CN111120360A - 一种减少离心式压缩机喘振现象且自动调节流量的结构及方法 - Google Patents

一种减少离心式压缩机喘振现象且自动调节流量的结构及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种减少离心式压缩机喘振现象且自动调节流量的结构及方法，对减少离心式压缩机喘振现象且自动调节流量的结构进行的性能测试，计算出喘振控制线函数，函数中的喘振线、阻滞线、喘振控制线将离心式压缩机工况区进行划分为喘振区、正常工况区、阻滞区三个工作区，控制器中的显示屏显示温度与排气管流量的关系、震动频率与排气管流量、吸入口与排气管流量的关系都在正常工作区时，电脑不对PLC下达任何指令，离心式压缩机正常工作。当温度、震动频率、吸入口流量任一与排气管流量关系区域不再正常工作区时，由控制器来调节电磁阀。避免了其中一个因素不稳定导致调节错误，导致喘振现象的发生。

Description

一种减少离心式压缩机喘振现象且自动调节流量的结构及 方法
技术领域
本发现涉及离心式压缩机技术领域，具体涉及关于离心式压缩机的喘振预防和自动调节流量的大小从而达到预防喘振现象的一种离心式压缩机结构。
背景技术
离心式压缩机是工业生产过程中的核心动力设备，所以离心式压缩机的运行状态直接影响了整个工业生产的过程。但在离心式压缩机运行的过程中，当流量减小到最小值时出口压力会突然下降，下游管道内压力反而高于出口压力，于是被输送介质从排气管倒流回机壳内，直到出口压力升高到重新向管道输送介质为止。当管道中的压力恢复到原来的压力时,流量再次减少,管道中介质又产生倒流，如此周而复始。
由于离心式压缩机功率较大，所以喘振现象对离心式压缩机的损害也非常大。气流沿离心式压缩机轴线方向发生的低频率(通常只有几赫兹或十几赫兹)、高振幅(强烈的压强和流量波动)的喘振现象。这种低频率高振幅的气流振荡是一种很大的激振力来源，它会导致压气机部件的强烈机械震动和热端超温。并在很短的时间内造成部件的严重损坏，所以在任何状态下都不允许压气机进入喘振区工作。严重影响离心式压缩机的寿命，因此对喘振现象防是保证整个工业生产的重要保证。
工业上用于保护离心式压缩机减少喘振的方法有单回路循环法、出口放空法等多种单一的方法，对离心式喘振保护安全性和可靠性较低，无法有效的达到离心压缩机喘振的保护目的。
因此解决离心式压缩机喘振问题是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术不足,本发明提供了一种减少离心式压缩机喘振现象且自动调节流量的结构及方法。
(二)技术方案
为实现以上目的,本发明通过以下技术方案予以实现。
减少离心式压缩机喘振现象且自动调节流量的结构，包括离心式压缩机、震动检测仪(2)、热电偶(3)、空气液化检测仪(4)、流量显示计1号(6)、流量显示计2号(23)和控制器。所述的离心式压缩机包含转子和定子。定子由机壳、连接在机壳上的吸入口和排气管、管道1、管道1的扩压器、与扩压器连接弯道、弯道连接回流器，由回流器连接的管道2、与管道2连接的蜗室，转子由叶轮、轴构成。
管道1中安装了震动检测仪传感器和热电偶，吸入口和排气管分别安装了流量显示计1号和流量显示计2号，蜗室内安装了空气成分检测仪的传感器。
轴带动叶轮转动，气体经过吸入口流量显示计1号，经过叶轮，通过扩压器，通过弯道处的震动检测仪传感器、热电偶、回流器到达蜗室，由内部的气体液化检测仪检测空气是否气态，若是气态经过排气管流量显示计2号，进入排气管，若存在液态，降低压力使气体气化，防止因流量变化导致喘振现象的产生。
所述的震动检测仪，包括震动频率传感器、导线和震动检测仪数据处理模块，震动频率传感器安装在叶轮上方、当离心式压缩机运行时，叶轮转动产生震动、传感器探测震动频率，将数据传输到震动检测仪数据处理模块，震动检测仪数据处理模块将检测结果传输到控制区。
所述的气体液化检测仪包括气体液化检测仪传感器、导线、气体液化检测仪数据处理模块。气体液化检测仪传感器安装在蜗室内，当离心式压缩机运行时，气体液化检测仪传感器将蜗室内的空气是否液化，将数据传输到气体液化检测仪处理模块，气体液化检测仪处理模块将检测结果传输到控制区。
