CN110878759B - 一种高转速离心式压缩机防喘振控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高转速离心式压缩机防喘振控制方法，包括如下步骤：使压缩机机组空载启动；在压缩机机组满足允许加载条件后使其开始加载；将入口导叶阀的开度调整至与预先计算得到的防喘振线对应的最小开度值并维持，逐渐关闭放空阀，以使排气压力开始上涨；根据放空阀的关闭情况以及当前排气压力与目标压力设定值的比较结果来调整入口导叶阀和放空阀的开度，以维持排气压力稳定；使压缩机机组开始运行；根据当前排气压力分别与目标压力设定值及目标压力设定值与防喘振控制偏差设定值之和的比较结果来调整入口导叶阀和放空阀的开度，以使排气压力始终维持在目标压力设定值附近。本发明可使机组快速通过喘振区，从而避免机组进入喘振区而损坏机组。

Description

一种高转速离心式压缩机防喘振控制方法

技术领域

本发明涉及压缩机控制技术领域，具体涉及一种高转速离心式压缩机防喘振控制方法。

背景技术

随着压缩空气在金属冶炼、化学工业、石油开采、煤化工、机械加工等领域中使用越来越广泛，对压缩空气生产中的关键设备——空气压缩机的防喘振控制变得越来越重要。怎样控制压缩机使其运行状态最稳定、高效、节能、环保是目前工业生产中的一大难题。

喘振是离心式压缩机在流量减少到一定程度时所发生的一种非正常工况下的振动，喘振的产生与流体机械和管道的特性有关，管道系统的容量越大，则喘振越强，频率越低。

喘振对于离心式压缩机有着很严重的危害。离心式压缩机的喘振会破坏机器内部介质的流动规律性，产生机械噪声，引起工作部件的强烈振动，加速轴承和密封的损坏。一旦喘振引起管道、机器及其基础共振时，还会造成严重后果。

为防止喘振，必须使离心式压缩机在喘振区之外运转。压缩机产品一般都附有压力-流量特性曲线，据此可确定喘振点、喘振边界线或喘振区。在压缩机中，目前通常采用最小流量式、流量-转速控制式或流量-压力差控制式防喘振调节系统。当多台压缩机串联或并联工作时，应有各自的防喘振调节装置。

在现有的防喘振控制方式中，防喘振控制主要通过控制防喘阀来实现，一般取流量安全下限作为调节器的规定值。当流量测量值高于规定值时，调节器输出相应信号，将放空阀打开，使流量减少；当测量值低于规定值时，调节器输出相应信号，将放空阀关闭，使流量增加。但是，此种控制方式比较单一，不能很好控制整个管网压力和流量，易造成下游管网的波动，影响客户的使用。

发明内容

为了至少部分解决现有技术中存在的技术问题而完成了本发明。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种高转速离心式压缩机防喘振控制方法，其包括如下步骤：

使压缩机机组空载启动；

在压缩机机组满足允许加载条件后，使其开始加载；

将入口导叶阀的开度调整至与预先计算得到的防喘振线对应的最小开度值并维持，逐渐关闭放空阀，以使排气压力开始上涨；

根据放空阀的关闭情况以及当前排气压力与目标压力设定值的比较结果来调整入口导叶阀和放空阀的开度，以维持排气压力稳定；

使压缩机机组开始运行；

根据当前排气压力分别与目标压力设定值，以及目标压力设定值与防喘振控制偏差设定值之和的比较结果来调整入口导叶阀和放空阀的开度，以使排气压力始终维持在目标压力设定值附近。

可选地，所述压缩机机组空载启动条件包括：使放空阀全开、入口导叶阀全关。

可选地，所述允许加载条件包括：系统压力低于目标压力设定值。

可选地，所述根据放空阀的关闭情况以及当前排气压力与目标压力设定值的比较结果来调整入口导叶阀和放空阀的开度，以维持排气压力稳定的步骤具体为：

在压缩机机组开始加载后，

若放空阀未关死之前排气压力已达到目标压力设定值，则维持入口导叶阀当前开度，并依靠调节放空阀动作来维持排气压力稳定；

若放空阀未关死之前排气压力还未达到目标压力设定值，则维持入口导叶阀当前开度，并继续逐渐关闭放空阀；

若放空阀关死之后排气压力已达到目标压力设定值，则维持入口导叶阀当前开度，并依靠调节放空阀动作来维持排气压力稳定；

若放空阀关死之后排气压力还未达到目标压力设定值，则将入口导叶阀开度调大。

可选地，所述根据当前排气压力分别与目标压力设定值，以及目标压力设定值与防喘振控制偏差设定值之和的比较结果来调整入口导叶阀和放空阀的开度，以使排气压力始终维持在目标压力设定值附近的步骤具体为：

在压缩机机组开始运行之后，

若目标压力设定值≤当前排气压力≤(目标压力设定值+防喘振控制偏差设定值)：逐渐关闭入口导叶阀直至其开度达到所述最小开度值，此时若当前排气压力仍大于目标压力设定值，则将放空阀开度调大，在放空阀开度调大的过程中，若排气压力小于目标压力设定值，则逐渐关闭放空阀直至关死，然后再将入口导叶阀开度调大，以使排气压力返回到目标压力设定值；

