CN1836109A

CN1836109A - 压缩机的控制装置

Info

Publication number: CN1836109A
Application number: CNA2004800235618A
Authority: CN
Inventors: 竹下和子; 武多一浩; 河野进; 中村淳; 中村谦一郎
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Compressor Corp
Priority date: 2003-08-28
Filing date: 2004-08-27
Publication date: 2006-09-20
Anticipated expiration: 2024-08-27
Also published as: EP1662147A1; JP2005076461A; JP4191563B2; US20070110587A1; EP1662147A4; TWI249002B; EP1662147B1; WO2005021976A1; US7556473B2; TW200512373A; CN1836109B

Abstract

一种用于压缩机的控制装置，包括流入量调整装置(5)，用于调整流入到压缩机(1)的燃料气体的流入量；再循环阀(7)，用于将从压缩机(1)排放的燃料气体返回到压缩机(1)的入口侧；以及控制装置，其将用于操作压缩机(1)的控制操作值设定为预定运转点，并且基于该控制操作值控制流入量调整装置(5)和再循环阀(7)。控制装置具有第一控制信号发生装置(27)以及第二控制信号发生装置(29)。当控制操作值等于或大于预定值时，第一控制信号发生装置(27)产生随着操作值增大而增加的信号，该信号作为流入量调整装置(5)的控制信号。当控制操作值小于预定值时，第二控制信号发生装置(29)产生随着操作值增大而减少的信号，该信号作为再循环阀(7)的控制信号。

Description

压缩机的控制装置

技术领域

本发明涉及一种用于压缩燃料气体的压缩机的控制装置。

背景技术

已经提出一种用于燃气涡轮的燃料气体供给装置，其设置有控制装置，用于控制供应到燃气涡轮的燃料气体的供给量，以将燃料气体压缩机的排放压力保持在设定范围内。

在这种用于燃气涡轮的燃料气体供给装置中，旁通阀设置在压缩机的吸入通道和排放通道之间，由此通过基于来自用于检测排放压力的压力检测器的信号来控制旁通阀的开度而将排放压力保持在设定范围内。

专利文献1：日本专利3137498

发明内容

本发明将要解决的问题

但是，在上述现有的用于燃气涡轮的燃料气体供给装置中，不能适当地适应例如在负载停止时间时燃料气体消耗的突然改变。

为解决这一问题，常规地，已经提出一种技术，其中通过控制设置在压缩机内的入口引导阀(IGV)的开度来将压缩机的排放压力保持在设定范围内，并且其中例如在负载停止时间时急开连接于压缩机出口的再循环阀(RCV)，从而从压缩机排放的一些燃料气体返回到压缩机的进口侧以避免所谓的喘振。

但是，在该技术中，当再循环阀急开时不容易合适地设定开度，而且在急开之后也不容易设定开度减小的变化率。因此，在操作再循环阀之后，有时候不能利用入口引导阀将控制传输到排放压力控制。而且，有时候利用入口引导阀的排放压力控制与利用再循环阀的防喘振会相互干涉。

本发明鉴于上述情况而作出，并且因此本发明的一个目的是提供一种用于压缩机的控制装置，其在包括负载停止的所有运行条件下都提供高可控性。

解决问题的手段

为了实现上述目的，本发明提供一种用于压缩机的控制装置，包括流入量调整装置，用于调整流入到压缩机的燃料气体的流入量；再循环阀，用于将从压缩机排放的燃料气体返回到压缩机的入口侧；以及控制装置，其将用于操作压缩机的控制操作值设定为预定运转点，并且基于该控制操作值控制流入量调整装置和再循环阀，其特征在于，控制装置具有第一控制信号发生装置以及第二控制信号发生装置，当控制操作值为预定值或更大时，第一控制信号发生装置产生随着操作值增大而增加的信号，该信号作为流入量调整装置的控制信号，当控制操作值小于预定值时，第二控制信号发生装置产生随着操作值增大而减少的信号，该信号作为再循环阀的控制信号。