所述的热电偶包括热电偶、导线、热电偶数据处理模块。当离心式压缩机运行时，能够检测机壳内的温度，将数据传输到热电偶数据处理模块，热电偶数据处理模块将检测结果传输到控制区。
所述的吸入口流量显示计1号包括流量显示计1号、导线、流量显示计1号数据处理模块，当离心式压缩机运行时，能够检测吸入口流量，将数据传输到流量显示计1号数据处理模块，流量显示计1号数据处理模块将检测结果传输到控制区。
所述的排气管流量显示计2号包括流量显示计2号、导线、流量显示计2号数据处理模块，当离心式压缩机运行时，能够检测排气管流量，将数据传输到流量显示计2号数据处理模块，流量显示计2号数据处理模块将检测结果传输到控制区。
所述的控制器包含PLC、电脑、显示器和电磁阀，当离心式压缩机运行时，热电偶数据处理处理模块、空气成分检测仪数据处理模块、震动检测仪数据处理模块、流量显示计1号数据处理模块、流量显示计2号数据处理模块将测得数据传输到PLC，PLC将数据传输到电脑中，电脑计算后将将结果传输到显示屏上，将处理方式传输到PLC和显示屏中。
一种减少离心式压缩机喘振现象且自动调节流量的方法是将以上步骤完成后，完成了减少离心式压缩机喘振现象且自动调节流量的结构，对减少离心式压缩机喘振现象且自动调节流量的结构进行的性能测试，确定离心式压缩机的喘振点，并记录离心式压缩机在喘振时的排气管的流量与温度、吸入口流量、震动频率的关系。重复同样的步骤，改变离心式压缩机压力和气体特性，得到不同的离心式压缩机喘振时的性能参数，将这些喘振点的参数标在性能曲线图上，并连接起来，得到离心式压缩机的喘振线和阻滞线。设置喘振裕度为10％，从而获得喘振控制线，并计算出喘振控制线函数，函数中的喘振线、阻滞线、喘振控制线将离心式压缩机工况区进行划分为喘振区、正常工况区、阻滞区三个工作区。喘振线与喘振控制线之间的区为喘振区。阻滞线以外的为阻滞区。喘振控制线与阻滞线之间的区域为正常工作区。控制器中的显示屏显示温度与排气管流量的关系、震动频率与排气管流量、吸入口与排气管流量的关系都在正常工作区时，电脑不对PLC下达任何指令，离心式压缩机正常工作。
当控制器中的显示屏显示温度与排气管流量的关系、震动频率与排气管流量、吸入口与排气管流量的关系在阻滞区或喘振区时。此时电脑重新根据离心式压缩机吸入口的流量与排气管的流量的关系应调节电磁阀的数值、震动频率与排气管的流量的关系应调节电磁阀的数值、温度与排气管流量的关系应调节的电磁阀数值，将三个数据均分后，用平均值来调节排气管的电磁阀打开的大小，从而保证此时的离心式压缩机的性能在各个函数内属于正常工况区内，避免发生喘振现象。
为了监视离心式压缩机内部空气成分占比的均匀，防止气体液化对排气管流量有所影响，在蜗室内安装空气液化检测仪传感器，空气液化检测仪传感器将测得的数据传输到空气液化检测仪数据处理模块，在由空气液化检测仪数据处理模块传输到PLC，再由PLC将数据传输到电脑，电脑传输到显示屏上。
(三)有益效果
本发明提供了一种减少喘振现象自动调节流量的离心式压缩机，具有以下有益效果。
通过在管道1处安装热电偶、震动检测仪；在蜗室安装空气液化检测仪来；出入口设置流量显示计一号二号来测量此时压缩机内部的温度、震动频率、空气含量成分、出入口的流量。
进而采集压缩机不同运行工况时的温度、震动频率、吸入口流量与排气管流量建立关系，将其分成喘振区、阻滞区、正常工作区。当温度、震动频率、吸入口流量任一发生变化时，根据温度、震动频率、吸入口流量比排气管流量所建立的关系，来确定离心式压缩机的运行的区域是否属于正常工作区，当任一不属于正常工作区时，根据已经建立起关于温度、震动频率、吸入口流量的大小、排气管流量大小的关系。由电脑计算关于温度、震动频率、吸入口流量与排气管流量的变化，分别计算关于温度和出口流量、入口流量和出口流量、震动频率与出口流量调节电磁阀的大小，再将计算的这三个参数取平均值后，再给PLC信号，调节排气管处的流量电磁阀打开的大小，避免了其中一个因素不稳定导致调节错误，导致喘振现象的发生。
