CN113158592A - 螺杆压缩机管道气流脉动计算方法 - Google Patents

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陆征
刁安娜
彭云峰
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Shanghai Marine Diesel Engine Research Institute 71st Research Institute Of China Shipbuilding Industry Corp
Shanghai Qiyao Screw Machinery Co ltd
Csic Shanghai New Energy Co ltd
Shanghai Jiaotong University
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Shanghai Marine Diesel Engine Research Institute 71st Research Institute Of China Shipbuilding Industry Corp
Shanghai Qiyao Screw Machinery Co ltd
Csic Shanghai New Energy Co ltd
Shanghai Jiaotong University
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Abstract

一种螺杆压缩机管道技术领域的螺杆压缩机管道气流脉动计算方法，包括以下步骤：第一，现场实测管系始端的脉动状态参数初始压力、质量流量；第二，求脉动激发函数的傅里叶级数，确认始端12个实系数；第三，调用各基本元件的转移系数，确定下游点的12个实系数；第四，引入终端边界条件，看计算结果是否到指定阶次；第五，若是计算结果没有到指定阶次，则重新回到第二步，再次确认12个实系数；第六，若是计算结果已到指定阶次，则把各节点各阶脉动压力进行叠加。本发明脉动激发源实时采集，计算程序的边界条件准确度高。

