CN115563726B - 一种离心式蒸汽压缩机的选型系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于压缩机选型技术领域，具体公开了一种离心式蒸汽压缩机的选型系统及方法，包括输入模块、计算模块和输出模块，输入模块用于输入新机组给定的进口参数，进口参数包括进气温度、进气压力、进口体积流量和压比；计算模块根据输入模块输入的进口参数进行计算，得到机组型号、最终转速N、气动功率P、等熵效率η_s ^*、喘振裕度γ_s和堵塞裕度γ_c；输出模块用于对计算模块得到的参数进行输出。只需在系统中输入进口参数，计算模块自行进行分析计算，输出模块输出结果，在选型过程中不必依赖数值计算，节省了大量的计算资源。代替人工选型，大大缩短了选型时间，减少了对设计人员专业水平的依赖，提升选型的准确率，加快响应速度。

Description

一种离心式蒸汽压缩机的选型系统及方法

技术领域

本发明属于压缩机选型技术领域，尤其涉及一种离心式蒸汽压缩机的选型系统及方法。

背景技术

离心式蒸汽压缩机当前进行选型时，需要提供详细的性能型谱(包括流量与压比的性能型谱、流量与效率的性能型谱、流量与功率的性能型谱)，并辅助一定的数值计算，才能得到较为准确的机组运行参数，从而确定机组的型号。因此，选型速度很大程度取决于设计人员的经验和专业水平，并且蒸汽压缩机进气参数和温升变化较大时，需要耗费大量的计算资源和时间进行数值计算确定设计点，还需计算性能曲线判断工作流量是否有较宽的流量范围，导致计算量非常大，选型准确率不高，选型时间也大大地增加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种离心式蒸汽压缩机的选型系统及方法，以解决现有的选型系统选型时间长以及选型准确率不高的问题。

为了达到上述目的，本发明的一种技术方案为：一种离心式蒸汽压缩机的选型系统，包括输入模块、计算模块和输出模块，所述输入模块用于输入新机组给定的进口参数，所述进口参数包括进气温度、进气压力、进口体积流量和压比；所述计算模块根据输入模块输入的进口参数进行计算，得到机组型号、最终转速N、气动功率P、等熵效率η_s ^*、喘振裕度γ_s和堵塞裕度γ_c；输出模块用于对计算模块得到的参数进行输出。

进一步，所述计算模块能够拟合变转速特性方程，计算模块根据拟合的所述变转速特性方程计算得到对应的转速N^*、对应的等熵效率η_s ^*、对应的喘振裕度γ_s和对应的堵塞裕度γ_c；变转速特性方程包括压比-转速-流量特性方程、效率-转速-流量特性方程、喘振流量-转速特性方程、滞止流量-转速特性方程；所述变转速特性方程如下：

压比-转速-流量特性方程为：ε＝aQⁱ+bQ^i-1+……+XQ⁰

效率-转速-流量特性方程为：η_s＝a₀(Q/n)^j+b₀(Q/n)^j-1+……+X₀(Q/n)⁰

喘振流量-转速特性方程为：Q_min＝An^k+Bn^k-1+……+Yn⁰

滞止流量-转速特性方程为：Q_max＝A₀n^s+B₀n^s-1+……+Y₀n⁰

其中a＝a₁n^m+b₁n^m-1+……+c₁

b＝a₂n^m+b₂n^m-1+……c₂

X＝a_xn^m+b_xn^m-1+……c_x

上式中ε为压比，Q为压缩机进口体积流量，Q_min为喘振流量，Q_min为滞止流量；η_s为等熵效率，n为转速，a₀……a_X、b₀……b_X、c₀……c_X、A……Y、A₀……Y₀、X、X₀为拟合系数。

进一步，所述计算模块通过相似原理得到最终转速N，并且计算出气动功率P。

为了达到上述目的，本发明的另一种技术方案为：一种离心式蒸汽压缩机的选型方法，利用上述的一种离心式蒸汽压缩机的选型系统进行选型计算；方法包括：

根据新机组的进口体积流量和压比参数筛选初步选型机组；再根据新机组的进口体积流量和压比参数计算得到对应的转速N^*、对应的等熵效率η_s ^*、对应的喘振裕度γ_s以及对应的堵塞裕度γ_c；

计算得到最终转速N和气动功率P；

最终得出机组型号及对应机组型号的最终转速N、气动功率P、等熵效率η_s ^*、喘振裕度γ_s和堵塞裕度γ_c。

进一步，计算得到对应的转速N^*、对应的等熵效率η_s ^*、对应的喘振裕度γ_s和对应的堵塞裕度γ_c的方法为：把新机组的压缩机进口体积流量和压比参数代入压比-转速-流量特性方程中；得到对应的转速N^*；再将对应转速N^*和体积压缩机进口流量Q代入到效率-转速-流量特性曲线中，得到对应的等熵效率η_s ^*；同时通过喘振流量-转速特性方程和滞止流量-转速特性方程计算出喘振流量和滞止流量；再根据喘振流量和滞止流量计算出对应的喘振裕度γ_s和对应的堵塞裕度γ_c；