作为流入量调整装置，可以使用设置在压缩机入口的入口引导阀或者用于转动压缩机的驱动器。

第一信号发生装置可以构造为当控制操作值小于预定值时产生最小开度信号，以使入口引导阀的开度为预定的最小开度。

最小开度信号的值优选地根据流入压缩机的燃料气体的压力改变。

作为控制操作值，可以使用通过将用于前馈控制的操作值加到用于反馈控制的操作值而得到的值。

用于反馈控制的操作值可以根据从压缩机排放的燃料气体的压力偏差形成，并且用于前馈控制的操作值可以根据压缩机负载的大小形成。

在从压缩机排放的燃料气体被经由总箱供应到负载设备的情况下，用于反馈控制的操作值可以根据对应于燃料气体的压力偏差的排放流量设定值和流入总箱的燃料气体的流入量之间的偏差设定。

对应于燃料气体的压力偏差的排放流量设定值包括从总箱流出的燃料气体的流出量，从而可以提高流量控制的灵敏度。

阀控制装置可以构造为在负载停止时，用于反馈控制的操作值设为预定值以便快速打开再循环阀。

阀控制装置可以进一步包括防喘振信号发生装置和高位选择装置，该高位选择装置将防喘振信号和再循环阀的控制信号进行比较，并且选择性地向再循环阀发送这些信号中的高位信号。

在同时操作多个压缩机的情况下，使用通过将用于前馈控制的操作值加到用于反馈控制的操作值而得到的值作为任一个压缩机的控制操作值，并且用于前馈控制的操作值用做其他压缩机的控制操作值。

根据本发明，由于不仅入口引导阀而且再循环阀也用于压缩机的排放压力控制，因此在所有运行条件下(负载停止时间、压缩机和燃气涡轮断开时间、正常操作时、等等)都可以获得良好的控制结果。而且，由于入口引导阀和再循环阀在分开的范围内运行，因此由这些阀引起的控制干涉得以避免。

而且，通过前馈控制和反馈控制的组合可以实现高灵敏性的压力控制。进而，由于排放压力控制和防喘振控制的高位控制选择性地应用于再循环阀，因此这些控制之间的干涉也得以避免。

附图说明

图1是表示根据本发明的用于压缩机的控制装置的第一实施例的框图；

图2是表示以IGV开度为参量排放流量和排放压力之间的关系的特性图；

图3是表示规定阀开度操作值的负载指令的函数的图表；

图4是表示规定IGV开度的阀开度操作值的函数的图表；

图5是表示规定RCV开度的阀开度操作值的函数的图表；

图6是表示以压缩机转数为参量排放流量和排放压力之间的关系的特性图；

图7是表示根据本发明的用于压缩机的控制装置的第二实施例的框图；

图8是表示根据本发明的用于压缩机的控制装置的第三实施例的框图；以及

图9是表示根据本发明的用于压缩机的控制装置的第四实施例的框图。

附图标记说明

1、1A、1B...压缩机

3...燃料气体供给管路

5...IGV

7...RCV

13...总箱

15、15A、15B...燃气涡轮

17、17′...负载指令部

19、19A、19B...函数发生器

21...加法器

23、23′...压力控制器

25...压力计

27、27′...函数发生器

29...函数发生器

31...高位选择部

33、33′...函数发生器

35...流量控制器

37...流量计

39...驱动器

41...转速检测器

43...流量控制器

45...加法器

47...流量计

49...流量计

51A、51B...开关元件

具体实施方式

现在将参照附图说明根据本发明的用于压缩机的控制装置的实施例。

实施例1

图1表示本发明的第一实施例。在图1中，入口引导阀(以下称为IGV)5位于压缩机1的入口和燃料气体供给管路3之间，并且再循环阀(以下称为RCV)7位于压缩机1的出口和燃料气体供给管路3之间。与IGV5相比RCV7具有高灵敏度的结构。

压缩机1压缩从燃料气体供给管路3经由IGV5供应的燃料气体(在该例中，恒压燃料气体)。由压缩机1压缩的燃料气体经由止回阀9供应到燃气涡轮15。

图2中的曲线a、b和c表示在IGV5的开度分别为20％、50％和100％的情况下压缩机1的排放流量和排放压力之间的关系。根据该关系，例如，在设定压力SV₁为P₁并且燃气涡轮15一侧所需的流量是F₁的情况下，通过将IGV5的开度设置为50％，压缩机1在运转点A₁处运转。

