CN117759551A - 一种恒压控制透平风机及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及应用于风机领域的一种恒压控制透平风机及其控制方法，可以实现对风机进行恒压调控控制，进而有效避免风机进入喘振区段，使风机稳定运行，大幅度降低因喘振对风机使用寿命的影响，同时通过喘振预警环阵的设置，可以作为第二道保险对风机的运行进行监控，当作为第一道保险的恒压控制失效或者出现异常时，一方面可对恒压计算结果进行监控，当工作频率计算结果异常偏大或偏小时，可控制恒压调控系统不动作，维持现状，有效避免出现错误的动作，另一方面，喘振预警环阵既能对其风机振动进行感知模拟，从而可以及时对周边工作人员进行预警，有效避免出现已经出现喘振情况时才发觉的情况发生。

Description

一种恒压控制透平风机及其控制方法

技术领域

本发明涉及的一种透平风机，特别是涉及应用于风机领域的一种恒压控制透平风机及其控制方法。

背景技术

透平是英文turbine的音译，源于拉丁文turbo一词，意为旋转物体。透平机是将流体介质中蕴有的能量与机械能相互转换的机器。不仅是压缩机，汽轮机、涡轮机、烟气轮机、膨胀机都可以叫透平机，透平风机在运行过程中，容易发生喘振现象，当发生喘振情况时，易对风机的稳定性、使用寿命造成影响，然而现有的透平风机在使用时，缺少自主对喘振情况进行调控的方法，往往在风机已经发生喘振后才会发现，然后再进行维修，这种方式难以规避或降低喘振对风机的影响。

虽然，现有技术中也有通过逻辑计算的方式对风机进行智能化的恒压控制，但是这种方式完全依赖于压力、温度等数据的准确测量，当检测压力或温度的数据出现异常后，该数据异常偏大或偏小，会导致计算得到的风机工作频率会偏大或偏小，此时根据偏大或偏小的数据下，恒压控制系统反而会出现异常操作，导致风机喘振。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是现有恒压控制的过程存在缺陷，易使风机的使用稳定性以及寿命受到影响。

为解决上述问题，本发明提供了一种恒压控制透平风机，包括带有控制中心的蜗壳、与蜗壳连接的齿轮箱以及与齿轮箱固定连接的电机，齿轮箱下方还设置有对齿轮箱提供润滑油的稀油站，蜗壳左端固定连接有进气变径管，蜗壳上端固定连接有排气变径管，进气变径管的进气端安装有温度传感器、压差变送器以及电压互感器，排气变径管上同样安装有电压互感器以及温度传感器，排气变径管上端固定连接有波纹管，波纹管上端固定连接有排气管，排气管的上安装有防喘振阀，排气管的进气口部以及排气变径管的排气口部外端之间设置有喘振预警环阵，喘振预警环阵包括多组呈环形阵列分布的喘振预警组件，喘振预警组件包括两个分别固定连接在排气管以及排气变径管外端的定位板以及固定连接在两个定位板之间的感振模拟条。

在上述恒压控制透平风机中，可以实现对风机进行恒压调控控制，进而有效避免风机进入喘振区段，有效维持风机的稳定运行，大幅度降低因喘振对风机使用寿命的影响。

一种恒压控制透平风机的控制方法包括以下步骤：

S1、设定目标压力：

根据风机的实际情况设定目标压力值P₁，将其与当前压力P₀进行比较；

S2、判断压力情况：当P₀＜P₁-2时压力不足，则先判断当前风机运行频率是否处于正常运行工况，若处于低频状态则提高频率，若处于正常频率则检查防喘振阀是否全部打开；