其中，得到变转速特性方程的方法为：

计算变转速性能曲线：根据系列化机型给定的进口参数计算变转速性能曲线，包括体积流量-压比曲线和体积流量-等熵效率曲线；确定每个机型可覆盖的流量和压比范围；

拟合变转速特性方程：计算模块根据变转速性能曲线拟合变转速特性方程；变转速特性方程包括压比-转速-流量特性方程、效率-转速-流量特性方程、喘振流量-转速特性方程、滞止流量-转速特性方程。

进一步，对应的喘振裕度γ_s＝(Q_min/Q)*100％；对应的堵塞裕度γ_c＝(Q_max/Q)*100％。

进一步，根据新机组和初步选型机组的运行参数的机器马赫数相等M_2u’＝M_2u，即可计算得到新机组的最终转速N；气动功率P＝Q*(h_out-h_in)/η_s ^*；式中M_2u’表示新机组运行参数下的机器马赫数，M_2u表示初步选型机组运行参数下的机器马赫数；h_in为进气总焓，h_out为等熵排气总焓。

进一步，进气总焓h_in通过进气温度、压力根据nist函数得到；等熵排气总焓h_out通过排气压力和进气熵根据nist函数得到，其中进气熵通过进气温度和压力根据nist函数得到。

进一步，计算变转速性能曲线中，每个机型的变转速性能曲线包含最高转速和最低转速的区间。

进一步，初步选型机组为能够覆盖到新机组进口体积流量和压比的机型。

本技术方案的有益效果在于：①本技术方案只需要在系统中输入进口参数，计算模块自行进行分析计算，输出模块输出结果，在选型过程中不必依赖数值计算，节省了大量的计算资源。代替人工选型，大大缩短了选型时间，减少了对设计人员专业水平的依赖，提升选型的准确率，加快响应速度。②本技术方案中计算模块的计算方式，能够保证选型的准确性。

附图说明

图1为本发明一种离心式蒸汽压缩机的选型系统的原理图；

图2为本发明一种离心式蒸汽压缩机的选型方法中体积流量和压比的曲线图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例基本如附图1所示：一种离心式蒸汽压缩机的选型系统，输入模块、计算模块和输出模块，输入模块用于输入新机组给定的进口参数，进口参数包括进气温度、进气压力、进口体积流量和压比；计算模块根据输入模块输入的进口参数进行计算，得到机组型号、最终转速N、气动功率P、等熵效率η_s ^*、喘振裕度γ_s和堵塞裕度γ_c；输出模块用于对计算模块得到的参数进行输出。

计算模块能够拟合变转速特性方程，拟合得到变转速特性方程的方法为：

计算变转速性能曲线：根据系列化机型给定的进口参数计算变转速性能曲线，包括体积流量-压比曲线(如图2所示)和体积流量-等熵效率曲线，每个机型的变转速性能曲线包含最高转速和最低转速的区间，确定每个机型可覆盖的流量和压比范围；

拟合变转速特性方程：计算模块根据变转速性能曲线拟合变转速特性方程；变转速特性方程包括压比-转速-流量特性方程、效率-转速-流量特性方程、喘振流量-转速特性方程、滞止流量-转速特性方程。

计算模块根据拟合的变转速特性方程计算得到对应的转速N^*、对应的等熵效率η_s ^*、对应的喘振裕度γ_s和对应的堵塞裕度γ_c；对于某一特定的压缩机机组，流量、压比和转速是一一对应关系，可拟合成变转速特性方程。同样，流量、效率和转速也可以拟合成方程；拟合的变转速特性方程如下：

压比-转速-流量特性方程为：ε＝aQⁱ+bQ^i-1+……+XQ⁰

效率-转速-流量特性方程为：η_s＝a₀(Q/n)^j+b₀(Q/n)^j-1+……+X₀(Q/n)⁰

喘振流量-转速特性方程为：Q_min＝An^k+Bn^k-1+……+Yn⁰

滞止流量-转速特性方程为：Q_max＝A₀n^s+B₀n^s-1+……+Y₀n⁰

其中a＝a₁n^m+b₁n^m-1+……+c₁

b＝a₂n^m+b₂n^m-1+……c₂

X＝a_xn^m+b_xn^m-1+……c_x

上式中ε为压比，Q为压缩机进口体积流量，Q_min为喘振流量，Q_min为滞止流量；η_s为等熵效率，n为转速，a₀……a_X、b₀……b_X、c₀……c_X、A……Y、A₀……Y₀、X、X₀为拟合系数。

