CN1330229A - 压缩系统喘振在线预报、自适应调节方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种压缩系统喘振在线预报、自适应调节方法和装置,其包含:动态压力传感器、直流电源、前置放大器模拟电路、低通滤波模拟电路、FFT分析DSP模块、开关模拟电路、快速电磁装置、积分模拟电路、锯齿波模拟输出电路、伺服电机、进口导叶、开关模拟电路、微量调节阀和快速放风阀构成。通过上述的喘振在线预报和自适应调节装置,可提高流体压缩机械避免喘振现象发生的灾难性事故,提高系统运行的稳定性,从而改变工业界“触喘色变”的现状。

Description

压缩系统喘振在线预报、自适应调节方法和装置

技术领域

本发明涉及一种压缩系统喘振在线预报、自适应调节方法和装置。

背景技术

在现有的流体压缩机械系统领域中，流体压缩机械运行过程中存在的喘振现象危及到系统的运行安全，一旦发生将引起灾难性事故。这种强烈的流体震荡将导致压气机重要部件(转子、轴向推力、静子、扩压器)的损坏、是压缩系统稳定运行面临的主要危害，严重时将造成机毁人亡的后果。近半个世纪来，压缩系统喘振现象是叶轮机械研究和设计者普遍关心的难点课题。目前已成熟的技术是在设计和运行时预留足够的喘振预度，来预防这种现象的发生。体现在技术上的措施是将实际运行的工况点设置在远离喘振边界区域的工况点，而压缩系统高参数、高效率运行的区域又临近喘振边界。另一方面，压缩系统外部流动非均匀性的存在、四季进口条件的变化、实际运行工况的变化、单个部件或系统运行特性退化、误操作均有可能导致这类现象发生，在工业界已屡见不鲜。就多级压气机而言，也采用级间放气、机匣处理技术、改变进口导叶位置，来预防喘振的发生。在工业上，还广泛采用末级快速放气的技术。概括上述内容，目前所采用的技术主要体现在以下几个方面：●实际运行工况远离喘振边界●级间放气●机匣处理技术●压缩机末级放气●改变进口导叶位置

上述成熟技术的一个共同缺点是被动预防和人工操作的因素占主导位置。

针对上述现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于针对目前我国工业界被动预防喘振现象的现状，从交叉学科的角度出发，提炼一种喘振在线预防方法和自适应调节的装置。中国科学院工程热物理研究所在积累近五年来在喘振先兆捕捉，动态测试技术的应用，和作动机构设计方面的经验，发明、并设计出喘振在线预报和自适应调节装置，其目的是提高我国流体压缩机械避免喘振现象发生的灾难性事故，提高系统运行的稳定性，从而改变工业界“触喘色变”的现状。

发明内容

在根据本发明的喘振在线预报方法和自适应调节的装置中，通过高频响应压力传感器实时采集压气机出口的静压和速度信号，在所构成的信号数据分析模块中进行数据处理，在喘振先兆分析模块中进行整定值的分析和提炼，通过所匹配的高频响应作动机构实施调节措施，控制机构包括快速微量调节阀、进口导叶、和快速放风阀。这一方法主要体现在将内流气动热力学、流动失稳在线分析、电子技术、及自适应控制技术有机地结合成一体，实现喘振在线预报和自适应调节地目的。

同时，为了实现本发明的上述的喘振在线的预报方法，提出了一种喘振在线自适应调节装置，其由十三个主要部分组成，其中包含：动态压力传感器、直流电源、前置放大器模拟电路、低通滤波模拟电路、FFT分析DSP模块、开关模拟电路、快速电磁装置、积分模拟电路、锯齿波模拟输出电路、伺服电机、进口导叶、开关模拟电路、微量调节阀和快速放风阀构成。

通过上述的将喘振先兆捕捉，动态测试技术的应用所设计出的喘振在线预报和自适应调节装置和方法，可提高流体压缩机械避免喘振现象发生的灾难性事故，提高系统运行的稳定性，从而改变工业界“触喘色变”的现状。