S21、当f₀≤f₁min-2时，说明频率不够，需提高频率；

由于升速过程存在引发喘振现象的可能，需要对应调整防喘振阀开度来降低喘振情况的发生，因此需判断f₀≤f0min+10；

当f₀≤f0min+10时将防喘振阀打开10%，然后再提高频率；

当f₀＞f₀min+10，则直接提高频率；

S22、当f₀＞f₁min-2；则说明当前流量大，暂时不存在频率不足的问题，则需要先判断防喘振阀开度＞5%；

当喘阀开度＞5%时，控制防喘振阀开度-5%；

当防喘振阀开度≤5%时，则将频率提高10；

S3、判断压力情况：当P₁-2＜P₀＜P₁+2时，压力满足工艺需求，无需动作；

S4、判断压力情况：当P₀＞P₁+2时，压力偏高，需判断频率是否处于正常工况；

当f₀＞f₁min+2，则降低设备运行频率；

当f₀≤f₁min+2，则将防喘振阀开度增加5%。

作为本申请的进一步改进，频率计算公式为fmin=4.43*P+T+240，其中，P，T为出口压力和入口温度；f₀为当前频率，f₁min为目标压力计算频率。

作为本申请的进一步改进，感振模拟条包括固定连接在下方定位板上端的底柱、固定安装在底柱上端的拉力传感器、连接在拉力传感器上端与上方定位板之间的非弹性绳以及多个连接在底柱外端与上方定位板之间的外模拟条，多个外模拟条以非弹性绳为轴心呈环形阵列分布。

作为本申请的进一步改进，底柱外端开凿有多个分别与多个外模拟条对应的竖槽，竖槽顶部固定连接有定位片，外模拟条包括外动条以及固定连接在外动条下端的随动球，随动球位于竖槽内并与竖槽滑动连接。

作为本申请的进一步改进，外动条为彩色的柔性结构，随动球与定位片之间存在磁吸力。

作为本申请的又一种改进，外动条为柔性结构，且外动条外表面贴附有微型灯珠，微型灯珠的控制电路引出两个导电片，且两个导电片分别位于定位片和随动球上，当定位片和随动球接触时，微型灯珠被点亮。

作为本申请的又一种改进的补充：蜗壳上还安装有与控制中心信号连接的报警器，判断压力情况的步骤中，新增异常对比频率值，异常对比频率值为前次多次计算的f₀的平均值，当当前计算的f₀与异常对比频率值偏差过大时，则不动作，同时控制中心控制报警器报警。

综上，可以实现对风机进行恒压调控控制，进而有效避免风机进入喘振区段，有效维持风机的稳定运行，大幅度降低因喘振对风机使用寿命的影响，同时通过喘振预警环阵的设置，可以作为第二道保险对风机的运行进行监控，当作为第一道保险的恒压控制失效或者出现异常时，一方面可对恒压计算结果进行监控，当工作频率计算结果异常偏大或偏小时，可控制恒压调控系统不动作，维持现状，有效避免出现错误的动作，另一方面，喘振预警环阵既能对其风机振动进行感知模拟，从而可以及时对周边工作人员进行预警，有效避免出现已经出现喘振情况时才发觉的情况发生。

附图说明

图1为本申请第一种实施方式的正面示意图；

图2为本申请第一种实施方式的侧面示意图；

图3为本申请第一种实施方式的风机部分的立体图；

图4为本申请第一种实施方式中风机恒压控制的主要原理图；

图5为本申请第二种实施方式中波纹管部分的截面图；

图6为本申请第二种实施方式的喘振预警组件的立体图；

图7为图6中A处的示意图；

图8为本申请第二种实施方式中风机发生较大振动前后喘振预警组件的前后变化正面图；

图9为本申请第二种实施方式主要的系统框图；

图10为本申请第二或第三种实施方式中风机发生较大振动前后喘振预警组件的前后变化的部分截面图。

图中标号说明：

1蜗壳、2进气变径管、3排气变径管、4电机、5齿轮箱、6稀油站、7波纹管、8定位板、9感振模拟条、91非弹性绳、92底柱、93拉力传感器、94外模拟条、941外动条、942随动球、901竖槽、10定位片、11排气管、12防喘振阀。

