CN114857073B - 一种微小型蒸汽余压驱动的离心空气压缩机防喘振方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微小型蒸汽余压驱动的离心空气压缩机防喘振方法，包括：汽轮机进汽流量计测试向心汽轮机的进汽流量；根据汽轮机进汽流量计的测试结果，判断向心汽轮机的进汽流量所在的流量区间；根据向心汽轮机的进汽流量所在的流量区间，通过控制阀门控制离心空压机的工作状态。本发明的有益效果是：本发明通过向心汽轮机实现了蒸汽余压驱动的离心空气压缩机防喘振；并可以进行全流量分段控制，避免原有防喘振预防死区，节能性和机组运行稳定性更好。

Description

一种微小型蒸汽余压驱动的离心空气压缩机防喘振方法

技术领域

本发明涉及空气压缩机领域，更确切地说，它涉及一种微小型蒸汽余压驱动的离心空气压缩机防喘振方法。

背景技术

离心空气压缩机是一种动能式压缩机，使用范围涵盖化工、动力工程、制冷工程和气体输送等，具有体积小、结构简单、运行平稳，维修方便以及气体无油等优点。然而当离心空气压缩机排气量小于某一定值时，排出气体量时多时少，排出气体在排出管内来回流动，产生强烈的震荡，气体出口压力、流量大幅度波动，离心空压机及气体排出管道发生剧烈的震动，发生周期性、间断的吼响声，这种现象就叫做离心空气压缩机的喘振。

离心空气压缩机由控制系统来控制,离心空压机出口压力通过压力控制器控制离心空压机进气流量阀角度来控制，离心空压机喘振通过防喘振控制器来控制。但这样控制方式会引起喘振控制器和出口压力控制器相互影响，并最终导致离心空气压缩机运行不稳定。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供了一种微小型蒸汽余压驱动的离心空气压缩机防喘振方法。

第一方面，提供了一种微小型蒸汽余压驱动的离心空气压缩机防喘振装置，包括：向心汽轮机、齿轮箱、离心空压机、控制阀门和连接管路；

其中，所述齿轮箱包括低速轴、过渡轴、高速轴、低速齿轮盘、过渡齿轮盘和高速齿轮盘；所述离心空压机包括一级离心空压机和二级离心空压机；所述控制阀门包括空压机进气流量调节阀、汽轮机入口速关阀、汽轮机入口流量调节阀、汽轮机出口至用户隔离阀、汽轮机对空排放阀、离心空压机对空排放阀和离心空压机出口至用户隔离阀；

所述低速齿轮盘、过渡齿轮盘和高速齿轮盘依次啮合，所述低速轴、过渡轴和高速轴通过轴承安装在齿轮箱上；所述向心汽轮机安装在低速轴一端，并通过汽轮机入口流量调节阀和汽轮机入口速关阀与汽轮机进汽流量计连接；所述一级离心空压机和二级离心空压机安装在高速轴的两端，所述一级离心空压机与所述空压机进气流量调节阀连接，所述二级离心空压机与离心空压机对空排放阀和离心空压机出口至用户隔离阀连接；所述向心汽轮机还与汽轮机出口至用户隔离阀、汽轮机对空排放阀汽轮机出口至用户隔离阀和汽轮机对空排放阀相连接。

第二方面，提供了一种微小型蒸汽余压驱动的离心空气压缩机防喘振方法，由第一方面所述的微小型蒸汽余压驱动的离心空气压缩机防喘振装置执行，包括：

S1、汽轮机进汽流量计测试向心汽轮机的进汽流量；

S2、根据汽轮机进汽流量计的测试结果，判断向心汽轮机的进汽流量所在的流量区间；

S3、根据向心汽轮机的进汽流量所在的流量区间，通过控制阀门控制离心空压机的工作状态。

作为优选，S2中，所述流量区间包括停运流量区间、对外排空流量区间和供气流量区间；所述停运流量区间为0％～20％额定进汽流量，所述对外排空流量区间为20％～70％额定进汽流量，所述供气流量区间为大于70％额定进汽流量。