若当前排气压力≥(目标压力设定值+防喘振控制偏差设定值)：逐渐关闭入口导叶阀，同时将放空阀开度调大，在此过程中，若入口导叶阀的开度还未减小至所述最小开度值，当前排气压力就已经低于目标压力设定值，则逐渐关闭放空阀，并将入口导叶阀开度调大，以使排气压力返回到目标压力设定值；

若当前排气压力≤目标压力设定值：将入口导叶阀开度调大，以使排气压力返回到目标压力设定值。

可选地，所述入口导叶阀的输出开度由系统压力调节器与额定电流调节器两者经过低选器后输出的值确定，或者，由第一手动调节器与额定电流调节器两者经过低选器后输出的值确定；

其中，系统压力调节器回路、额定电流调节器回路和第一手动调节器均用于调节入口导叶阀动作，系统压力调节器的跟踪值为目标压力设定值，额定电流调节器的跟踪值为电机额定电流值。

可选地，所述入口导叶阀的关闭速度由与所述低选器电连接的第一速度控制器来控制。

可选地，所述入口导叶阀的开度调节方式具体为：

当需气量增加时，若当前排气压力低于目标压力设定值，则由系统压力调节器回路向入口导叶阀处的位置调节器发出开启信号，以将入口导叶阀开度调大，从而使排气压力返回到目标压力设定值；

在排气压力返回到目标压力设定值的过程中，压缩机电机电流增大直至触发额定电流调节器回路，由额定电流调节器向入口导叶阀处的位置调节器发出关闭信号，以逐渐关闭入口导叶阀，直至压缩机电机电流返回到额定电流值；

当需气量减小时，由系统压力调节器回路向入口导叶阀处的位置调节器发出关闭信号，以逐渐关闭入口导叶阀，直至排气压力返回到目标压力设定值。

可选地，所述放空阀的输出开度由排气压力调节器与防喘电流调节器两者经过高选器后输出的值确定，或者，由第二手动调节器与防喘电流调节器两者经过高选器后输出的值确定；

其中，排气压力调节器回路、防喘电流调节器回路和第二手动调节器均用于调节放空阀动作，排气压力调节器的跟踪值为目标压力设定值与防喘振压力控制偏差设定值之和，防喘电流调节器按照预先计算得到的防喘振线来调节。

可选地，所述放空阀的关闭速度由与所述高选器电连接的第二速度控制器来控制。

可选地，所述放空阀采用气关阀，且所述气关阀的开度由设置在其供气管路上电磁阀来控制。

可选地，所述放空阀的开度调节方式具体为：

当需气量减少时，若压缩机电机电流低于防喘电流调节器的设置值，则由防喘电流调节器向放空阀处的位置调节器发出开启信号，以将放空阀开度调大，直至排气压力返回到目标压力设定值；

当需气量增加时，由防喘电流调节器向放空阀处的位置调节器发出关闭信号，以逐渐关闭放空阀，直至排气压力返回到目标压力设定值。

有益效果：

本发明所述高转速离心式压缩机防喘振控制方法中，在压缩机机组开机空载后，根据预先设定值(目标压力设定值和防喘振控制偏差设定值)实时调节入口导叶阀和放空阀动作，以维持压力平衡，以及使机组快速通过喘振区，从而避免机组进入喘振区而损坏机组。

附图说明

图1为本发明实施例提供的高转速离心式压缩机防喘振控制方法的流程图之一；

图2为本发明实施例提供的压缩机机组控制逻辑示意图；

图3为本发明实施例提供的入口导叶阀控制逻辑示意图；

图4为本发明实施例提供的放空阀控制逻辑示意图；

图5为本发明实施例提供的实测喘振线、卸载线和防喘振线的示意图；

图6为本发明实施例提供的高转速离心式压缩机防喘振控制方法的流程图之二。

图中：IGV－入口导叶阀；PIC01－系统压力调节器；CIC－额定电流调节器；HIC01－第一手动调节器；LS－低选器；SCS1－第一速度控制器；BOCV－放空阀；PIC02－排气压力调节器；IIC－防喘电流调节器；HIC02－第二手动调节器；HS－高选器；SCS2－第二速度控制器。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。

本发明将防喘振控制由传统的控制防喘阀，改变为控制入口导叶阀IGV和放空阀BOCV，应根据压缩机出口压力和流量两种信号来进行控制，其中，流量控制通过控制压缩机电机电流来实现，即流量控制等同于电流控制。本发明中，在流量降到某一安全下限时，自动地将通大气的放空阀或入口导叶阀打开，增大经过空压机的流量，防止其进入喘振区。

下面通过具体实施例进行详细描述：

如图1至图4所示，作为本发明的一种具体实施例，提供了一种高转速离心式压缩机防喘振控制方法，其包括如下步骤S101～S106。所谓高转速离心式压缩机具体指的是：一级压缩为70000-80000转/min，二级压缩为50000-60000转/min，三级压缩为30000-40000转/min的离心式压缩机。