在蜗室内的空气液化检测仪，将数据输入到PLC，在由PLC传输到电脑，电脑分析总结后发送到显示屏，非常直观的了解到蜗室内的空气的液化情况。
附图说明
(1)图1：离心式压缩机结构图示意图。
(2)图2：震动检测仪和热电偶安装位置的示意图。
(3)图3:空气成分检测仪安装位置的示意图。
(4)图4:吸入口流量流量显示计安装位置的示意图。
(5)图5：排气管流量显示计安装位置的示意图。
(6)图6：离心式压缩机电磁阀控制电路。
(7)图7：离心式压缩机温度与排气管流量函数关系示意图。
(8)图8：离心式压缩机震动频率与排气管流量函数关系示意图。
(9)图9：离心式压缩机吸入口流量与排气管流量函数关系示意图。
其中：1、叶轮，2、震动检测仪传感器，3、热电偶，4、空气液化检测仪传感器，5、蜗室，6、流量显示计1号传感器，7、吸入口，8、轴，9、排出口，10、流量显示计2号传感器，11、弯道，12、扩压器，13、回流器，14、机壳，15、管道1，16、管道2,17、PLC,18、电脑，19、显示屏，20、电磁阀，21、震动检测仪处理模块，22热电偶处理模块，23、流量显示计二号处理模块，24、流量显示计1号处理模块，25空气液化检测仪处理模块。
具体实施方式
实例一：
本发明提供了一种减少离心式压缩机喘振现象且自动调节流量的结构及方法，包含以下:
参见图2和图6，当离心式压缩机运行时，震动传感器(2)探测震动频率，将数据传输到震动检测仪数据处理模块(21)，震动检测仪数据处理模块(21)将数据传输到电脑(18)，电脑(18)将数据传输到显示器(19)上，在显示器(19)上显示出来。
参见图2和图6当离心式压缩机运行时，热电偶(3)检测机壳内的温度，热电偶(3)将数据传输到热电偶数据处理模块(22)，热电偶数据处理模块(22)将检测结果传输到电脑(18)，电脑(18)将数据传输到显示器(19)上，在显示器(19)上显示出来。
参见与图4图6当离心式压缩机运行时，流量显示计1号6检测吸入口(7)流量，将数据传输到流量显示计1号数据处理模块(24)，流量显示计1号数据处理模块将检测结果传输到电脑(18)，电脑(18)将数据传输到显示器(19)上，在显示器(19)上显示出来。
参见图5图6当离心式压缩机运行时，流量显示计2号(10)检测排气管(9)流量，将数据传输到流量显示计2号数据处理模块(23)，流量显示计2号数据处理模块(10)将检测结果传输到电脑(18)，电脑(18)将数据传输到显示器(19)上，在显示器(19)上显示出来。
采集显示出的温度、进出口流量、震动频率数据。进行离心式压缩机的性能曲线的标定。
根据离心式压缩机安装，对离心式压缩机进行的性能测试，确定离心式压缩机的喘振点，使离心式压缩机的工况点慢慢接近喘振点，一旦离心式压缩机发生喘振，立即打开机出口放空阀，并记录离心式压缩机在喘振时的排气管的流量与温度、吸入口流量、震动频率的关系。重复同样的步骤，改变离心式压缩机和管路特性，得到不同的离心式压缩机喘振时的性能参数，将这些喘振点的参数标在性能曲线图上，并连接起来，得到离心式压缩机的喘振线和阻滞线。设置喘振裕度为10％，从而获得喘振控制线。
在将这些函数关系式进行离心式压缩机性能工况区的划分。函数中的喘振线、阻滞线、喘振控制线将离心式压缩机工况区进行划分为喘振区、正常工况区、阻滞区三个工作区。喘振线与喘振控制线之间的区为喘振区。阻滞线以外的为阻滞区。喘振控制线与阻滞线之间的区域为正常工作区。
参见图6、图7，当离心压缩机运行时，当流量显示计二号(10)测得此时排气管(9)的流量为y1传输到PLC(17)，热电偶(3)测得温度为x0传输到PLC(17)。PLC(17)将数据传输到电脑(18)。电脑(18)根据已经建立建立的温度与排气管(9)的函数关系，分析出，此时温度为x2-x3为正常工作区，x1-x2为喘振区、大于x3为阻滞区。x0在x2-x3区域时，电脑判断此时x0所在x2-x3的区域，此区域为正常工作区，机器正常运行。当x0在x1-x2或大于x3区域是，在电脑计算出此时属于喘振区或阻滞区。电脑计算出此时热电偶(3)测量的温度下，排气管(9)流量与正常值的差值，根据差值计算出打开电磁阀的量。再根据震动频率与排气管(9)流量的函数关系和吸入口(7)与排气管的函数关系取平均值，将平均值的信号传输给PLC(17)，由PLC(17)给电磁阀(20)一个信号，来调节电磁阀(20)，达到减少喘振的效果。