具体实施方式

下面结合附图对本申请的三种实施方式作详细说明。

第一种实施方式：

图1-3示出一种恒压控制透平风机，包括带有控制中心的蜗壳1、与蜗壳1连接的齿轮箱5以及与齿轮箱5固定连接的电机4，齿轮箱5下方还设置有对齿轮箱5提供润滑油的稀油站6，其蜗壳1左端固定连接有进气变径管2，蜗壳1上端固定连接有排气变径管3，进气变径管2的进气端安装有温度传感器、压差变送器以及电压互感器，排气变径管3上同样安装有电压互感器以及温度传感器，排气变径管3上端固定连接有波纹管7，波纹管7上端固定连接有排气管11，排气管11的上安装有防喘振阀12。

如图4，一种恒压控制透平风机的控制方法包括以下步骤：

S1、设定目标压力：

根据风机的实际情况设定目标压力值P₁，将其与当前压力P₀进行比较；

S2、判断压力情况：当P₀＜P₁-2时压力不足，则先判断当前风机运行频率是否处于正常运行工况，若处于低频状态则提高频率，若处于正常频率则检查防喘振阀是否全部打开；

S21、当f₀≤f₁min-2时，说明频率不够，需提高频率；

由于升速过程存在引发喘振现象的可能，需要对应调整防喘振阀开度来降低喘振情况的发生，因此需判断f₀≤f0min+10；

当f₀≤f0min+10时将防喘振阀打开10%，然后再提高频率；

当f₀＞f₀min+10，则直接提高频率；

S22、当f₀＞f₁min-2；则说明当前流量大，暂时不存在频率不足的问题，则需要先判断防喘振阀开度＞5%；

当喘阀开度＞5%时，控制防喘振阀开度-5%；

当防喘振阀开度≤5%时，则将频率提高10；

S3、判断压力情况：当P₁-2＜P₀＜P₁+2时，压力满足工艺需求，无需动作；

S4、判断压力情况：当P₀＞P₁+2时，压力偏高，需判断频率是否处于正常工况；

当f₀＞f₁min+2，则降低设备运行频率；

当f₀≤f₁min+2，则将防喘振阀开度增加5%。

频率计算公式为fmin=4.43*P+T+240，其中，P，T为出口压力和入口温度；f₀为当前频率，f₁min为目标压力计算频率。

通过上述各种细化过程，可实现对蜗壳1的稳定的智能化恒压控制，进而有效保护风机不易进入到喘振区段，保护风机不易因喘振造成稳定性以及使用寿命的影响。

另外值得注意的是，蜗壳1上还安装有与控制中心信号连接的报警器，判断压力情况的步骤中，新增异常对比频率值，异常对比频率值为前次多次计算的f₀的平均值，当当前计算的f₀与异常对比频率值偏差过大时，则不动作，同时控制中心控制报警器报警。

其中当前计算的f₀与异常对比频率值偏差可根据风机的实际型号、工作性能等进行设置，一般情况下，及时风机出现喘振，计算的f₀与异常对比频率值之间的偏差也不会大于预先设定的偏差值，通过这种方式，有效规避因温度传感器或者电压互感器异常使测量的数据值偏大或偏小或没有数值，而导致f₀计算结果完全过度偏大或偏小的情况，有效避免因温度传感器或者电压互感器异常造成恒压调控时的错误动作，相较于现有技术，有效避免恒压控制系统自身异常造成的喘振现象，进一步提高风机运行的稳定性，降低因喘振对使用寿命的影响。

第二种实施方式：

本实施方式在第一种实施方式的基础上，新增喘振预警环阵及其相关结构，其余部分与第一种实施方式保持一致。

图5示出排气管11的进气口部以及排气变径管3的排气口部外端之间设置有喘振预警环阵，喘振预警环阵包括多组呈环形阵列分布的喘振预警组件，喘振预警组件包括两个分别固定连接在排气管11以及排气变径管3外端的定位板8以及固定连接在两个定位板8之间的感振模拟条9。