作为优选，S3包括：

S301、向心汽轮机的进汽流量位于停运流量区间时，关闭汽轮机入口速关阀、汽轮机对空排放阀和离心空压机出口至用户隔离阀，打开汽轮机入口流量调节阀、汽轮机出口至用户隔离阀和离心空压机对空排放阀，向心汽轮机和离心空压机停止运行；

S302、向心汽轮机的进汽流量位于对外排空流量区间时，关闭汽轮机对空排放阀、离心空压机出口至用户隔离阀，打开汽轮机入口速关阀和汽轮机出口至用户隔离阀，并保持汽轮机入口流量调节阀处于全开状态，离心空压机对空排放，机组定转速带载空排运行；

S303、向心汽轮机的进汽流量位于供气流量区间时，关闭离心空压机对空排放阀，打开离心空压机出口至用户隔离阀，并保持汽轮机入口速关阀和汽轮机出口至用户隔离阀处于全开状态，离心空压机产生合格压力的压缩空气，机组带载对用户供气运行。

作为优选，S3中，根据向心汽轮机的进汽流量所在的流量区间确定过渡轮的目标转速值和对应转速下的离心空压机最小允许进气量。

作为优选，S3中，离心空压机进气量大于离心空压机最小允许进气量。

作为优选，S302和S303中，向心汽轮机的进汽流量在同一流量区间内波动时，通过空压机进气流量调节阀调整过渡齿轮盘的转速。

作为优选，S302和S303中，在过渡齿轮盘的转速超过目标转速值时，空压机进气流量调节阀按1％/s开大直至过渡齿轮盘的转速重新回到目标转速值；在过渡齿轮盘的转速低于目标转速值时，空压机进气流量调节阀按1％/s关小直至过渡齿轮盘的转速重新回到目标转速值。

作为优选，S302和S303中，在过渡齿轮盘的转速超过设定过渡轮转速超速紧急停机值时，关闭汽轮机入口速关阀，打开汽轮机对空排放阀和离心空压机对空排放阀。

作为优选，S3中，离心空压机通过齿轮箱与向心汽轮机刚性传递动能，离心空压机与过渡齿轮盘的转速比固定，转速仪测试过渡齿轮盘的转速，根据所述转速比计算得到离心空压机实际运行转速。

本发明的有益效果是：

(1)本发明通过向心汽轮机实现了蒸汽余压驱动的离心空气压缩机防喘振。

(2)本发明提供的向心汽轮机可以进行全流量分段控制，避免原有防喘振预防死区。

(3)本发明通过分段控制进而精准防喘振，节能性更好，机组运行稳定性更好。

附图说明

图1为一种微小型蒸汽余压驱动的离心空气压缩机防喘振装置的结构示意图；

附图标记说明：1-向心汽轮机；2-齿轮箱；31-一级离心空压机；32-二级离心空压机；33-空压机进气流量调节阀；41-低速轴；42-过渡轴；43-高速轴；44-低速齿轮盘；45-过渡齿轮盘；46-高速齿轮盘；47-过渡轴转速测量仪；11-汽轮机进汽流量测量仪；12-汽轮机入口速关阀；13-汽轮机入口流量调节阀；14-汽轮机出口至用户隔离阀；15-汽轮机对空排放阀；16-离心空压机对空排放阀；17-离心空压机出口至用户隔离阀。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

实施例1：

为了解决现有技术中喘振控制器和出口压力控制器之间会相互影响，如喘振控制器和出口压力控制器均要控制离心空压机的进气流量阀，进而导致离心空气压缩机运行不稳定的难题，本申请提供了一种微小型蒸汽余压驱动的离心空气压缩机防喘振装置，可以不设置防喘振控制器，而是只通过出口压力控制器控制出口压力，并可以控制喘振，如图1所示，该微小型蒸汽余压驱动的离心空气压缩机防喘振装置包括：向心汽轮机1、齿轮箱2、离心空压机、控制阀门和连接管路；