当压缩机1所需的负载降低时，IGV5的开度减小，由此燃料气体的流量仅被减小到的对应于所需负载的流量。但是，由于阀结构的原因，一定开度或以下时的IGV5的控制精度变小。因此在该实施例中，如下文将说明的，设定IGV5的最小开度(在该例中，20％的开度)，并且IGV5设计为其开度不会小于该最小开度。

如果设置了最小开度，那么会出现IGV5达到最小开度之后排放流量不降低的缺点。因此，如下文将说明的，当IGV5达到最小开度时，保持该开度，并且从压缩机1排放的一些燃料气体经由RCV7返回到燃料气体供给管路3一侧。

具体而言，当所需的燃料气体流量例如是图2所示的F₂时，依靠IGV5基于20％的开度，排放流量仅仅能降低到排放流量F₃(＞F₂)。因此对应于F₃-F₂的流量的燃料气体被返回，即所需的流量F₂的燃料气体供应到涡轮15一侧。在此情况下，压缩机1的运转点是A₃，而不是A₂。

当运行燃气涡轮15时，负载指令部17向函数发生器19提供输出指令。该输出指令作为燃气涡轮15的最大负载为100％的状态的负载系数给出。函数发生器19基于图3所示的函数将输出指令转换为操作值MV₀，并且发出对应于该操作值MV₀的信号。函数发生器19的输出信号发送到加法器21，作为前馈控制的操作信号。操作值MV₀的详细情况将在下文说明。

另一方面，压力控制器23接收表示设定压力SV₁的信号和表示由压力计25所检测到的实际排放压力PV₁的信号。压力控制器23计算操作值MV₁，该值通过将设定压力SV₁和实际排放压力PV₁之间的偏差进行PI(比例积分)处理而得到，并且向加法器21发送对应于该操作值MV₁的信号，作为反馈控制的操作信号。加法器21执行将MV₁加到上述操作值MV₀的计算以确定操作值MV₂，并且对应于操作值MV₂的信号增加到函数发生器27和29。

现在说明用于前馈控制的操作值MV₀。在压缩机1稳态操作期间MV₂可以非常接近用于前馈控制的操作值MV₀。对应于燃气涡轮15的负载的IGV5和RCV7的必要开度可以从图2所示的关系预知。表示规定IGV5和RCV7的预知的必要开度的上述操作值MV₀的信号发送到函数发生器27和29。

函数发生器27产生阀控制信号，其中根据图4所示的函数例如IGV开度保持为20％(对应于上述最小开度)直到操作值MV₀达到50％，并且随着操作值MV₀从50％增大，IGV开度从20％线性增大直到100％，并且向IGV5发送这一阀控制信号。

另一方面，函数发生器29设定操作值MV₃，该操作值MV₃例如将RCV开度从100％线性减小到0％直到操作值MV₀增大到50％，并且当操作值MV₀为50％及以上时保持RCV开度为0％，并且向高位选择部31发送对应于该操作值MV₃的信号。

接下来，说明函数发生器33。

图2表示出压缩机1的喘振线d以及喘振控制线e，喘振控制线e设置有富余以确保防喘振。喘振线d和喘振控制线e都是IGV5的开度的函数。

函数发生器33根据表示喘振控制线e的函数以及从函数发生器27发送来的IGV5的开度信息计算用于防喘振的排放流量设定值SV₂，并且向流量控制器35发送对应于该设定值SV₂的信号。流量控制器35计算对应于设定值SV₂和由流量计37检测到的实际排放流量PV₂之间的偏差的操作值MV₄，并且向高位选择部31发送对应于该操作值MV₄的信号。

向高位选择部31将从函数发生器33发出的表示操作值MV₄的信号和从函数发生器29发出的表示操作值MV₃的信号进行比较，并且向RCV7发送这两个信号中较大的一个信号作为阀控制信号。