S101.使压缩机机组空载启动。

本步骤中，压缩机机组空载启动条件包括：使放空阀BOCV全开、入口导叶阀IGV全关。

换言之，在压缩机机组启动后，放空阀BOCV全开，入口导叶阀IGV全关，机组进行空载，等待加载。

入口导叶阀IGV：通过控制进口导叶的开度百分比就能控制压缩机机组的进气量，可根据实际生产开大或关小阀门以增加或减少进气量，从而达到控制产气量的目的。

放空阀BOCV：该阀门对空安装，通过该阀门的气体直接排放到大气中，通过控制该阀门关闭或打开(即控制该阀门的关闭度百分比)就能控制产气量在设定范围内。

S102.在压缩机机组满足允许加载条件后，使其开始加载。

本步骤中，压缩机机组允许加载条件包括：系统压力低于目标压力设定值。其中，目标压力设定值可由本领域技术人员根据实际情况预先进行设定。

S103.将入口导叶阀IGV的开度调整至与预先计算得到的防喘振线对应的最小开度值并维持，逐渐关闭(即以一定速度关闭)放空阀BOCV，以使排气压力开始上涨。至于放空阀BOCV的关闭速度，可由本领域技术人员根据实际情况进行设定。

每个压缩机在加载过程中都有一条特定的加载曲线(也可称为实测喘振线，需通过计算得出)，以便于压缩机能迅速通过喘振区域，使压缩机机组不喘振。

具体地，压缩机机组进行测试时，可得出两组数据，分别是最小排气压力(一般为0)下的电流值和最大电流(一般为电机额定电流)下的排气压力值，根据这两组数据，利用二元一次函数y＝kx+b得到的直线就是实测喘振线。

如图5所示，将实测喘振线向右偏移额定电流的5％可得到卸载线，也可采用其他偏移值；将实测喘振线向右偏移额定电流的10％可得到防喘振线，也可采用其他偏移值。其中，卸载线卸载时，使放空阀BOCV全开、入口导叶阀IGV全关。

在排气压力-电流坐标系中，假设得到的两组数据分别为该坐标系中的两点(a1,b1)(a2,b2)，通过斜截式y＝kx+b得出实测喘振线：I＝(P-b2)*(a2-a1)/(b2-b1)+a2；卸载线可以为：I＝(P-b2)*(a2-a1)/(b2-b1)+a2+5％；防喘振线可以为：I＝(P-b2)*(a2-a1)/(b2-b1)+a2+10％。

在排气压力-电流坐标系中，当前工作点指的是压缩机机组当前运行下的实际电流和排气压力坐标点。

S104.根据放空阀BOCV的关闭情况以及当前排气压力与目标压力设定值的比较结果来调整入口导叶阀IGV和放空阀BOCV的开度，以维持排气压力稳定。

在压缩机机组开始加载后，本步骤具体包括如下步骤S1041～S1044：

S1041.若放空阀BOCV未关死之前排气压力已达到目标压力设定值，则维持入口导叶阀IGV当前开度，并依靠调节放空阀BOCV动作来维持排气压力稳定；

S1042.若放空阀BOCV未关死之前排气压力还未达到目标压力设定值，则维持入口导叶阀IGV当前开度，并继续逐渐关闭放空阀BOCV，以使排气压力上升；

S1043.若放空阀BOCV关死之后排气压力已达到目标压力设定值，则维持入口导叶阀IGV当前开度，并依靠调节放空阀BOCV动作来维持排气压力稳定；

S1044.若放空阀BOCV关死之后排气压力还未达到目标压力设定值，则将入口导叶阀IGV开度调大，以使排气压力上升。待当前排气压力达到目标压力设定值后，依靠调节入口导叶阀IGV动作来维持排气压力稳定。

S105.使压缩机机组开始运行。

S106.根据当前排气压力分别与目标压力设定值，以及目标压力设定值与防喘振控制偏差设定值之和的比较结果来调整入口导叶阀IGV和放空阀BOCV的开度，以使排气压力始终维持在目标压力设定值附近。其中，目标压力设定值和防喘振控制偏差设定值可由本领域技术人员根据实际情况预先进行设定。

在压缩机机组开始运行之后，本步骤具体包括如下步骤S1061～S1063：

S1061.若目标压力设定值≤当前排气压力≤(目标压力设定值+防喘振控制偏差设定值)：逐渐关闭入口导叶阀IGV直至其开度达到最小开度值，此时若当前排气压力仍大于目标压力设定值，则将放空阀BOCV开度调大，在放空阀BOCV开度调大的过程中，若排气压力小于目标压力设定值，则逐渐关闭放空阀BOCV直至关死，然后再将入口导叶阀IGV开度调大，以使排气压力返回到目标压力设定值；