其中，齿轮箱2包括低速轴41、过渡轴42、高速轴43、低速齿轮盘44、过渡齿轮盘45和高速齿轮盘46；离心空压机包括一级离心空压机31和二级离心空压机32；控制阀门包括空压机进气流量调节阀33、汽轮机入口速关阀12、汽轮机入口流量调节阀13、汽轮机出口至用户隔离阀14、汽轮机对空排放阀15、离心空压机对空排放阀16和离心空压机出口至用户隔离阀17；

低速齿轮盘44、过渡齿轮盘45和高速齿轮盘46依次啮合，低速轴41、过渡轴42和高速轴43通过轴承安装在齿轮箱2上；向心汽轮机1安装在低速轴41一端，并通过汽轮机入口流量调节阀13和汽轮机入口速关阀12与汽轮机进汽流量计11连接；一级离心空压机31和二级离心空压机32安装在高速轴43的两端，一级离心空压机31与空压机进气流量调节阀33连接，二级离心空压机32与离心空压机对空排放阀16和离心空压机出口至用户隔离阀17连接；向心汽轮机1还与汽轮机出口至用户隔离阀14、汽轮机对空排放阀15汽轮机出口至用户隔离阀14和汽轮机对空排放阀15相连接。

实施例2：

一种微小型蒸汽余压驱动的离心空气压缩机防喘振方法，包括：

S1、汽轮机进汽流量计11测试向心汽轮机1的进汽流量；

S2、根据汽轮机进汽流量计11的测试结果，判断向心汽轮机1的进汽流量所在的流量区间；

S3、根据向心汽轮机1的进汽流量所在的流量区间，通过控制阀门控制离心空压机的工作状态。

需要说明的是，S1中，向心汽轮机1的进汽流量由蒸汽用户生产用量决定，汽轮机入口流量调节阀13仅用于启停过程，在向心汽轮机1正常运行过程中不参与调节。此外，向心汽轮机1只有在事故紧急停机过程中对空排放。正常启停和正常运行时排汽均排至用户工艺管道，不对空排放。

S2中，流量区间包括停运流量区间、对外排空流量区间和供气流量区间；停运流量区间为0％～20％额定进汽流量，对外排空流量区间为20％～70％额定进汽流量，供气流量区间为大于70％额定进汽流量。进一步地，对外排空流量区间可以划分为第一流量区间(20％～50％额定进汽流量)和第二流量区间(50％～70％额定进汽流量)。

S3包括：

S301、向心汽轮机1的进汽流量位于停运流量区间时，关闭汽轮机入口速关阀12、汽轮机对空排放阀15和离心空压机出口至用户隔离阀17，打开汽轮机入口流量调节阀13、汽轮机出口至用户隔离阀14和离心空压机对空排放阀16，向心汽轮机1和离心空压机停止运行；

S302、向心汽轮机1的进汽流量位于对外排空流量区间时，关闭汽轮机对空排放阀15、离心空压机出口至用户隔离阀17，打开汽轮机入口速关阀12和汽轮机出口至用户隔离阀14，并保持汽轮机入口流量调节阀13处于全开状态，离心空压机对空排放，机组定转速带载空排运行；

S303、向心汽轮机1的进汽流量位于供气流量区间时，关闭离心空压机对空排放阀16，打开离心空压机出口至用户隔离阀17，并保持汽轮机入口速关阀12和汽轮机出口至用户隔离阀14处于全开状态，离心空压机产生合格压力的压缩空气，机组带载对用户供气运行。