实例二：
本发明提供了一种减少离心式压缩机喘振现象且自动调节流量的结构及方法，包含以下:
参见图6、图8，当离心压缩机运行时，当流量显示计二号(10)测得此时排气管(9)的流量为d1，传输到PLC(17)，震动检测仪(2)测得震动频率为为k0传输到PLC(17)。PLC(17)将数据传输到电脑(18)。电脑(18)根据已经建立建立的震动频率与排气管(9)流量的关系，分析出，此时震动频率为k2-k3为正常工作区，k1-k2为喘振区、大于k3为阻滞区。当k0在k2-k3区域时，电脑判断此时k0所在k2-k3的区域，此区域为正常工作区，机器正常运行。当k0在k1-k2区域或大于k3区域时，在电脑计算出此时属于喘振区或阻滞区。电脑计算出此时震动检测仪测量的震动频率下，排气管(9)流量与正常值的差值，根据差值计算出打开电磁阀的量.再根据温度与排气管(9)流量的函数关系和吸入口(7)与排气管的函数关系取平均值，将平均值的信号传输给PLC(17)，由PLC(17)给电磁阀(20)一个信号，来调节电磁阀(20)，达到减少喘振的效果。
实例三：
本发明提供了一种减少离心式压缩机喘振现象且自动调节流量的结构及方法，包含以下:
参见图6、图9，当离心压缩机运行时，当流量显示计二号(10)测得此时排气管(9)的流量为y1传输到PLC(17)，流量显示计1号测得吸入口(7)流量为c0传输到PLC(17)。PLC(17)将数据传输到电脑(18)。电脑(18)根据已经建立建立的吸入口(7)流量与排气管(9)流量的关系，分析出，此时流量为c2-c3，为正常工作区，c1-c2为喘振区、大于c3为阻滞区。当c0在c2-c3区域时，电脑判断此时c0所在c2-c3的区域，此区域为正常工作区，机器正常运行。当c0在c1-c2或大于c3区域是，在电脑计算出此时属于喘振区或阻滞区。电脑计算出此时吸入口(7)流量下，排气管(9)流量与正常值的差值，根据差值计算出打开电磁阀的大小，再根据震动频率与排气管(9)流量的函数关系和热电偶(3)与排气管的函数关系取平均值，将平均值的信号传输给PLC(17)，由PLC(17)给电磁阀(20)一个信号，来调节电磁阀(20)，达到减少喘振的效果。
实例四：
本发明提供了一种减少离心式压缩机喘振现象且自动调节流量的结构及方法，包含以下:
参见图3图6，当离心式压缩机运行时，气体液化检测仪传感器(4)检测到蜗室内的空气未发生液化，将检测数据传输到气体液化检测仪处理模块(25)，气体液化检测仪处理模块(25)将检测结果传输到PLC(17)，PLC(17)将数据传输到电脑(18)中，电脑不给出任何指令机器正常运行。
当离心式压缩机运行时，气体液化检测仪传感器(4)检测蜗室内的空气发生液化，将数据传输到气体液化检测仪处理模块(25)，气体液化检测仪处理模块(25)将检测结果传输到PLC(17)，PLC(17)将数据传输到电脑(18)中，电脑(18)给PLC(17)指令降低离心式压缩机的功率，达到减少内部压强，气体重新气化从排气管(9)排除，当气体液化检测仪传感器(4)检测蜗室内的空气没有液化时，将数据传输到气体液化检测仪处理模块(25)，气体液化检测仪处理模块(25)将检测结果传输到PLC(17)，PLC(17)将数据传输到电脑(18)中，电脑(18)给PLC(17)指令提升离心式压缩机的功率，正常工作。