以下说明根据第一实施例的用于燃料气体压缩机的控制装置的操作。

例如，在设定压力SV₁为P₁以及负载指令部17发出要求图2所示的排放流量F₁的输出指令的情况下，IGV5的开度由函数发生器27的输出根据操作值MV₂(MV₀)设定为50％，并且RCV7的开度由函数发生器29的输出根据操作值MV₂(MV₀)设定为0％。IGV5和RCV7的开度的设定由前馈控制进行，从而压缩机1的排放压力快速接近设定值P₁。最后，排放压力由反馈控制根据操作值MV₂(MV₁)高精度地设定为设定值P₁。由此，压缩机1的运转点达到如图2所示的点A₁。

接下来，例如当负载指令部17发出要求图2所示的排放流量F₂的输出指令时，在此情况下，IGV5的开度设定为20％，这是上述的最小开度，并且RCV7的开度设定为使得流量为F₃-F₂的燃料气体再循环到燃料气体供给管路3一侧。也就是说，RCV7打开，从而经过IGV5的过量燃料经由RCV7返回到燃料气体供给管路3一侧。由此，压缩机1的排放流量基本上变为F₃。

同时在此情况下，由于前馈控制，压缩机1的排放压力由IGV5和RCV7的开度设定快速接近目标值P₁，并且排放压力由反馈控制高精度地设定为目标值P₁。由此，压缩机1的运转点达到点A₃。

接下来，说明负载停止信号或者指示压缩机1或燃气涡轮断开的信号发送到负载指令部17的情况。这里，假定设定压力SV₁为图2所示的P₂。

在压缩机1等的负载停止时间或断开时间，例如从负载指令部17发出要求图2所示的排放流量F₄(能够维持燃气涡轮15内的燃料燃烧的最小流量)的输出指令。

在此情况下，如果IGV5的开度设定为20％，这是上述的最小开度，那么压缩机1在超过喘振线d的喘振区域内运转。但是，该实施例中，由于如上所述从流量控制器35发出表示用于防喘振的操作值MV₄的信号，因此避免了压缩机1的喘振运行。

也就是说，如果排放流量降低到喘振区域，操作值MV₄变得大于从函数发生器29发出的操作值MV₃，从而高位选择部31选择对应于操作值MV₄的信号作为RCV7的阀控制信号。由此，执行喘振控制线e上的运行。此时，由于排放压力由IGV5控制为目标压力P₂，因此压缩机1的最终运转点是A₅。通过运转点的这种设定，压缩机1在避免了喘振的状态下运行。在运转点A₅，IGV5的开度大于最小开度(20％)，并且流量为F₅-F₄的燃料气体经由RCV7再循环。

如上所述，根据第一实施例的用于压缩机的控制装置，由于不仅IGV5而且RCV7也用于控制排放压力，因此可以抑制压缩机1的排放压力中的变化，即，在所有运行条件下(负载停止时间、压缩机1和燃气涡轮15的断开时间、等等)都可以提高排放压力的可控性。

而且，当操作值MV₂为50％或更大时，用于RCV7的排放压力的指令信号为零并且排放压力仅仅由IGV5控制，并且当操作值MV₂小于50％时，IGV5保持最小开度(20％)并且排放压力仅仅由RCV7控制；即，IGV5和RCV7在分开的范围内运行。因此，由IGV5和RCV7引起的排放压力控制的干涉得以避免。

而且，由于排放压力由前馈控制和反馈控制的组合来控制，因此可以实现高灵敏性的压力控制。因此，即使在燃气涡轮15要求骤加负载的情况下，也可以抑制排放压力的变化。

而且，由于排放压力控制和防喘振控制的高位控制选择性地应用于RCV7，因此这些控制之间的干涉也得以避免。

在压缩机1的入口压力变化的情况下，通过改变IGV5的最小开度以对应于入口压力，可以以更高精度实现压力控制。

而且，在上述实施例中，如图4和5所示IGV5和RCV7的分界点设定为50％。但是，分界点不限于50％。也就是说，图4和5所示的函数的倾斜度分别规定了IGV5和RCV7的控制增益，从而分界点可以改变以改变这些增益。

例如，如果分界点大于50％，那么可以缩短低灵敏度的IGV5的操作时间，并且可以提高具有高灵敏度的RCV7的操作稳定性。实际上，考虑到IGV5和RCV7的动态特性等，可以合适地设定分界点以便提高这些阀的可控性。