Description

螺杆压缩机管道气流脉动计算方法
技术领域
本发明涉及的是一种螺杆压缩机管道技术领域的计算方法，特别是一种利用传递矩阵法实现准确计算的螺杆压缩机管道气流脉动计算方法。
背景技术
气流脉动引起的管道振动及其控制技术的研究具有广泛的应用背景。由于国外的工业化比国内起步早、规模大，国外压缩机行业的工程师也较早的认识到气流脉动对压缩机经济性和可靠性的显著影响。美国南方天然气协会管道和压缩机研究委员会从20世纪50年代中叶即已开始对往复式压缩机进行气流脉动的试验和理论研究。而螺杆压缩机由于起步较晚，在20世纪80年代刚刚起步，21世纪飞速发展，在大型工艺螺杆压缩机的应用过程中，气流脉动已成为管道振动隐形诱因，往往不被工程师重视，直到近几年工程现场一再出现因气流脉动引起的强烈管道振动，并对石化装置造成长期隐患，人们才意识到准确获得工艺螺杆压缩机气流脉动的测量和计算方法已迫在眉睫。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种螺杆压缩机管道气流脉动计算方法，通过质量流量、压力脉动传感器，获得螺杆压缩机进排气腔的质量流量、压力脉动源，采用转移系数法，编制气流脉动计算程序，智能计算出各管道单元的压力脉动值，从而准确获得气流脉动的具体数值，为消减管道振动提供改造依据。
本发明是通过以下技术方案来实现的，本发明包括以下步骤：第一，现场实测管系始端的脉动状态参数初始压力、质量流量；第二，求脉动激发函数的傅里叶级数，确认始端12个实系数；第三，调用各基本元件的转移系数，确定下游点的12个实系数；第四，引入终端边界条件，看计算结果是否到指定阶次；第五，若是计算结果没有到指定阶次，则重新回到第二步，再次确认12个实系数；第六，若是计算结果已到指定阶次，则把各节点各阶脉动压力进行叠加。
进一步地，在本发明中，管系始端的脉动状态参数是通过压力脉动传感器、质量流量传感器实测的。
进一步地，在本发明中，各种计算中波动方程之解是按谐量求得
在本发明中，将复杂管道系统看成各种不同元件的组合，在找出各个元件上、下游状态参数关系的基础上，利用元件的组合关系确定整个管道系统不同位置之间的参数关系。重要的是如何确定各种管道元件进、出口之间状态复参数的关系，倘若下游点的复参数可以根据上游点的复参数来确定，则任何由这些基本元件组成的复杂管道系统内每一点的脉动压力和脉动质量流量都可以求得。
如果管系的始端的脉动状态参数
Figure BDA0002992065000000021
(初始压力)、
Figure BDA0002992065000000022
(质量流量)可现场实测，按照不同的元件，逐个使用相应元件的转移方程，依次递推，把管系内各个(分)点的脉动压力
Figure BDA0002992065000000023
和脉动质量流量
Figure BDA0002992065000000024
求出来。
在本发明中，由于波动方程之解是按谐量求得的，所以将采集到脉动激发源进行谐量分析，再按各阶谐量分别做出脉动压力的计算。然后把所计算的各阶脉动压力按它们的位相关系叠加起来，这样就能计算出管道中任一点的总的脉动压力变化规律。一般说来随着所取阶数的增加，计算所得之脉动压力值的精确度会有所提高，但是，势必更加增加运算的工作量。本发明的气流脉动计算程序取了100阶谐量的计算精度。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果为：第一，脉动激发源实时采集，计算程序的边界条件准确度高；第二，在压力脉动计算中，转移系数法更容易进行程序编写。
附图说明
图1为本发明中脉动压力计算流程图；
图2为本发明实施例中管道的简化模型。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
本发明创新性开发一套实地采集脉动源，利用小波理论，开发气流脉动计算算法，实现各管段压力脉动值的计算，具体实施案例如下：
针对图2所示简单管道，左端表示由螺杆压缩机气流脉动的实际采集信号，
Figure BDA0002992065000000025
为实际脉动压力，
Figure BDA0002992065000000026
为实际质量流量，通常脉动压力pi的常系数偏微分方程，可以用分离变量方法求其谐和解。
Figure BDA0002992065000000027
式中：A*、B*为复数常数。
压缩机管道中得平均气流速度u0，一般为10～25m/s，与声速相比很小。因此，如果略去平均气流速度，即令u0＝0，设在x＝0处，
Figure BDA0002992065000000031
在x＝l处，
Figure BDA0002992065000000032
Figure BDA0002992065000000033
求得A*，B*代入(1)。根据转移系数法，管长为l，右端为开口(大容器)，管道出口脉动压力和脉动质量流量表示式为
Figure BDA0002992065000000034
式中：
Figure BDA0002992065000000035
f为管道的摩擦系数；u0为平均流速；D为管道的内径；
Figure BDA0002992065000000036
a为介质的声速；ω为脉动的圆频率；S为管截面积；
Figure BDA0002992065000000037
为管道入口脉动压力；ξ1 *为管道入口质量流量；l为管道长度；
Figure BDA0002992065000000038
为管道入口脉动压力；
Figure BDA0002992065000000039
为管道入口质量流量；
对于一个不管如何复杂的管系，第i个分界点的脉动状态复参数总可写成如下的通式：
Figure BDA00029920650000000310
Figure BDA00029920650000000311
其中
Figure BDA00029920650000000312
是第i个分界点的脉动压力，
Figure BDA00029920650000000313
是第i个分界点的质量流量，ai，…，g’i是指第i个分界点相对应的12个实数系数，与管子的尺寸，管内的介质，脉动的频率等有关。所以，管系每有一个分界点，就有一组12个实数系数与之对应。它们是表征各分界点脉动状态特征的一组量，由式(3)看出，一个确定的管系，各点的脉动压力皆与始端的脉动量A*、B*成正比。因此，螺杆压缩机管道的脉动值可通过实际采集到压缩机腔的初始脉动值，进行数值转换后，通过以上算法，实现任意管点处的压力脉动值的智能计算。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (3)

1.一种螺杆压缩机管道气流脉动计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一，现场实测管系始端的脉动状态参数初始压力、质量流量；
第二，求脉动激发函数的傅里叶级数，确认始端12个实系数；
第三，调用各基本元件的转移系数，确定下游点的12个实系数；
第四，引入终端边界条件，看计算结果是否到指定阶次；
第五，若是计算结果没有到指定阶次，则重新回到第二步，再次确认12个实系数；
第六，若是计算结果已到指定阶次，则把各节点各阶脉动压力进行叠加。
2.根据权利要求1所述的螺杆压缩机管道气流脉动计算方法，其特征在于所述管系始端的脉动状态参数是通过压力脉动传感器、质量流量传感器实测的。
3.根据权利要求1所述的螺杆压缩机管道气流脉动计算方法，其特征在于所述计算中波动方程之解是按谐量求得。
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