S3中，根据向心汽轮机1的进汽流量所在的流量区间确定过渡轮42的目标转速值和对应转速下的离心空压机最小允许进气量。此外，在向心汽轮机1的进汽流量位于对外排空流量区间，且对外排空流量区间划分为上述第一流量区间和第二流量区间时，可以确定两个流量区间对应的防喘振离心空气压缩机进气流量。

S3中，在任意时刻，需要保证离心空压机进气量大于离心空压机最小允许进气量(防喘振离心空气压缩机进气流量)。具体地，入口处设置有空气流量计对离心空压机的进气量进行监测，根据监测结果和离心空压机最小允许进气量调整离心空压机进气量，以达到防喘振的目的。

S302和S303中，向心汽轮机1的进汽流量在同一流量区间内波动时，通过空压机进气流量调节阀33调整过渡齿轮盘45的转速。

S302和S303中，在过渡齿轮盘45的转速超过目标转速值时，空压机进气流量调节阀33按1％/s开大直至过渡齿轮盘45的转速重新回到目标转速值；在过渡齿轮盘45的转速低于目标转速值时，空压机进气流量调节阀33按1％/s关小直至过渡齿轮盘45的转速重新回到目标转速值。

S302和S303中，在过渡齿轮盘45的转速超过设定过渡轮转速超速紧急停机值时，关闭汽轮机入口速关阀12，打开汽轮机对空排放阀15和离心空压机对空排放阀16。

S3中，离心空压机通过齿轮箱2与向心汽轮机1刚性传递动能，离心空压机与过渡齿轮盘45的转速比固定，转速仪测试过渡齿轮盘45的转速，根据转速比计算得到离心空压机实际运行转速。需要说明的是，离心空压机实际运行转速与离心空压机最小允许进气量相对应。因此，本申请在获取离心空压机最小允许进气量之前，需要根据转速比计算得到离心空压机实际运行转速。

实施例3：

一种微小型蒸汽余压驱动的离心空气压缩机是面向供热用户侧用于回收用户侧小流量蒸汽余压的装置。向心汽轮机1是蒸汽余压转化装置，转化后动力通过齿轮箱2传递给离心空气压缩机31和32。

如其中某型号产品参数如下：蒸汽额定流量6t/h，入口蒸汽参数1.1MPa、203℃，排汽参数0.4MPa、144℃，汽轮机额定功率150kW，齿轮箱损耗功率30kW，第一级和第二级离心空气压缩机功率共120kW，每分钟产生20立方米的0.45MPa压缩空气。低速轴41、过渡轴42、高速轴43通过轴承安装在齿轮箱2上。向心汽轮机1安装在低速轴41一端，第一级空气压缩机31和第二级空气压缩机32安装一高速轴43两端。高压蒸汽在向心汽轮机1膨胀带动低速轴41高速旋转，低速轴41通过低速齿轮盘44啮合过渡齿轮盘45将旋转动能传递给高速齿轮盘46和高速轴43，从而带动第一级空气压缩机31和第二级空气压缩机32，蒸汽余压能将常压空气被两次压缩后生产无油压缩空气供给用户。

汽轮机进汽流量计11用于实时监测向心汽轮机进汽流量，当蒸汽流量小于1.2t/h，关闭汽轮机入口气动速关阀12，全开汽轮机入口流量调节阀13，打开汽轮机电动出口关断阀14，关闭汽轮机对空排放阀15，打开离心空压机对空排放阀16，关闭离心空压机出口至用户隔离阀17，向心汽轮机1、一级离心空压机31和二级离心空压机32均停止运行。