计算模块通过相似原理得到最终转速N，并且计算出气动功率P。

实施例二

一种离心式蒸汽压缩机的选型方法，利用实施例一的一种离心式蒸汽压缩机的选型系统进行选型计算；方法包括：

S1：根据新机组的进口体积流量和压比参数自动筛选初步选型机组(初步选型机组为能够覆盖到新机组进口体积流量和压比的机型)；再根据新机组的进口体积流量和压比参数计算得到对应的转速N^*、对应的等熵效率η_s ^*、对应的喘振裕度γ_s以及对应的堵塞裕度γ_c。计算得到对应的转速N^*、对应的等熵效率η_s ^*、对应的喘振裕度γ_s和对应的堵塞裕度γ_c的方法为：把新机组的压缩机进口体积流量和压比参数代入压比-转速-流量特性方程中；得到对应的转速N^*；再将对应转速N^*和体积压缩机进口流量Q代入到效率-转速-流量特性曲线中，得到对应的等熵效率η_s ^*；同时通过喘振流量-转速特性方程和滞止流量-转速特性方程计算出喘振流量和滞止流量；再根据喘振流量和滞止流量计算出对应的喘振裕度γ_s和对应的堵塞裕度γ_c；其中，对应的喘振裕度γ_s＝(Q_min/Q)*100％；对应的堵塞裕度γ_c＝(Q_max/Q)*100％。

S2：计算得到最终转速N和气动功率P：根据新机组和初步选型机组的进气参数，通过相似原理的运用得到最终转速N，并且计算出气动功率P。具体为：根据新机组和初步选型机组的运行参数的机器马赫数相等M_2u’＝M_2u，即可计算得到新机组的最终转速N；气动功率P＝Q*(h_out-h_in)/η_s ^*；式中M_2u’表示新机组运行参数下的机器马赫数，M_2u表示初步选型机组运行参数下的机器马赫数；h_in为进气总焓，h_out为等熵排气总焓；进气总焓h_in通过进气温度、压力根据nist函数得到；等熵排气总焓h_out通过排气压力和进气熵根据nist函数得到，其中进气熵通过进气温度和压力根据nist函数得到。

S3：最终得出所有机组型号及对应机组型号的最终转速N、气动功率P、等熵效率η_s ^*、喘振裕度γ_s和堵塞裕度γ_c。

具体实施过程如下：

通过输入模块输入进口参数，根据新机组的压缩机进口体积流量和压比参数筛选初步选型机组；再把新机组的进口体积流量和压比参数代入至变转速特性方程进行计算，计算得出相应机型的对应的转速N^*、对应的等熵效率η_s ^*、对应的喘振裕度γ_s以及对应的堵塞裕度γ_c。计算模块再通过相似原理和调用nist函数，得到最终转速N和气动功率P。输出模块输出机组型号、以及对应机组型号的最终转速N、气动功率P、等熵效率η_s ^*、喘振裕度γ_s和堵塞裕度γ_c。通过此系统可能会选出两个或者更多机型，可同时输出多个机型及对应参数，再根据实际情况，自行选取最佳机型。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (6)

1.一种离心式蒸汽压缩机的选型系统，其特征在于：包括输入模块、计算模块和输出模块，所述输入模块用于输入新机组给定的进口参数，所述进口参数包括进气温度、进气压力、进口体积流量和压比；所述计算模块根据输入模块输入的进口参数进行计算，得到机组型号、最终转速N、气动功率P、等熵效率η_s ^*、喘振裕度γ_s和堵塞裕度γ_c；输出模块用于对计算模块得到的参数进行输出；

所述计算模块能够拟合变转速特性方程，计算模块根据拟合的所述变转速特性方程计算得到对应的转速N^*、对应的等熵效率η_s ^*、对应的喘振裕度γ_s和对应的堵塞裕度γ_c；计算得到对应的转速N^*、对应的等熵效率η_s ^*、对应的喘振裕度γ_s和对应的堵塞裕度γ_c的方法为：把新机组的压缩机进口体积流量和压比参数代入压比-转速-流量特性方程中；得到对应的转速N^*；再将对应转速N^*和体积压缩机进口流量Q代入到效率-转速-流量特性曲线中，得到对应的等熵效率η_s ^*；同时通过喘振流量-转速特性方程和滞止流量-转速特性方程计算出喘振流量和滞止流量；再根据喘振流量和滞止流量计算出对应的喘振裕度γ_s和对应的堵塞裕度γ_c；

其中，得到变转速特性方程的方法为：

计算变转速性能曲线：根据系列化机型给定的进口参数计算变转速性能曲线，包括体积流量-压比曲线和体积流量-等熵效率曲线；确定每个机型可覆盖的流量和压比范围；

拟合变转速特性方程：计算模块根据变转速性能曲线拟合变转速特性方程；变转速特性方程包括压比-转速-流量特性方程、效率-转速-流量特性方程、喘振流量-转速特性方程、滞止流量-转速特性方程；

