CN204496313U - 一种连续式风洞压缩机全工况多耦合安全监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种连续式风洞压缩机全工况多耦合安全监控系统，该监控系统针对安装在连续式风洞管网回路中的压缩机，涉及风洞耦合多变运行条件下，压缩机所有辅助子系统的全工况实时安全监控。该监控系统包括：轴系监控单元、温度监控单元、喘振监控单元、密封气监控单元、润滑油监控单元、变频监控单元。本实用新型可以解决风洞-压缩机联合工作管网特性频繁多变条件下，压缩机各辅助子系统和运行工况的安全监控问题，实现风洞试验过程中压缩机的全时、连续、在线监控，确保机组及风洞设备的运行状态稳定可控。

Description

一种连续式风洞压缩机全工况多耦合安全监控系统

技术领域

本实用新型涉及连续式风洞安全控制领域，尤其是涉及安装在连续式风洞回路中的压缩机全工况多耦合安全监控。

背景技术

连续式风洞是压缩机除高炉鼓风、空分等设备外，在国内的一个崭新应用领域，目前仅在国内两座连续式高速风洞中投入应用。压缩机安装在闭合回路的风洞管网中，在风洞总压、模型姿态角和马赫数调节装置的多变量耦合作用下，风洞-压缩机联合工作管网特性繁复多变，使压缩机的内部流动和运行工况极为复杂多变，亟需密封气系统、润滑油系统、高压变频系统等辅助子系统实时跟随工况变化安全稳定运行，特别对轴系运行工况、喘振工况、温度工况的动态特性提出了非常高的安全监控需求。针对连续式高速风洞这一国内新型风洞和压缩机的全新应用，必须设计一种覆盖压缩机所有辅助子系统和运行工况的安全监控系统，解决压缩机多变量多状态耦合条件下的安全监控问题，为机组及风洞设备提供主动性安全保护，有效防止人员、设备及风洞试验安全事故的发生。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种连续式风洞压缩机全工况多耦合安全监控系统，针对压缩机在连续式风洞中的应用这一国内全新技术领域，解决风洞-压缩机联合工作管网特性频繁多变条件下，压缩机各辅助子系统和运行工况的安全监控问题，实现风洞试验过程中压缩机的全时、连续、在线监控，确保机组及风洞设备的运行状态稳定可控。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种连续式风洞压缩机全工况多耦合安全监控系统，包括分别与现场控制与集成站点连接的轴系监控单元、温度监控单元、喘振监控单元、密封气监控单元、润滑油监控单元、变频监控单元，所述现场控制与集成站点将各监控单元的数据通过交换机传输到监控系统；所述各个监控单元设置在风洞现场，分别与执行机构或元件相连。

在上述技术方案中，所述轴系监控单元为现场机械保护装置，由电涡流传感器和监测器模块组成。

在上述技术方案中，所述电涡流传感器的敏感元件设置在轴承定子上，与旋转轴之间有间隙。

在上述技术方案中，所述温度监控单元由测温元件和温度采集模块组成，测温元件分别设置在压缩机轴瓦、入口、出口以及电机轴瓦和定子上。

在上述技术方案中，所述所述喘振监控单元由旁通回路管道和旁通回流调节阀组成，所述旁通回流调节阀设置在旁通回流管道上，基于压缩机入口流量和运行压比实施喘振监控。

在上述技术方案中，所述密封气监控单元采用阀门调节装置，由密封充气管路、气动调节阀、定位装置和传感器组成。

在上述技术方案中，所述变频监控单元对压缩机的驱动装置进行监控，包括高压变频器和压缩机驱动电机，所述高压变频器通过光纤与设置在驱动电机输出轴上的编码器连接，采集压缩机运行转速；通过RS485方式将变频器内部整流、逆变元器件的运行状态和柜内温度工况传输至现场控制与集成站点。

本实用新型提出的全工况多耦合安全监控系统，可以有效解决连续式风洞多变量耦合条件下，压缩机所有辅助子系统和运行工况的安全监控需求，符合连续式风洞中压缩机的安全运行特性；实现了风洞试验过程中压缩机运行全工况的实时、连续、在线监控，为全面掌握压缩机的实时运行状态提供了交互接口，确保了压缩机及风洞设备的稳定可控运行；目前系统已正式投运于连续式风洞，运行状态稳定，工作可靠，有效防止了异常事故的发生，实现了风洞试验安全和设备安全的主动保护。