当蒸汽流量1.2～3t/h，打开汽轮机入口速关阀12，保持汽轮机入口流量调节阀13全开，打开汽轮机出口至用户隔离阀14，关闭汽轮机对空排放阀15，打开离心空压机对空排放阀16，关闭离心空压机出口至用户隔离阀17，向心汽轮机1利用蒸汽余压带动齿轮箱2和离心空压机以一定的转速运行，产生的压缩空气压力不达标对空排放。设定汽轮机进汽流量1.2～3t/h时过渡齿轮盘45转速为2000rpm和空压机最小允许进气量为8m³/min，过渡齿轮盘45的转速通过空压机进气流量调节阀33来调整，并且保证离心空压机进气量大于最小允许进气量，若过渡轮转速超过2050rpm，空压机进气流量调节阀33按1％/s开大，直至转速重新回到2000rpm，若转速低于1950rpm，空压机进气流量调节阀33按1％/s关小，直至转速重新回到2000rpm。

当蒸汽流量3～4.2t/h，汽轮机及空压机运行方法和模式同当蒸汽流量1.2～3t/h，只是此时的设定过渡轮转速变为3000rpm，空压机最小允许进气量为12m³/min。

当蒸汽流量4.2～6.6t/h，保持全开汽轮机入口速关阀12和汽轮机出口至用户蒸汽管道隔离阀14，关闭离心空压机对空排放阀16，打开离心空压机出口至用户隔离阀17，空压机产生的压力达标对用户供气。蒸汽流量调节阀不参与调节流量，蒸汽流量随用户生产工艺而定。设定机组过渡齿轮盘45的转速为3900rpm和最小允许进气量大于14m³/min。蒸汽流量在此范围波动时，通过空压机进气流量调节阀33来调整，并且保证离心空压机进气量大于最小允许进气量，若过渡轮转速超过3950rpm，空压机进气流量调节阀33按1％/s开大，直至转速重新回到3900rpm，若转速低于3900rpm，空压机进气流量调节阀33按1％/s关小，直至转速重新回到3900rpm。

综上所述，本发明的目的在于综合考虑向心汽轮机、离心空压机和变速齿轮箱特性，通过采用监控向心汽轮机入口流量变化，根据向心汽轮机入口流量分级控制离心空压机运行，实现精准控制离心空压机全负荷工况下的所有喘振。

Claims (10)

1.一种微小型蒸汽余压驱动的离心空气压缩机防喘振装置，其特征在于，包括：向心汽轮机(1)、齿轮箱(2)、离心空压机、控制阀门和连接管路；

其中，所述齿轮箱(2)包括低速轴(41)、过渡轴(42)、高速轴(43)、低速齿轮盘(44)、过渡齿轮盘(45)和高速齿轮盘(46)；所述离心空压机包括一级离心空压机(31)和二级离心空压机(32)；所述控制阀门包括空压机进气流量调节阀(33)、汽轮机入口速关阀(12)、汽轮机入口流量调节阀(13)、汽轮机出口至用户隔离阀(14)、汽轮机对空排放阀(15)、离心空压机对空排放阀(16)和离心空压机出口至用户隔离阀(17)；

所述低速齿轮盘(44)、过渡齿轮盘(45)和高速齿轮盘(46)依次啮合，所述低速轴(41)、过渡轴(42)和高速轴(43)通过轴承安装在齿轮箱(2)上；所述向心汽轮机(1)安装在低速轴(41)一端，并通过汽轮机入口流量调节阀(13)和汽轮机入口速关阀(12)与汽轮机进汽流量计(11)连接；所述一级离心空压机(31)和二级离心空压机(32)安装在高速轴(43)的两端，所述一级离心空压机(31)与所述空压机进气流量调节阀(33)连接，所述二级离心空压机(32)与离心空压机对空排放阀(16)和离心空压机出口至用户隔离阀(17)连接；所述向心汽轮机(1)还与汽轮机出口至用户隔离阀(14)和汽轮机对空排放阀(15)相连接。