S1062.若当前排气压力≥(目标压力设定值+防喘振控制偏差设定值)：逐渐关闭入口导叶阀IGV，同时将放空阀BOCV开度调大，在此过程中，若入口导叶阀IGV的开度还未减小至最小开度值，当前排气压力就已经低于目标压力设定值，则逐渐关闭放空阀BOCV，并将入口导叶阀IGV开度调大，以使排气压力返回到目标压力设定值；

S1063.若当前排气压力≤目标压力设定值：将入口导叶阀IGV开度调大，以使排气压力返回到目标压力设定值。

需要说明的是，上述步骤的顺序只是为了说明本实施例而提出的一个具体实例，本发明对上述步骤的顺序不做限定，本领域技术人员在实际应用中可按需对其进行调整。

下面结合图2至图4详细描述入口导叶阀IGV和放空阀BOCV的开度调节方式。

1).手动控制方式：

11).通过第一手动调节器HIC01手动调节入口导叶阀IGV的开度，可手动控制入口导叶阀IGV全开或全关，从而撇开系统压力调节器PIC01的控制；通过第二手动调节器HIC02手动调节放空阀BOCV的开度，可手动控制放空阀BOCV全开或全关，从而撇开排气压力调节器PIC02的控制；

12).第一手动调节器HIC01输出的手动调节信号与额定电流调节器CIC的输出信号连锁，第二手动调节器HIC02输出的手动调节信号与防喘电流调节器IIC的输出信号连锁。

具体地，入口导叶阀IGV的输出开度可由第一手动调节器HIC01与额定电流调节器CIC两者经过低选器LS后输出的值确定。其中，额定电流调节器CIC回路和第一手动调节器HIC01均用于调节入口导叶阀IGV动作，额定电流调节器CIC的跟踪值为电机额定电流值。

放空阀BOCV的输出开度可由第二手动调节器HIC02与防喘电流调节器IIC两者经过高选器HS后输出的值确定。其中，防喘电流调节器IIC回路和第二手动调节器HIC02均用于调节放空阀BOCV动作，防喘电流调节器IIC按照预先计算得到的防喘振线来调节。

2).手动控制+测试模式：

21).通过第一手动调节器HIC01手动调节入口导叶阀IGV的开度，可手动控制入口导叶阀IGV全开或全关，从而撇开系统压力调节器PIC01的控制；通过第二手动调节器HIC02手动调节放空阀BOCV的开度，可手动控制放空阀BOCV全开或全关，从而撇开排气压力调节器PIC02的控制；

22).在该模式下，额定电流调节器CIC回路和防喘电流调节器IIC回路失效，不再起作用。

3).自动控制方式：

31).加载过程：

压缩机空载启动完成后，在系统压力低于目标压力设定值时，触发加载信号，压缩机机组开始加载；

将入口导叶阀IGV的开度调整至与预先计算得到的防喘振线对应的最小开度值并维持，在入口导叶阀IGV动作后，压缩机电机电流上升直至达到额定压力下的喘振电流，此时放空阀BOCV允许关闭，可在延时预设时间后以一定速度关闭放空阀BOCV；

若放空阀BOCV未关死之前排气压力已达到目标压力设定值，则通过排气压力调节器PIC02回路调节放空阀BOCV动作来维持排气压力稳定；若放空阀BOCV关死之后排气压力还未达到目标压力设定值，则将入口导叶阀IGV开度调大，以使排气压力上升，待当前排气压力达到目标压力设定值后，通过系统压力调节器PIC01回路调节入口导叶阀IGV动作来维持排气压力稳定。

32).自动调节过程：

A.若目标压力设定值≤当前排气压力≤(目标压力设定值+防喘振控制偏差设定值)：通过系统压力调节器PIC01回路控制入口导叶阀IGV逐渐关闭直至其开度达到所述最小开度值，此时若当前排气压力仍大于目标压力设定值，则通过排气压力调节器PIC02回路将放空阀BOCV开度调大，在将放空阀BOCV开度调大的过程中，若当前排气压力小于目标压力设定值，则通过排气压力调节器PIC02回路控制放空阀BOCV逐渐关闭，直至关死，然后再通过系统压力调节器PIC01回路将入口导叶阀IGV开度调大，以使排气压力返回到目标压力设定值；

B.若当前排气压力≥(目标压力设定值+防喘振控制偏差设定值)：系统压力调节器PIC01回路和排气压力调节器PIC02回路同时动作，以控制入口导叶阀IGV逐渐关闭，同时将放空阀BOCV开度调大，在此过程中，若入口导叶阀IGV的开度还未减小至所述最小开度值，当前排气压力就已经低于目标压力设定值，则通过排气压力调节器PIC02回路控制放空阀BOCV逐渐关闭，并通过系统压力调节器PIC01回路将入口导叶阀IGV开度调大，以使排气压力返回到目标压力设定值；