附图说明

 图1是本实用新型的原理框图。

具体实施方式

本实用新型针对安装在连续式风洞管网回路中的压缩机，涉及风洞耦合多变运行条件下，压缩机所有辅助子系统的全工况实时安全监控。所述安全监控系统其特征在于，整个监控网络由各辅助子系统监控单元组成，包括：轴系监控单元、温度监控单元、喘振监控单元、密封气监控单元、润滑油监控单元、变频监控单元。所述辅助子系统监控单元完成压缩机运行全工况的底层监控，通过分布式I/O将现场的状态信息汇总至现场控制与集成站点，监控计算机与现场控制与集成站点通过交换机实现以太网通讯，并采用TCP/IP协议完成上下位机的数据交换。

所述的轴系监控单元采用现场机械保护装置，由电涡流传感器和监测器模块组成，具有组态方便、模块兼容和继电器逻辑编程等优点，可有效防止轴系运行工况超限，保护机组安全。电涡流传感器的敏感元件安装在轴承定子上，与旋转轴保留一定间隙，基于间隙的变化输出电压信号至监测器模块，表征轴系的振动、位移、键相和差胀等实时工况。监测器模块与现场控制与集成站点通讯采用RS485和硬接线两种方式，将所采集到的轴系工况传输至现场控制与集成站点进行存储和逻辑处理。

 所述的温度监控单元由测温元件和温度采集模块组成，测温元件采用Pt100热电阻，测点覆盖压缩机及其驱动电机的关键工况点，主要包括压缩机轴瓦、入口、出口以及电机轴瓦和定子，可以实现温度工况的在线与实时监测，防止各测点设备或气流过温，保护机组安全。Pt100热电阻将上述测点采集到的温度信号通过硬接线的方式传输至温度采集模块，由现场控制与集成站点进行存储和逻辑处理。

 所述的喘振监控单元采用喘振控制装置，该装置基于压缩机的入口流量和运行压比，可以实现风洞多变耦合条件下压缩机喘振工况的实时判别和自动控制，防止机组进入深度喘振区。入口流量、运行压比均由现场传感器采集到的压力和温度计算而来，喘振工况的流量即表征压缩机安全运行时的最小流量，喘振工况的压比则表征压缩机安全运行时的最大压比。现场控制与集成站点对入口流量、运行压比进行实时采集、存储和处理，作为防喘振控制输出的实施依据。

 所述的密封气监控单元采用阀门调节装置，由密封充气管路、气动调节阀、定位装置和传感器组成，通过对压缩机段内流道气密封压力和轴承箱端面油密封压力的实时监控，有效防止回路内流道试验气流向外漏气和轴承箱润滑油泄露至内流道。传感器实时采集气动调节阀后的密封充气管路压力，根据风洞试验时压缩机的入口和出口气流压力值，实时调节阀门定位装置，实现气动调节阀的动态响应，为压缩机段提供稳定可控的密封气压力。

 所述的润滑油监控单元对润滑油站各油源设备进行监控，为压缩机及驱动电机的轴承箱提供稳定连续的润滑油压力，防止润滑油压力与流量不足导致轴瓦干烧，损坏压缩机整个轴系机构。油源设备包括高压润滑油泵、油源过滤器、油源冷却器和传感器，传感器采集压缩机及其驱动电机轴承箱的供油压力、油源过滤器前后差压和润滑油冷却后温度，并将上述信号传输至现场控制与集成站点，以此信号判断润滑油的实时工况，为备用油泵的适时启动和油温控制提供依据。

 所述的变频监控单元主要对压缩机的驱动装置进行监控，包括高压变频器和压缩机驱动电机，通过对压缩机运行转速、电压、电流和功率的全过程监控，实时掌握驱动装置的运行状态，防止两台驱动电机因功率不平衡、超电压、过电流而发生安全事故。高压变频器通过光纤与安装在驱动电机输出轴上的编码器连接，采集压缩机运行转速；通过RS485方式将变频器内部整流、逆变元器件的运行状态和柜内温度工况传输至现场控制与集成站点，同时实现基于RS485方式的压缩机转速双闭环控制。

上述的辅助子系统监控单元各自履行所属设备及信号的监控功能，同时被监控的信号还存在诸多耦合，需进行网络化的软硬件联锁，防止出现信号的交叉影响，加速压缩机运行工况的进一步恶化。主要进行了以下的一些联锁设置。