所述变转速特性方程如下：

压比-转速-流量特性方程为：ε＝aQⁱ+bQ^i-1+……+XQ⁰

效率-转速-流量特性方程为：η_s＝a₀(Q/n)^j+b₀(Q/n)^j-1+……+X₀(Q/n)⁰

喘振流量-转速特性方程为：Q_min＝An^k+Bn^k-1+……+Yn⁰

滞止流量-转速特性方程为：Q_max＝A₀n^s+B₀n^s-1+……+Y₀n⁰

其中a＝a₁n^m+b₁n^m-1+……+c₁

b＝a₂n^m+b₂n^m-1+……c₂

X＝a_xn^m+b_xn^m-1+……c_x

上式中ε为压比，Q为压缩机进口体积流量，Q_min为喘振流量，Q_max为滞止流量；η_s为等熵效率，n为转速，a₀……a_X、b₀……b_X、c₀……c_X、A……Y、A₀……Y₀、X、X₀为拟合系数；

所述计算模块通过相似原理得到最终转速N，并且计算出气动功率P，具体地根据新机组和初步选型机组的运行参数的机器马赫数相等M_2u’＝M_2u，即可计算得到新机组的最终转速N；气动功率P＝Q*(h_out-h_in)/η_s ^*；式中M_2u’表示新机组运行参数下的机器马赫数，M_2u表示初步选型机组运行参数下的机器马赫数；h_in为进气总焓，h_out为等熵排气总焓。

2.一种离心式蒸汽压缩机的选型方法，其特征在于：利用权利要求1所述的一种离心式蒸汽压缩机的选型系统进行选型计算；方法包括：

根据新机组的进口体积流量和压比参数筛选初步选型机组；再根据新机组的进口体积流量和压比参数计算得到对应的转速N^*、对应的等熵效率η_s ^*、对应的喘振裕度γ_s以及对应的堵塞裕度γ_c；计算得到对应的转速N^*、对应的等熵效率η_s ^*、对应的喘振裕度γ_s和对应的堵塞裕度γ_c的方法为：把新机组的压缩机进口体积流量和压比参数代入压比-转速-流量特性方程中；得到对应的转速N^*；再将对应转速N^*和体积压缩机进口流量Q代入到效率-转速-流量特性曲线中，得到对应的等熵效率η_s ^*；同时通过喘振流量-转速特性方程和滞止流量-转速特性方程计算出喘振流量和滞止流量；再根据喘振流量和滞止流量计算出对应的喘振裕度γ_s和对应的堵塞裕度γ_c；

其中，得到变转速特性方程的方法为：

计算变转速性能曲线：根据系列化机型给定的进口参数计算变转速性能曲线，包括体积流量-压比曲线和体积流量-等熵效率曲线；确定每个机型可覆盖的流量和压比范围；

拟合变转速特性方程：计算模块根据变转速性能曲线拟合变转速特性方程；变转速特性方程包括压比-转速-流量特性方程、效率-转速-流量特性方程、喘振流量-转速特性方程、滞止流量-转速特性方程；

计算得到最终转速N和气动功率P；根据新机组和初步选型机组的运行参数的机器马赫数相等M_2u’＝M_2u，即可计算得到新机组的最终转速N；气动功率P＝Q*(h_out-h_in)/η_s ^*；式中M_2u’表示新机组运行参数下的机器马赫数，M_2u表示初步选型机组运行参数下的机器马赫数；h_in为进气总焓，h_out为等熵排气总焓；

最终得出机组型号及对应机组型号的最终转速N、气动功率P、等熵效率η_s ^*、喘振裕度γ_s和堵塞裕度γ_c。

3.根据权利要求2所述的一种离心式蒸汽压缩机的选型方法，其特征在于：对应的喘振裕度γ_s＝(Q_min/Q)*100％；对应的堵塞裕度γ_c＝(Q_max/Q)*100％。

4.根据权利要求2所述的一种离心式蒸汽压缩机的选型方法，其特征在于：进气总焓h_in通过进气温度、压力根据nist函数得到；等熵排气总焓h_out通过排气压力和进气熵根据nist函数得到，其中进气熵通过进气温度和压力根据nist函数得到。

5.根据权利要求2所述的一种离心式蒸汽压缩机的选型方法，其特征在于：计算变转速性能曲线中，每个机型的变转速性能曲线包含最高转速和最低转速的区间。

6.根据权利要求2所述的一种离心式蒸汽压缩机的选型方法，其特征在于：初步选型机组为能够覆盖到新机组进口体积流量和压比的机型。

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