C.若当前排气压力≤目标压力设定值：通过系统压力调节器PIC01回路将入口导叶阀IGV开度调大，以使排气压力返回到目标压力设定值。

在上述加载过程与自动调节过程中，入口导叶阀IGV的输出开度可由系统压力调节器PIC01与额定电流调节器CIC两者经过低选器LS后输出的值确定。

其中，系统压力调节器PIC01回路和额定电流调节器CIC回路均用于调节入口导叶阀IGV动作。

系统压力调节器PIC01为一个反作用的PID调节器，以排气压力为测量信号，其跟踪值为目标压力设定值，能够自动调节入口导叶阀IGV的开度；

额定电流调节器CIC也为一个反作用的PID调节器，以压缩机电机电流为测量信号，其跟踪值为电机额定电流值，能够自动调节入口导叶阀IGV的开度，工作模式强制在自动模式，不允许切手动，额定电流调节器CIC回路为防过载回路。

较优地，入口导叶阀IGV的关闭速度由与低选器LS电连接的第一速度控制器SCS1来控制，从而实现以一定速度逐渐关闭入口导叶阀IGV。

本实施例中，入口导叶阀IGV的开度控制为快开慢关，通过第一速度控制器SCS1来限制入口导叶阀IGV的关闭速度，以使得入口导叶的关闭平稳，确保系统压力稳定。

利用系统压力调节器PIC01回路和额定电流调节器CIC回路调节入口导叶阀IGV开度的调节方式具体为：

当需气量增加时，会导致排气压力下降，若当前排气压力低于目标压力设定值，则由系统压力调节器PIC01回路向入口导叶阀IGV处的位置调节器发出开启信号，以将入口导叶阀IGV开度调大，从而使排气压力返回到目标压力设定值；

在排气压力返回到目标压力设定值的过程中，压缩机电机电流会增大直至触发额定电流调节器CIC回路，此时，由额定电流调节器CIC向入口导叶阀IGV处的位置调节器发出关闭信号，以逐渐关闭(即以一定速度关闭)入口导叶阀IGV，直至压缩机电机电流返回到额定电流值；

当需气量减小时，排气压力就会升高，此时，由系统压力调节器PIC01回路向入口导叶阀IGV处的位置调节器发出关闭信号，以逐渐关闭入口导叶阀IGV，直至排气压力返回到目标压力设定值。

在上述加载过程与自动调节过程中，放空阀BOCV的输出开度由排气压力调节器PIC02与防喘电流调节器IIC两者经过高选器HS后输出的值确定。

其中，排气压力调节器PIC02回路和防喘电流调节器IIC回路均用于调节放空阀BOCV动作。

排气压力调节器PIC02为一个正作用的PID调节器，以排气压力为测量信号，其跟踪值为一个大于目标压力设定值的值，具体为目标压力设定值与防喘振压力控制偏差设定值之和，能够自动调节放空阀BOCV的开度，工作模式强制在自动模式，不允许切手动。当系统的排气压力大于该跟踪值时，排气压力调节器PIC02的输出往大开，防止压缩机进入喘振；

防喘电流调节器IIC为一个反作用的PID调节器，以通过防喘振线计算得出的电流值为输入信号，其按照预先计算得到的防喘振线来调节，能够自动调节放空阀BOCV的开度，工作模式强制在自动模式，不允许切手动，防喘电流调节器IIC回路为防喘振回路。当工作点越过防喘控制线，防喘电流调节器IIC的输出往大开，防止工作点左移进入喘振区。当工作点在防喘控制线右侧时，防喘电流调节器IIC的输出减小直至为0。

较优地，放空阀BOCV的关闭速度由与高选器HS电连接的第二速度控制器SCS2来控制，从而实现以一定速度逐渐关闭放空阀BOCV。

本实施例中，放空阀BOCV的开度控制为快开慢关，通过第二速度控制器SCS2来限制放空阀BOCV的关闭速度，以使得放空阀BOCV的关闭平稳，确保系统压力稳定，但放空阀BOCV应能够快速打开以保证压缩机安全。

较优地，放空阀BOCV采用气关阀(即常开气控阀)，且气关阀的开度由设置在其供气管路上电磁阀来控制。

具体地，在放空阀BOCV的供气管路上设置一个电磁阀，该电磁阀的作用为：压缩机机组运行时，若排气压力过高，需要紧急放空，可直接断开该电磁阀的电源，由于放空阀BOCV采用气关阀，当其气源断开后，可直接全开放空；而该电磁阀得电后，可通过控制所述供气管路中的气量来逐渐关闭放空阀BOCV。该电磁阀停机状态时不得电。

利用防喘电流调节器IIC和排气压力调节器PIC02调节放空阀BOCV开度的调节方式具体为：

在稳定的压力控制范围内，当需气量减少时，排气压力就会升高，此时，系统压力调节器PIC01回路会向入口导叶阀IGV处的位置调节器发出关闭信号，以逐渐关闭入口导叶阀IGV，在此过程中，若压缩机电机电流低于防喘电流调节器IIC的设置值，则由防喘电流调节器IIC向放空阀BOCV处的位置调节器发出开启信号，以将放空阀BOCV开度调大，直至排气压力返回到目标压力设定值，从而保证入口导叶阀IGV的关闭动作不会使压缩机进入喘振区；