 喘振工况的温度修正。对入口流量和运行压比均进行温度修正，在入口流量的计算中加入温度的影响量，对各温度状态下的运行压比统一进行温度修正，有效防止温度漂移导致的喘振点变化，提升喘振工况判别时的准确性。

 喘振工况的压力修正。风洞不同总压运行时压缩机入口和出口气流压力呈多变特性，通常会造成喘振点的漂移，对各风洞总压进行压力修正，统一修正到常压条件，可以有效解决上述问题。

 压缩机启动条件联锁。根据压缩机的固有启动特性，在软件上设置联锁控制策略，将压缩机启动所需的全部辅助条件进行程序联锁，优化启动控制逻辑，实现启动条件不足时无法启机，防止出现安全问题。

现场控制与集成站点将上述辅助子系统监控单元信号经交换机，通过以太网的方式上传至监控计算机，由人机交互界面进行监测与控制，实现压缩机全工况的状态显示、过程控制、实时报警和趋势记录功能，达到全方位监控的突出效果。监控计算机包括互为冗余配置的工程师站和操作员站两台计算机。

状态显示。采用监控软件的变量组态和图形组态功能，将各辅助子系统监控单元信号显示在人机交互界面中，方便操作人员实时查看，可以直接读取压缩机的运行状态。

过程控制。包括防喘振控制、密封气压力控制、润滑油压力控制和压缩机转速控制。根据压缩机的安全运行需求，在监控程序中设置过程控制策略，基于实际运行工况使底层执行机构快速动态响应，分别实现喘振工况的自动判别和实时控制、密封气压力及润滑油压力的自适应调节、压缩机全转速范围的稳定调速，为压缩机提供主动性安全保护。

实时报警。针对压缩机各辅助子系统和运行工况的安全特性，设置基于分层和分级的报警策略：报警和急停信号分级设置，两级之间留有一定余量，为操作人员预留判断和处理空间；报警与急停输出分层设计，报警仅用于提醒操作人员，急停则触发控制输出。

趋势记录。采用变量记录功能，对压缩机运行时的过程数据进行采集、处理和归档，以趋势的形式输出当前过程值或已归档过程值，既可以实现工况数据的在线趋势显示，也方便操作人员即时查看或历史调用，为设备故障排查提供数据支撑。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种连续式风洞压缩机全工况多耦合安全监控系统，其特征在于包括分别与现场控制与集成站点连接的轴系监控单元、温度监控单元、喘振监控单元、密封气监控单元、润滑油监控单元、变频监控单元，所述现场控制与集成站点将各监控单元的数据通过交换机传输到监控系统；所述各个监控单元设置在风洞现场，分别与执行机构或元件相连。

2.根据权利要求1所述的一种连续式风洞压缩机全工况多耦合安全监控系统，其特征在于所述轴系监控单元为现场机械保护装置，由电涡流传感器和监测器模块组成。

3.根据权利要求2所述的一种连续式风洞压缩机全工况多耦合安全监控系统，其特征在于所述电涡流传感器的敏感元件设置在轴承定子上，与旋转轴之间有间隙。

4.根据权利要求1所述的一种连续式风洞压缩机全工况多耦合安全监控系统，其特征在于所述温度监控单元由测温元件和温度采集模块组成，测温元件分别设置在压缩机轴瓦、入口、出口以及电机轴瓦和定子上。

5.根据权利要求1所述的一种连续式风洞压缩机全工况多耦合安全监控系统，其特征在于所述喘振监控单元由旁通回路管道以及设置在旁通回路管道上的旁通回流调节阀组成。

6.根据权利要求1所述的一种连续式风洞压缩机全工况多耦合安全监控系统，其特征在于所述密封气监控单元采用阀门调节装置，由密封充气管路、气动调节阀、定位装置和传感器组成。

7.根据权利要求1所述的一种连续式风洞压缩机全工况多耦合安全监控系统，其特征在于所述变频监控单元对压缩机的驱动装置进行监控，包括高压变频器和压缩机驱动电机，所述高压变频器通过光纤与设置在驱动电机输出轴上的编码器连接，采集压缩机运行转速；通过RS485方式将变频器内部整流、逆变元器件的运行状态和柜内温度传输至现场控制与集成站点。