2.一种微小型蒸汽余压驱动的离心空气压缩机防喘振方法，由权利要求1所述的微小型蒸汽余压驱动的离心空气压缩机防喘振装置执行，其特征在于，包括：

S1、汽轮机进汽流量计(11)测试向心汽轮机(1)的进汽流量；

S2、根据汽轮机进汽流量计(11)的测试结果，判断向心汽轮机(1)的进汽流量所在的流量区间；

S3、根据向心汽轮机(1)的进汽流量所在的流量区间，通过控制阀门控制离心空压机的工作状态。

3.根据权利要求2所述的微小型蒸汽余压驱动的离心空气压缩机防喘振方法，其特征在于，S2中，所述流量区间包括停运流量区间、对外排空流量区间和供气流量区间；所述停运流量区间为小于20％额定进汽流量，所述对外排空流量区间为20％～70％额定进汽流量，所述供气流量区间为大于70％额定进汽流量。

4.根据权利要求3所述的微小型蒸汽余压驱动的离心空气压缩机防喘振方法，其特征在于，S3包括：

S301、向心汽轮机(1)的进汽流量位于停运流量区间时，关闭汽轮机入口速关阀(12)、汽轮机对空排放阀(15)和离心空压机出口至用户隔离阀(17)，打开汽轮机入口流量调节阀(13)、汽轮机出口至用户隔离阀(14)和离心空压机对空排放阀(16)，向心汽轮机(1)和离心空压机停止运行；

S302、向心汽轮机(1)的进汽流量位于对外排空流量区间时，关闭汽轮机对空排放阀(15)、离心空压机出口至用户隔离阀(17)，打开汽轮机入口速关阀(12)和汽轮机出口至用户隔离阀(14)，并保持汽轮机入口流量调节阀(13)处于全开状态，离心空压机对空排放，机组定转速带载空排运行；

S303、向心汽轮机(1)的进汽流量位于供气流量区间时，关闭离心空压机对空排放阀(16)，打开离心空压机出口至用户隔离阀(17)，并保持汽轮机入口速关阀(12)和汽轮机出口至用户隔离阀(14)处于全开状态，离心空压机产生合格压力的压缩空气，机组带载对用户供气运行。

5.根据权利要求4所述的微小型蒸汽余压驱动的离心空气压缩机防喘振方法，其特征在于，S3中，根据向心汽轮机(1)的进汽流量所在的流量区间确定过渡轮(42)的目标转速值和对应转速下的离心空压机最小允许进气量。

6.根据权利要求5所述的微小型蒸汽余压驱动的离心空气压缩机防喘振方法，其特征在于，S3中，离心空压机进气量大于离心空压机最小允许进气量。

7.根据权利要求6所述的微小型蒸汽余压驱动的离心空气压缩机防喘振方法，其特征在于，S302和S303中，向心汽轮机(1)的进汽流量在同一流量区间内波动时，通过空压机进气流量调节阀(33)调整过渡齿轮盘(45)的转速。

8.根据权利要求7所述的微小型蒸汽余压驱动的离心空气压缩机防喘振方法，其特征在于，S302和S303中，在过渡齿轮盘(45)的转速超过目标转速值时，空压机进气流量调节阀(33)按1％/s开大直至过渡齿轮盘(45)的转速重新回到目标转速值；在过渡齿轮盘(45)的转速低于目标转速值时，空压机进气流量调节阀(33)按1％/s关小直至过渡齿轮盘(45)的转速重新回到目标转速值。

9.根据权利要求8所述的微小型蒸汽余压驱动的离心空气压缩机防喘振方法，其特征在于，S302和S303中，在过渡齿轮盘(45)的转速超过设定过渡轮转速超速紧急停机值时，关闭汽轮机入口速关阀(12)，打开汽轮机对空排放阀(15)和离心空压机对空排放阀(16)。

10.根据权利要求2所述的微小型蒸汽余压驱动的离心空气压缩机防喘振方法，其特征在于，S3中，离心空压机通过齿轮箱(2)与向心汽轮机(1)刚性传递动能，离心空压机与过渡齿轮盘(45)的转速比固定，转速仪测试过渡齿轮盘(45)的转速，根据所述转速比计算得到离心空压机实际运行转速。