当需气量增加时，由防喘电流调节器IIC向放空阀BOCV处的位置调节器发出关闭信号，以逐渐关闭放空阀BOCV，直至排气压力返回到目标压力设定值。

本实施例中，压缩机机组喘振保护采用“排气压力-电流”的防喘振保护模式。入口导叶阀IGV和放空阀BOCV按照压力PID控制、防喘振回路、防过载回路的协调作用下动作，从而维持压缩机出口压力和系统压力稳定。采用控制入口导叶阀IGV和放空阀BOCV开度的方式，在兼顾设备安全运行的前提下，实现了离心式压缩机的平稳运行，最终实现压缩机的高效能控制。

如图6所示，作为本发明的另一种具体实施例，还提供了一种高转速离心式压缩机防喘振控制方法，其包括如下步骤S200～S221。

为了简化描述，在下文中，入口导叶阀IGV简称为IGV，系统压力调节器PIC01简称为PIC01，额定电流调节器CIC简称为CIC，第一手动调节器HIC01简称为HIC01，低选器LS简称为LS，第一速度控制器SCS1简称为SCS1，放空阀BOCV简称为BOCV，排气压力调节器PIC02简称为PIC02，防喘电流调节器IIC简称为IIC，第二手动调节器HIC02简称为HIC02，高选器HS简称为HS，第二速度控制器SCS2简称为SCS2。

S200.机组开车准备；

S201.判断是否允许启动机组，如是，则执行步骤S202，如否，则继续执行步骤S201；

S202.使机组空载启动；

S203.判断是否启动保护或按下停车按钮，如是，则执行步骤S204，如否，则执行步骤S205；

S204.机组启动失败，跳车；

S205.机组启动成功，进入运行模式；

S206.使BOCV全开、IGV全关，机组进行空载；

S207.判断机组是否满足允许加载条件，如是，则执行步骤S208，如否，则返回步骤S206；

S208.将IGV的开度调整至与预先计算得到的防喘振线对应的最小开度值并维持，逐渐关闭BOCV；

S209.判断BOCV是否关死，如是，则执行步骤S210，如否，则执行步骤S211；

S210.判断当前排气压力是否达到目标压力设定值，如是，则执行步骤S212，如否，则执行步骤S213；

S211.判断当前排气压力是否达到目标压力设定值，如是，则执行步骤S212，如否，则执行步骤S214；

S212.维持IGV当前开度，并依靠调节BOCV动作来维持排气压力稳定；

S213.将IGV开度调大，以使排气压力上升，待当前排气压力达到目标压力设定值后，依靠调节IGV动作来维持排气压力稳定；

S214.维持IGV当前开度，并继续逐渐关闭BOCV；

S215.使机组开始运行；

S216.判断是否目标压力设定值≤当前排气压力≤(目标压力设定值+防喘振控制偏差设定值)，如是，则执行步骤S217，如否，则执行步骤S218；

S217.通过PIC01回路控制IGV逐渐关闭直至其开度达到所述最小开度值，此时若当前排气压力仍大于目标压力设定值，则通过PIC02回路将BOCV开度调大，在将BOCV开度调大的过程中，若当前排气压力小于目标压力设定值，则通过PIC02回路控制BOCV逐渐关闭，直至关死，再通过PIC01回路将IGV开度调大，以使排气压力返回到目标压力设定值，然后返回步骤S216；

S218.继续判断是否当前排气压力≥(目标压力设定值+防喘振控制偏差设定值)，如是，则执行步骤S219，如否，则执行步骤S220；

S219.PIC01回路和PIC02回路同时动作，以控制IGV逐渐关闭，同时将BOCV开度调大，在此过程中，若IGV的开度还未减小至所述最小开度值，当前排气压力就已经低于目标压力设定值，则通过PIC02回路控制BOCV逐渐关闭，并通过PIC01回路将IGV开度调大，以使排气压力返回到目标压力设定值，然后返回步骤S216；

S220.当前排气压力≤目标压力设定值，通过PIC01回路将IGV开度调大，以使排气压力返回到目标压力设定值，然后返回步骤S216。

需要说明的是，上述步骤S200～S221的顺序只是为了说明本实施例而提出的一个具体实例，本发明对上述步骤的顺序不做限定，本领域技术人员在实际应用中可按需对其进行调整。