如图6-7，感振模拟条9包括固定连接在下方定位板8上端的底柱92、固定安装在底柱92上端的拉力传感器93、连接在拉力传感器93上端与上方定位板8之间的非弹性绳91以及多个连接在底柱92外端与上方定位板8之间的外模拟条94，多个外模拟条94以非弹性绳91为轴心呈环形阵列分布，底柱92外端开凿有多个分别与多个外模拟条94对应的竖槽901，竖槽901顶部固定连接有定位片10，拉力传感器93可对波纹管7处的震动进行相对精准的测量，震动幅度越大，非弹性绳91对拉力传感器93产生的拉力越大，当拉力值大于某一数值时，即说明可能存在喘振，此时控制中心同样可控制报警器报警，对周边控制人员以及风机运行情况监测的工作人员进行精准提醒，外模拟条94包括外动条941以及固定连接在外动条941下端的随动球942，随动球942位于竖槽901内并与竖槽901滑动连接，在风机使用过程中，其会振动，外模拟条94因其震动而振动，由于竖槽901的限制，使随动球942在震动力下可沿着竖槽901上下移动，且震动幅度越大，随动球942上下的移动幅度更大，则外动条941移动幅度更大，使对工作人员的提醒效果越明显。

如图10，外动条941为彩色的柔性结构，随动球942与定位片10之间存在磁吸力，当振动幅度过大时，外模拟条94在随风机振动而振动时的幅度会增大，导致底部的随动球942上下移动的幅度增大，进而与定位片10吸附，使多个外模拟条94端部上升并集中在底柱92上部，通过此现象，可在风机还未达到喘振区段却可能出现喘振情时，对周边工作人员在视觉上进行提醒，便于周边工作人员能及时对可能出现的喘振进行相应应对措施，有效避免喘振现象的出现，有效保护风机不易因喘振而受到影响。

本实施方式相较于第一种实施方式，可在未喘振时对风机振动进行感知，当其震动幅度过大却还未达到喘振区段时就对工作人员进行预警，便于工作人员提前进行相应预案，有效避免喘振的出现，当恒压控制系统通过调控消除该震动时，工作过人员不动作，当大幅度的震动始终持续或者增大时，工作人员提前进行的相应预案即可发挥作用，起到更好的保护风机的效果。

综上，可以实现对风机进行恒压调控控制，进而有效避免风机进入喘振区段，有效维持风机的稳定运行，大幅度降低因喘振对风机使用寿命的影响，同时通过喘振预警环阵的设置，可以作为第二道保险对风机的运行进行监控，当作为第一道保险的恒压控制失效或者出现异常时，一方面可对恒压计算结果进行监控，当工作频率计算结果异常偏大或偏小时，可控制恒压调控系统不动作，维持现状，有效避免出现错误的动作，另一方面，喘振预警环阵既能对其风机振动进行感知模拟，从而可以及时对周边工作人员进行预警，有效避免出现已经出现喘振情况时才发觉的情况发生。

第三种实施方式：

本实施方式在第二种实施方式的基础上，新增下述内容，其余部分与第二种实施方式保持一致。

图10示出，外动条941为柔性结构，且外动条941外表面贴附有微型灯珠，微型灯珠的控制电路引出两个导电片，且两个导电片分别位于定位片10和随动球942上，当定位片10和随动球942接触时，微型灯珠被点亮，当振动幅度较大时，随动球942上行幅度大会与定位片10接触，使微型灯珠被点亮，使对周边工作人员的提醒更明显。

另外，也可将定位片10不设置成磁性材料，使随动球942不会稳定与其接触，而是多次间断的接触，进而使微型灯珠可呈现不断点亮--熄灭的闪烁状，进一步提高提醒效果。

结合当前实际需求，本申请采用的上述实施方式，保护范围并不局限于此，在本领域技术人员所具备的知识范围内，不脱离本申请构思作出的各种变化，仍落在本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种恒压控制透平风机，包括带有控制中心的蜗壳（1）、与蜗壳（1）连接的齿轮箱（5）以及与齿轮箱（5）固定连接的电机（4），所述齿轮箱（5）下方还设置有对齿轮箱（5）提供润滑油的稀油站（6），其特征在于：所述蜗壳（1）左端固定连接有进气变径管（2），所述蜗壳（1）上端固定连接有排气变径管（3），所述进气变径管（2）的进气端安装有温度传感器、压差变送器以及电压互感器，所述排气变径管（3）上同样安装有电压互感器以及温度传感器，所述排气变径管（3）上端固定连接有波纹管（7），所述波纹管（7）上端固定连接有排气管（11），所述排气管（11）的上安装有防喘振阀（12），所述排气管（11）的进气口部以及排气变径管（3）的排气口部外端之间设置有喘振预警环阵，所述喘振预警环阵包括多组呈环形阵列分布的喘振预警组件，所述喘振预警组件包括两个分别固定连接在排气管（11）以及排气变径管（3）外端的定位板（8）以及固定连接在两个定位板（8）之间的感振模拟条（9），所述蜗壳（1）上还安装有与控制中心信号连接的报警器。