实施例2

图6中的曲线a′、b′和c′表示在压缩机1的转数分别设定为60％、80％和100％的情况下压缩机1的排放流量和排放压力之间的关系。从图6与图2的对照可以看出，即使取代IGV5的开度操作而进行压缩机1的转速控制也可以控制排放压力。

图7表示本发明的第二实施例，其构造为排放压力由压缩机1的速度操作来控制。该第二实施例与上述第一实施例的不同之处在于，取消了IGV；设置有对应于图2所示的函数发生器27的函数发生器27′，从而用于旋转地驱动压缩机1的诸如蒸汽涡轮的驱动器39由函数发生器27′的输出控制；以及设置有用于检测压缩机1的转速的转速检测器41，从而该转速检测器41的输出加到对应于图2所示的函数发生器33的函数发生器33′。

在该实施例中，可以获得与上述第一实施例相同的效果。在第二实施例中，由转速检测器41检测到的压缩机1的实际转速被发送到函数发生器33′。作为其替代，由函数发生器27′指令的转速也可以发送到函数发生器33′。

实施例3

图8表示本发明的第三实施例。该第三实施例与上述第一实施例的不同之处在于，流量控制器43和加法器45设置在加法器22和压力控制器23之间；以及设置有分别用于检测总箱13的入口流量和出口流量的流量计47和49，从而流量计47和49的输出被分别加到流量控制器43和加法器45。

在第三实施例中将表示总箱13的出口流量的信号(前馈信号)，即，表示涡轮15要求的燃料供给量的信号，加到对应于排放压力偏差的信号(反馈信号)，并且将加起来的结果发送到流量控制器43作为设定流量SV₃。流量控制器43计算设定流量SV₃和总箱13的入口流量(实际排放流量)之间的偏差，并且通过对该偏差进行PI处理产生流量操作值MV₁′。

根据该第三实施例，除了消除排放压力偏差的反馈控制之外，还执行消除进入和排出总箱13的燃料气体的流量之间的偏差的控制。因此，进一步稳定了供应到燃气涡轮15的燃料气体的压力。

在第三实施例的控制装置中，可以应用如图7所示的操作压缩机1的转速来控制排放压力的结构。而且，在第一到第三实施例中，总箱13入口处的燃料气体压力由压力计25检测。但是，该结构可以是压力计25检测总箱13内的燃料气体压力。

实施例4

接下来参照图9说明本发明的第四实施例。根据第四实施例的控制装置控制两个压缩机1A和1B的排放压力。

在图9中，相同或相应的附图标记表示具有与图1中元件的结构和功能等同的元件。而且，在图9的压缩机1A、1B一侧，设置有与图1所示元件相应的元件，例如IGV5、RCV7、函数发生器27、29和33、高位选择部31、以及流量控制器35。在图9中略去这些元件。

在该实施例中，开关元件51A和51B分别设置在压力控制器23′和加法器21A之间以及压力控制器23′和加法器21A之间。而且，压力计25检测总箱13中的燃料气体的压力。

在正常运转时，逻辑级[H]的选择信号S₂从负载指令部17′发出。由于开关元件51A和51B构造为如图9所示由逻辑级[H]的信号打开，因此直接接收选择信号S₁的开关元件51A打开，并且经由变极器53接收信号S₂的开关元件51B关闭。

在此状态下，用于控制与压缩机1A相关的IGV和RCV(未示出)的操作值MV_2A表示为MV_2A＝MV_0A，并且用于控制与压缩机1B相关的IGV和RCV(未示出)的操作值MV_2B表示为MV_2B＝MV₁+MV_0B。也就是说，仅仅对于和压缩机1A相关的IGV和RCV执行前馈控制，而对于和压缩机1B相关的IGV和RCV执行前馈控制和反馈控制。

在此情况下，压缩机1A和1B都由前馈控制给定例如图2所示的运转点A₁。在压缩机1B一侧，由前馈控制函数的错误估算所产生的排放压力误差由反馈控制吸收。由此，压缩机1A在运转点A₁运转，压缩机1B在从运转点A₁偏移误差修正量的点运转。