下面提供一个应用前述防喘振控制方法得到的实际例子：

压缩机机组启动后，BOCV开度为100％，IGV开度为0％，机组进行空载，等待加载；

机组满足允许加载的条件后，开始加载。

目标压力设定值为0.8MPa，使IGV开至最小开度20％，此时，压缩机电机电流满足BOCV关闭电流80A，逐渐关闭BOCV，排气压力开始上涨，此时分为两种情况：

若BOCV未关死之前，排气压力已达到0.8MPa，则依靠BOCV动作来维持排气压力稳定；

若BOCV关死之后，排气压力仍未达到0.8MPa，将IGV开大，以使排气压力开始上涨，待当前排气压力达到0.8MPa，靠PIC01回路动作维持排气压力稳定。

启动完成后，当系统压力低于0.8MPa时，触发加载信号；IGV赋予最小开度20％并维持，在IGV动作后，压缩机电机电流上升直至达到额定压力下的喘振电流80A，BOCV允许关闭，延时2秒后以1％/S速度关闭BOCV，若BOCV未关死之前，排气压力P已达到目标压力设定值，则依靠PIC02(此时的跟踪值为目标压力设定值0.8MPa)回路调节BOCV动作以维持压力稳定；若BOCV关死之后，排气压力P仍未达到0.8MPa，则将IGV开大，以使排气压力开始上涨，待当前排气压力达到目标压力设定值后，依靠PIC01(其跟踪值为目标压力设定值0.8MPa)回路控制IGV动作以维持压力稳定。此时，IGV由PIC01和CIC控制，BOCV由PIC02(跟踪值为目标压力设定值0.8MPa+防喘振压力控制偏差设定值0.05MPa)和IIC控制；

A、0.8MPa≤P≤0.85MPa：通过PIC01回路控制IGV逐渐关闭直至其开度达到最小开度值20％，此时若当前排气压力仍大于0.8MPa，则通过PIC02回路控制BOCV打开，在此过程中，若当前排气压力小于0.8MPa，则通过PIC02回路控制BOCV逐渐关闭，直到关死，然后再通过PIC01回路将IGV的开度调大。

B、若P≥0.85MPa：则PIC01回路和PIC02回路同时动作，以控制IGV逐渐关闭，同时控制BOCV打开，在此过程中，若IGV没有关到最小开度值20％，当排气压力低于0.8MPa时，通过PIC02回路控制BOCV逐渐关闭，通过PIC01回路将IGV的开度调大。

C、若P≤0.8MPa：通过PIC01回路向IGV处的位置调节器发出开启信号，以使IGV开度调大，从而使排气压力返回到目标压力设定值0.8MPa。

D、对于IGV阀，由系统压力调节器PIC01和额定电流调节器CIC自动调节，上述二个调节器经过低选器LS后输出的值，即为IGV的输出开度。

当需气量增加，会导致排气压力的下降，若当前排气压力低于0.8MPa时，则由PIC01回路向IGV处的位置调节器发出开启信号，以将IGV开度调大，使排气压力返回到0.8MPa。在此过程中，压缩机电机的电流会加大，直至触发CIC回路，若电流超过额定电流100A，则CIC回路向IGV处的位置调节器发出关闭信号，以逐渐关闭IGV，直至压缩机电机电流返回到额定电流值。

相反，当需气量减少，排气压力就会升高；这时，PIC01回路会向IGV处的位置调节器发出关闭信号，以逐渐关闭IGV，直至排气压力返回到0.8MPa。

E、对于BOCV阀，由排气压力调节器PIC02和防喘电流调节器IIC自动调节，上述二个调节器经过高选器HS后输出的值，即为BOCV的输出开度。

在稳定的压力控制范围内，当需气量减少时，排气压力就会升高；这时，PIC01回路会向IGV处的位置调节器发出关闭信号，以逐渐关闭IGV，在此过程中，若压缩机电机电流低于IIC的设置值时，则由IIC向BOCV处的位置调节器发出开启信号，以将BOCV开度调大，直至排气压力返回到0.8MPa，从而保证IGV的关闭动作不会使压缩机进入喘振区。

相反，当需气量增加时，由IIC向BOCV处的位置调节器发出关闭信号，以逐渐关闭BOCV，直至排气压力返回到0.8MPa。

喘振保护说明：压缩机机组喘振保护采用“排气压力-电流”的防喘振保护模式。

压缩机机组投运时得到两个实测喘振点：(90A、0.8MPa)和(120A、1.5MPa)。

两点一线通过斜截式y＝kx+b得出实测喘振线：

I＝(P-b2)*(a2-a1)/(b2-b1)+a2

＝(P-1.5)*(120-90)/(1.5-0.8)+120

＝42.86P+55.71

卸载线：在实测喘振线的基础上向右偏移5A

I＝42.86P+55.71+5

＝42.86P+60.71

防喘控制线：在实测喘振线的基础上向右偏移10A

I＝42.86P+55.71+10

＝42.86P+65.71

卸载线卸载时：压缩机机组BOCV全开，IGV全关。

综上所述，本发明以目前防喘振控制方式中存在的主要问题为出发点，对离心式压缩机产生喘振的原因进行了分析，详细说明了本发明所采用的压缩机防喘振控制的主要方法，确定出针对机组最适用的防喘振控制方案，再根据确定的方案分解参数，然后运用分类递进的方法设计出了最优的防喘振控制的算法，以使得高转速离心压缩机能够高效、平稳地运行。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种高转速离心式压缩机防喘振控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

