲区域作为保护，保证设备一直在偏移线的右侧运行，即使鼓风机的压力突然上升，也有一定的缓冲流量，可待鼓风机提速，偏移线为Q＝0.644*P+57.4。

提高电机转速响应速度，每秒调节加速流量1m³/min，减速流量0.2m³/min。这样既保证流量模式运行时，风机流量调节没有大的变化，也保证压力突然升高鼓风机能及时提速。

在本公开中，涉及的左侧、右侧分别为曲线或直线在坐标轴上相对的左侧、右侧，即左侧(大于)与右侧(小于)曲线或直线上的值。

进一步地，对偏移线进行修正，所述对偏移线进行修正的方法为设喘振控制线上喘振点的坐标为(x₁,y₁),(x₂,y₂),(x₃,y₃)，则(x_i,y_i)为鼓风机在3种不同转速下测出的压力和气体流量，x_i为压力，y_i为气体流量，i＝1…3，而待修正的偏移线的坐标为(x,y)，x为压力，y为气体流量，在3种不同转速下偏移线到喘振点坐标(x_i,y_i)的距离分别为d₁,d₂,d₃，则可建立以下方程组:

从方程组中第一个方程开始，分别减去最后一个方程，即d₁ ²-d₃ ²,d₂ ²-d₃ ²，并简化所得到的线性方程组为矩阵形式，Az＝b，

其中：

由于在测量鼓风机的压力和气体流量过程中存在误差N，所以利用最小二乘法修正矩阵得到：Q(z)＝||b-Az||²，

对z进行求导得：

如果AA^T非奇异，则得到修正矩阵为z＝(A^TA)^-1A^Tb，则通过修正矩阵可求出偏移线的坐标(x′_i,y′_i)，即求解z的方程组，求得(x′_i,y′_i)，连接坐标(x′_i,y′_i)，i＝1…3，即由坐标点(x′₂,y′₂)向(x′₁,y′₁)和(x′₃,y′₃)的方向分别作2条射线，2条射线以(x′₂,y′₂)为连接点，这两条连接的射线构成的折线即得到修正后的偏移线；通过修正偏移线，可以使得修正后的偏移线到喘振点距离的精度更加精确，从而保证了由喘振控制线与偏移线之间的区域构成缓冲区域的正确性，使得避免鼓风机运行时一直反复运行在喘振流量点附近的精度更高，相比较没有经过修正的偏移线提升了避免喘振的概率。

优选地，所述修正后的偏移线为分别连接坐标点(x′₁,y′₁)和坐标点(x′₂,y′₂)，连接坐标点(x′₂,y′₂)和坐标点(x′₃,y′₃)所形成的折线。

本公开的实施例提供的一种鼓风机喘振保护系统，如图4所示为本公开的一种鼓风机喘振保护系统结构图，该实施例的一种鼓风机喘振保护系统包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述一种鼓风机喘振保护系统实施例中的步骤。

所述系统包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下系统的单元中：

数据读取单元，用于在3种不同转速下分别测出鼓风机的压力和气体流量，压力用P表示，气体流量用Q表示；

性能曲线构建单元，用于以Q为X轴，P为Y轴画出鼓风机在3种不同转速下Q与P之间的压力-流量性能曲线；

喘振线单元，用于连接所述压力-流量性能曲线中鼓风机在3种不同转速下的喘振点得到喘振线；

喘振控制线计算单元，用于根据喘振线得到喘振控制线；

设置偏移线单元，用于设置偏移线；

偏移线修正单元，用于对偏移线进行修正。

所述一种鼓风机喘振保护系统可以运行于桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备中。所述一种鼓风机喘振保护系统，可运行的系统可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，所述例子仅仅是一种鼓风机喘振保护系统的示例，并不构成对一种鼓风机喘振保护系统的限定，可以包括比例子更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述一种鼓风机喘振保护系统还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述一种鼓风机喘振保护系统运行系统的控制中心，利用各种接口和线路连接整个一种鼓风机喘振保护系统可运行系统的各个部分。

所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述一种鼓风机喘振保护系统的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