以上实施例仅用于本说明的设计思想和特点，目在于本领域内的技术人员能够了解本发明并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例中，所以，凡依据本发明所揭示的原理，设计思路所做的等通变化或装饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种减少离心式压缩机喘振现象且自动调节流量的结构，包括离心式压缩机、震动检测仪、热电偶(3)、空气成分检测仪、流量显示计1号(24)、流量显示计2号(23)和控制器。其特征在于：所述的离心式压缩机包含转子和定子。定子由机壳(14)、连接在机壳(14)上的吸入口(7)和排气管(9),管道1(15)，与管道1(15)连接的扩压器(12)、与扩压器(12)连接弯道(11)、弯道(11)连接回流器(13)，与回流器(13)连接管道2(16)，管道2(16)连接蜗室(5)，转子由叶轮(1)、轴(8)构成，在叶轮上方的管道中安装了震动检测仪传感器(2)和热电偶(3)，吸入口(7)和排气管(9)分别安装了流量显示计1号(6)和流量显示计2号(10)，蜗室(5)内安装了空气成分检测仪的传感器(4)。
2.根据权利要求1所述的一种减少离心式压缩机喘振现象且自动调节流量的结构，其特征在于：震动检测仪包括震动频率传感器(2)、导线和震动数据检测液数据处理模块(21)，震动频率传感器(2)安装在叶轮(1)上方、当离心式压缩机运行时，叶轮(1)转动产生震动，震动传感器(2)探测震动频率，将数据传输到震动检测仪数据处理模块(21)，震动检测仪数据处理模块(21)将检测结果传输到控制区。
3.根据权利要求1所述气体液化检测仪，其特征在于：包括气体液化检测仪传感器(4)、导线、气体液化检测仪数据处理模块(25)。气体液化检测仪传感器(4)安装在蜗室(5)内，当离心式压缩机运行时，气体液化检测仪传感器(4)将蜗室(5)内的空气是否液化，将数据传输到气体液化检测仪处理模块(25)，气体液化检测仪处理模块(25)将检测结果传输到控制区。
4.根据权利要求1所述的一种减少离心式压缩机喘振现象且自动调节流量的结构，其特征在于：所述的控制器包含PLC(17)、电脑(18)、显示器(19)和电磁阀(20)，当离心式压缩机运行时，热电偶数据处理模块(22)、空气液化检测仪数据处理模块(25)、震动检测仪数据处理模块(21)、流量显示计1号数据处理模块(24)、流量显示计2号数据处理模块(23)将测得数据传输到PLC(17)，由编辑好的PLC(1)将数据处理传输到电脑(18)中，电脑(18)计算后将测得结果传输到显示屏(19)上，将处理方式传输到PLC(19)和显示屏(20)中。
5.根据权利要求1所述减少离心式压缩机喘振现象且自动调节流量的结构及方法，其特征在于：对减少离心式压缩机喘振现象且自动调节流量的结构进行的性能测试，确定离心式压缩机的喘振点，并记录离心式压缩机在喘振时的排气管(9)的流量与温度、吸入口(7)流量、震动频率的关系，计算出喘振控制线函数，函数中的喘振线、阻滞线、喘振控制线将离心式压缩机工况区进行划分为喘振区、正常工况区、阻滞区三个工作区，喘振线与喘振控制线之间的区为喘振区，阻滞线以外的为阻滞区。喘振控制线与阻滞线之间的区域为正常工作区，并将此工作区输入控制器中，控制器中的显示屏显示温度与排气管(9)流量的关系、震动频率与排气管(9)流量、吸入口(7)与排气管(9)流量的关系都在正常工作区时，电脑(18)不对PLC(17)下达任何指令，离心式压缩机正常工作。
6.根据权利要求4所述减少离心式压缩机喘振现象且自动调节流量的结构及方法，其特征在于：当控制器中的显示屏(19)显示温度与排气管(9)流量的关系、震动频率与排气管(9)流量、吸入口(7)流量与排气管流量的关系，在阻滞区或喘振区时。此时电脑重新根据离心式压缩机吸入口(7)的流量与排气管(9)的流量的关系应调节电磁阀(20)的数值、震动频率与排气管(9)的流量的关系应调节电磁阀(20)的数值、温度与排气管(9)流量的关系应调节的电磁阀(20)数值，将三个数据均分后，用平均值来调节电磁阀(20)打开的大小，从而保证此时的离心式压缩机的性能在各个函数内属于正常工况区内，避免发生喘振现象。
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