使压缩机机组空载启动；

在压缩机机组满足允许加载条件后，使其开始加载；

将入口导叶阀的开度调整至与预先计算得到的防喘振线对应的最小开度值并维持，逐渐关闭放空阀，以使排气压力开始上涨；

根据放空阀的关闭情况以及当前排气压力与目标压力设定值的比较结果来调整入口导叶阀和放空阀的开度，以维持排气压力稳定；

使压缩机机组开始运行；

根据当前排气压力分别与目标压力设定值，以及目标压力设定值与防喘振控制偏差设定值之和的比较结果来调整入口导叶阀和放空阀的开度，以使排气压力始终维持在目标压力设定值附近；

所述入口导叶阀的输出开度由系统压力调节器与额定电流调节器两者经过低选器后输出的值确定，或者，由第一手动调节器与额定电流调节器两者经过低选器后输出的值确定；

其中，系统压力调节器回路、额定电流调节器回路和第一手动调节器均用于调节入口导叶阀动作，系统压力调节器的跟踪值为目标压力设定值，额定电流调节器的跟踪值为电机额定电流值。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述压缩机机组空载启动条件包括：使放空阀全开、入口导叶阀全关。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述允许加载条件包括：系统压力低于目标压力设定值。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述根据放空阀的关闭情况以及当前排气压力与目标压力设定值的比较结果来调整入口导叶阀和放空阀的开度，以维持排气压力稳定的步骤具体为：

在压缩机机组开始加载后，

若放空阀未关死之前排气压力已达到目标压力设定值，则维持入口导叶阀当前开度，并依靠调节放空阀动作来维持排气压力稳定；

若放空阀未关死之前排气压力还未达到目标压力设定值，则维持入口导叶阀当前开度，并继续逐渐关闭放空阀；

若放空阀关死之后排气压力已达到目标压力设定值，则维持入口导叶阀当前开度，并依靠调节放空阀动作来维持排气压力稳定；

若放空阀关死之后排气压力还未达到目标压力设定值，则将入口导叶阀开度调大。

5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述根据当前排气压力分别与目标压力设定值，以及目标压力设定值与防喘振控制偏差设定值之和的比较结果来调整入口导叶阀和放空阀的开度，以使排气压力始终维持在目标压力设定值附近的步骤具体为：

在压缩机机组开始运行之后，

若目标压力设定值≤当前排气压力≤(目标压力设定值+防喘振控制偏差设定值)：逐渐关闭入口导叶阀直至其开度达到所述最小开度值，此时若当前排气压力仍大于目标压力设定值，则将放空阀开度调大，在放空阀开度调大的过程中，若排气压力小于目标压力设定值，则逐渐关闭放空阀直至关死，然后再将入口导叶阀开度调大，以使排气压力返回到目标压力设定值；

若当前排气压力≥(目标压力设定值+防喘振控制偏差设定值)：逐渐关闭入口导叶阀，同时将放空阀开度调大，在此过程中，若入口导叶阀的开度还未减小至所述最小开度值，当前排气压力就已经低于目标压力设定值，则逐渐关闭放空阀，并将入口导叶阀开度调大，以使排气压力返回到目标压力设定值；

若当前排气压力≤目标压力设定值：将入口导叶阀开度调大，以使排气压力返回到目标压力设定值。

6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述入口导叶阀的关闭速度由与所述低选器电连接的第一速度控制器来控制。

7.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述入口导叶阀的开度调节方式具体为：

当需气量增加时，若当前排气压力低于目标压力设定值，则由系统压力调节器回路向入口导叶阀处的位置调节器发出开启信号，以将入口导叶阀开度调大，从而使排气压力返回到目标压力设定值；

在排气压力返回到目标压力设定值的过程中，压缩机电机电流增大直至触发额定电流调节器回路，由额定电流调节器向入口导叶阀处的位置调节器发出关闭信号，以逐渐关闭入口导叶阀，直至压缩机电机电流返回到电机额定电流值；

当需气量减小时，由系统压力调节器回路向入口导叶阀处的位置调节器发出关闭信号，以逐渐关闭入口导叶阀，直至排气压力返回到目标压力设定值。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的控制方法，其特征在于，

所述放空阀的输出开度由排气压力调节器与防喘电流调节器两者经过高选器后输出的值确定，或者，由第二手动调节器与防喘电流调节器两者经过高选器后输出的值确定；

其中，排气压力调节器回路、防喘电流调节器回路和第二手动调节器均用于调节放空阀动作，排气压力调节器的跟踪值为目标压力设定值与防喘振控制偏差设定值之和，防喘电流调节器按照预先计算得到的防喘振线来调节。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述放空阀的关闭速度由与所述高选器电连接的第二速度控制器来控制。

10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述放空阀采用气关阀，且所述气关阀的开度由设置在其供气管路上电磁阀来控制。

11.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述放空阀的开度调节方式具体为：

当需气量减少时，若压缩机电机电流低于防喘电流调节器的设置值，则由防喘电流调节器向放空阀处的位置调节器发出开启信号，以将放空阀开度调大，直至排气压力返回到目标压力设定值；

当需气量增加时，由防喘电流调节器向放空阀处的位置调节器发出关闭信号，以逐渐关闭放空阀，直至排气压力返回到目标压力设定值。

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