尽管本公开的描述已经相当详尽且特别对几个所述实施例进行了描述，但其并非旨在局限于任何这些细节或实施例或任何特殊实施例，而是应当将其视作是通过参考所附权利要求考虑到现有技术为这些权利要求提供广义的可能性解释，从而有效地涵盖本公开的预定范围。此外，上文以发明人可预见的实施例对本公开进行描述，其目的是为了提供有用的描述，而那些目前尚未预见的对本公开的非实质性改动仍可代表本公开的等效改动。

Claims (3)

1.一种鼓风机喘振保护方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S100，在3种不同转速下分别测出鼓风机的压力和气体流量，压力用P表示，气体流量用Q表示；

S200，以Q为X轴，P为Y轴画出鼓风机在3种不同转速下Q与P之间的压力-流量性能曲线；

S300，连接所述压力-流量性能曲线中鼓风机在3种不同转速下的喘振点得到喘振线；

S400，根据喘振线得到喘振控制线,所述根据喘振线得到的喘振控制线为Q＝0.644*P+47.4；其中，Q为喘振点的流量，P为喘振点的压力,设置偏移线，由喘振控制线与偏移线之间的区域构成缓冲区域，所述偏移线为Q＝0.644*P+57.4,对偏移线进行修正，得到修正后的偏移线；

对偏移线进行修正包括：设喘振控制线上喘振点的坐标为(x₁,y₁),(x₂,y₂),(x₃,y₃)，则(x_i,y_i)为鼓风机在3种不同转速下测出的压力和气体流量，x_i为压力，y_i为气体流量，i＝1…3，而待修正的偏移线的坐标为(x,y)，x为压力，y为气体流量，在3种不同转速下偏移线到喘振点坐标(x_i,y_i)的距离分别为d₁,d₂,d₃，则可建立以下方程组:

从方程组中第一个方程开始，分别减去最后一个方程并简化线性方程组为矩阵形式，Az＝b，

其中：

利用最小二乘法修正矩阵得到：Q(z)＝||b-Az||²，

对z进行求导得：

如果AA^T非奇异，则得到修正矩阵为z＝(A^TA)^{- 1}A^Tb，则通过修正矩阵可求出偏移线的坐标(x′_i,y′_i)，连接坐标(x′_i,y′_i)，i＝1…3，得到修正后的偏移线。

2.根据权利要求1所述的一种鼓风机喘振保护方法，其特征在于，在S100中，所述3种不同转速分别为鼓风机的转速为16976rpm、19098rpm、21220rpm，rpm为鼓风机每分钟的转数。

3.一种鼓风机喘振保护系统，其特征在于，所述系统包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下系统的单元中：

数据读取单元，用于在3种不同转速下分别测出鼓风机的压力和气体流量，压力用P表示，气体流量用Q表示；

性能曲线构建单元，用于以Q为X轴，P为Y轴画出鼓风机在3种不同转速下Q与P之间的压力-流量性能曲线；

喘振线单元，用于连接所述压力-流量性能曲线中鼓风机在3种不同转速下的喘振点得到喘振线；

喘振控制线计算单元，用于根据喘振线得到喘振控制线,所述根据喘振线得到的喘振控制线为Q＝0.644*P+47.4；其中，Q为喘振点的流量，P为喘振点的压力,设置偏移线，由喘振控制线与偏移线之间的区域构成缓冲区域，所述偏移线为Q＝0.644*P+57.4,对偏移线进行修正，得到修正后的偏移线；

对偏移线进行修正包括：设喘振控制线上喘振点的坐标为(x₁,y₁),(x₂,y₂),(x₃,y₃)，则(x_i,y_i)为鼓风机在3种不同转速下测出的压力和气体流量，x_i为压力，y_i为气体流量，i＝1...3，而待修正的偏移线的坐标为(x,y)，x为压力，y为气体流量，在3种不同转速下偏移线到喘振点坐标(x_i,y_i)的距离分别为d₁,d₂,d₃，则可建立以下方程组:

从方程组中第一个方程开始，分别减去最后一个方程并简化线性方程组为矩阵形式，Az＝b，

其中：

利用最小二乘法修正矩阵得到：Q(z)＝||b-Az||²，

对z进行求导得：

如果AA^T非奇异，则得到修正矩阵为z＝(A^TA)^{- 1}A^Tb，则通过修正矩阵可求出偏移线的坐标(x′_i,y′_i)，连接坐标(x′_i,y′_i)，i＝1…3，得到修正后的偏移线。

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