附图说明

下面将结合附图对本发明的具体的实施例进行详细描述，其中：

图1为根据本发明的喘振预报与自适应调节装置的结构方框图；

图2为根据本发明的喘振预报与自适应调节的工作流程示意图。

具体实施方式

首先参考图1，动态压力传感器1采集压缩机械出口的压力信号，提供给预报和调节模拟电路，直流电源2用于提供整个装置的电源。前置放大器模拟电路3将传感器的毫伏级电压信号放大成2.5伏级范围的动态信号，其目的是提高动态信号的分辨率，然后低通滤波模拟电路4将动态信号中与喘振先兆有关的低频信号提炼出来，为后续模拟数据模块的分析打下基础，接着，FFT分析DSP模块5对动态信号进行傅利叶在线分析，捕捉与喘振先兆有关的频率信息，为开关模拟电路和锯齿波模拟输出模块提供控制信号，且开关模拟电路6在接受到DSP模块的控制信号后，打开高电平，触发快速电磁阀工作，然后快速电磁装置7发出调节信号，控制微量调节阀和快速放风阀工作，使系统自适应退出喘振，接着积分模拟电路8对来自低通滤波器的动态信号进行分时逐段处理，从喘振低频信号的能量积分的角度出发，一旦动态信号中有微幅值脉动信号出现，以采样时间为积分模拟电路的横坐标数据，以减除平均压力信号的脉动特征的能量谱为纵坐标，获取控制信号，控制锯齿波模拟输出模块和模拟开关电路工作。

锯齿波模拟输出模块9接收积分模拟分析模块和FFT分析DSP模块的控制信号，发出50Hz的锯齿波信号，驱动伺服电机工作。伺服电机10发出微量调节信号，调节压缩系统的进口导叶位置，从而快速微量改变系统稳定的运行工况点，达到自适应避免系统发生喘振的目的。进口导叶11喘振控制的方案要实现自适应的措施，需要对目前工业界现有的进口导叶进行机械衔接的加工。开关模拟电路12在接受到DSP模块的控制信号后，打开高电平，触发快速电磁阀工作。快速电磁装置13发出调节信号，控制微量调节阀和快速放风阀工作，使系统自适应退出喘振。接着微量调节阀14采用微量调节方式，可在实现在线预报和自适应调节过程的同时，使系统维持在稳定运行的工况点。快速放风阀15为确保系统不发生喘振现象，通过快速电磁装置控制其工作。保证系统的安全。上述装置已在中国科学院工程热物理研究所的实验台上进行了实验。获得了实际验证。

Claims (2)

1.一种喘振预报和自适应调节装置，其特征在于包含：

动态压力传感器，采集压缩机械出口的压力信号，提供给预报和调节模拟电路；

直流电源，提供整个装置的电源；

前置放大器模拟电路，将传感器的毫伏级电压信号放大成2.5伏级范围的动态信号，其目的是提高动态信号的分辨率；

低通滤波模拟电路，将动态信号中与喘振先兆有关的低频信号提炼出来，为后续模拟数据模块的分析打下基础；

FFT分析DSP模块，对动态信号进行傅利叶在线分析，捕捉与喘振先兆有关的频率信息，为开关模拟电路和锯齿波模拟输出模块提供控制信号；

开关模拟电路，在接受到DSP模块的控制信号后，打开高电平，触发快速电磁阀工作；

快速电磁装置，发出调节信号，控制微量调节阀和快速放风阀工作，使系统自适应退出喘振；

积分模拟电路，对来自低通滤波器的动态信号进行分时逐段处理，从喘振低频信号的能量积分的角度出发，一旦动态信号中有微幅值脉动信号出现，以采样时间为积分模拟电路的横坐标数据，以减除平均压力信号的脉动特征的能量谱为纵坐标，获取控制信号，控制锯齿波模拟输出模块和模拟开关电路工作；

锯齿波模拟输出模块，接受积分模拟分析模块和FFT分析DSP模块的控制信号，发出50Hz的锯齿波信号，驱动伺服电机工作；

伺服电机，发出微量调节信号，调节压缩系统的进口导叶位置，从而快速微量改变系统稳定的运行工况点，达到自适应避免系统发生喘振的目的；

进口导叶，喘振控制的方案要实现自适应的措施，需要对目前工业界现有的进口导叶进行机械衔接的加工；

开关模拟电路，在接受到DSP模块的控制信号后，打开高电平，触发快速电磁阀工作；

微量调节阀，采用微量调节方式，可在实现在线预报和自适应调节过程的同时，使系统维持在稳定运行的工况点；

快速放风阀，为确保系统不发生喘振现象，通过快速电磁装置控制其工作，保证系统的安全。

2.一种一种喘振预报和自适应调节的方法，其特征在于包含如下的步骤：

高频响应动态信号实时采集；

信号数据分析模块建立；

喘振先兆在线判别模块建立；

快速作动机构设计；和

与喘振自适应机构的衔接。

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