2.根据权利要求1所述的一种恒压控制透平风机，其特征在于：所述感振模拟条（9）包括固定连接在下方定位板（8）上端的底柱（92）、固定安装在底柱（92）上端的拉力传感器（93）、连接在拉力传感器（93）上端与上方定位板（8）之间的非弹性绳（91）以及多个连接在底柱（92）外端与上方定位板（8）之间的外模拟条（94），多个所述外模拟条（94）以非弹性绳（91）为轴心呈环形阵列分布。

3.根据权利要求2所述的一种恒压控制透平风机，其特征在于：所述底柱（92）外端开凿有多个分别与多个外模拟条（94）对应的竖槽（901），所述竖槽（901）顶部固定连接有定位片（10），所述外模拟条（94）包括外动条（941）以及固定连接在外动条（941）下端的随动球（942），所述随动球（942）位于竖槽（901）内并与竖槽（901）滑动连接。

4.根据权利要求3所述的一种恒压控制透平风机，其特征在于：所述外动条（941）为彩色的柔性结构，所述随动球（942）与定位片（10）之间存在磁吸力。

5.根据权利要求4所述的一种恒压控制透平风机，其特征在于：所述外动条（941）为柔性结构，且外动条（941）外表面贴附有微型灯珠，所述微型灯珠的控制电路引出两个导电片，且两个导电片分别位于定位片（10）和随动球（942）上，当定位片（10）和随动球（942）接触时，微型灯珠被点亮。

6.根据权利要求1所述的一种恒压控制透平风机的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、设定目标压力：

根据风机的实际情况设定目标压力值P₁，将其与当前压力P₀进行比较；

S2、判断压力情况：当P₀＜P₁-2时压力不足，则先判断当前风机运行频率是否处于正常运行工况，若处于低频状态则提高频率，若处于正常频率则检查防喘振阀是否全部打开；

S21、当f₀≤f₁min-2时，说明频率不够，需提高频率；

由于升速过程存在引发喘振现象的可能，需要对应调整防喘振阀开度来降低喘振情况的发生，因此需判断f₀≤f0min+10；

当f₀≤f0min+10时将防喘振阀打开10%，然后再提高频率；

当f₀＞f₀min+10，则直接提高频率；

S22、当f₀＞f₁min-2；则说明当前流量大，暂时不存在频率不足的问题，则需要先判断防喘振阀开度＞5%；

当喘阀开度＞5%时，控制防喘振阀开度-5%；

当防喘振阀开度≤5%时，则将频率提高10；

S3、判断压力情况：当P₁-2＜P₀＜P₁+2时，压力满足工艺需求，无需动作；

S4、判断压力情况：当P₀＞P₁+2时，压力偏高，需判断频率是否处于正常工况；

当f₀＞f₁min+2，则降低设备运行频率；

当f₀≤f₁min+2，则将防喘振阀开度增加5%。

7.根据权利要求6所述的一种恒压控制透平风机的控制方法，其特征在于：所述频率计算公式为fmin=4.43*P+T+240，其中，所述P，T为出口压力和入口温度；f₀为当前频率，f₁min为目标压力计算频率。

8.根据权利要求7所述的一种恒压控制透平风机的控制方法，其特征在于：所述判断压力情况的步骤中，增设异常对比频率值，所述异常对比频率值为前次多次计算的f₀的平均值，当当前计算的f₀与异常对比频率值偏差过大时，则不动作，同时控制中心控制报警器报警。