这里，说明压缩机1B或涡轮15B断开的情况。在此情况下，负载指令部17′基于来自未示出的高位控制单元的断开发生信号发出逻辑级[L]的选择信号S₂。由此，开关元件51A关闭，并且开关元件51B打开。从而，压力反馈控制从压缩机B一侧的控制系统传输到压缩机A一侧的控制系统。因此，总箱13中的燃料气体的压力被控制为保持压缩机1B断开之前的值。

如上所述，在该实施例中，压力反馈控制仅仅由压缩机A一侧的控制系统或者压缩机B一侧的控制系统执行。其原因在于如果这两个控制系统都执行压力反馈控制的话，这些控制将相互干涉。

另一方面，在负载停止信号由高位控制单元发送到负载指令部17的情况下，负载指令部17向压力控制器23′发送操作值切换信号S₁。因此，压力控制器23′发出跟踪数据，该跟踪数据将操作值MV₂改变为使RCV急开的大小，作为操作值MV₁。由此，RCV7以高灵敏度急开，并且进一步抑制了负载停止时压力的改变。这种跟踪操作也可以应用到第一到第三实施例。

Claims

1.一种用于压缩机的控制装置，包括：

流入量调整装置，用于调整流入到压缩机的燃料气体的流入量；

再循环阀，用于将从压缩机排放的燃料气体返回到压缩机的入口侧；以及

控制装置，其将用于操作压缩机的控制操作值设定为预定运转点，并且基于该控制操作值控制流入量调整装置和再循环阀，

其特征在于，控制装置具有第一控制信号发生装置以及第二控制信号发生装置，当控制操作值为预定值或更大时，第一控制信号发生装置产生随着操作值增大而增加的信号，该信号作为流入量调整装置的控制信号，当控制操作值小于预定值时，第二控制信号发生装置产生随着操作值增大而减少的信号，该信号作为再循环阀的控制信号。

2.如权利要求1所述的用于压缩机的控制装置，其特征在于，流入量调整装置是设置在压缩机入口的入口引导阀。

3.如权利要求1所述的用于压缩机的控制装置，其特征在于，流入量调整装置是用于转动压缩机的驱动器。

4.如权利要求1所述的用于压缩机的控制装置，其特征在于，第一信号发生装置构造为当控制操作值小于预定值时产生最小开度信号，以使入口引导阀的开度为预定的最小开度。

5.如权利要求4所述的用于压缩机的控制装置，其特征在于，最小开度信号的值根据流入压缩机的燃料气体的压力改变。

6.如权利要求1所述的用于压缩机的控制装置，其特征在于，控制操作值是通过将用于前馈控制的操作值加到用于反馈控制的操作值而得到的值。

7.如权利要求6所述的用于压缩机的控制装置，其特征在于，用于反馈控制的操作值根据从压缩机排放的燃料气体的压力偏差形成，并且用于前馈控制的操作值根据压缩机负载的大小形成。

8.如权利要求5所述的用于压缩机的控制装置，其特征在于，在从压缩机排放的燃料气体被经由总箱供应到负载设备的情况下，用于反馈控制的操作值根据对应于燃料气体的压力偏差的排放流量设定值和流入总箱的燃料气体的流入量之间的偏差设定。

9.如权利要求8所述的用于压缩机的控制装置，其特征在于，对应于燃料气体的压力偏差的排放流量设定值包括从总箱流出的燃料气体的流出量。

10.如权利要求6到9中任一项所述的用于压缩机的控制装置，其特征在于，阀控制装置构造为在负载停止时，用于反馈控制的操作值为预定值以便快速打开再循环阀。

11.如权利要求1所述的用于压缩机的控制装置，其特征在于，阀控制装置进一步包括防喘振信号发生装置和高位选择装置，高位选择装置将防喘振信号和再循环阀的控制信号进行比较，并且选择性地向再循环阀发送这些信号中的高位信号。

12.如权利要求1所述的用于压缩机的控制装置，其特征在于，在同时操作多个压缩机的情况下，使用通过将用于前馈控制的操作值加到用于反馈控制的操作值而得到的值作为任一个压缩机的控制操作值，并且用于前馈控制的操作值用做其他压缩机的控制操作值。