CN2546666Y - 压缩系统喘振在线预报和自适应调节装置 - Google Patents

Abstract

一种喘振在线预报和自适应调节装置，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和自适应调节装置

技术领域

本实用新型涉及一种压缩系统喘振在线预报和自适应调节装置。

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，本实用新型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，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

一种喘振预报和自适应调节装置，该装置包含：数据采集系统；信号分析系统；信号输出系统和自适应调节执行机构组成；其中数据采集系统包含传感器、放大器和低通滤波器；信号分析系统包含FET分析DSP模片和积分电路；信号输出系统包含开关、积分电路、进口导叶和开关；而自适应调节执行机构包含快速电磁装置、伺服电机、导叶、快速电磁装置、微量调节阀和快速放风扇；其中动态压力传感器采集到压缩系统出口的压力信号，通过前置放大器将模拟信号放大成后续调节电路能够接受的伏级信号；采用低通滤波器，将动态信号中与喘振先兆有关的低频信号提炼出来；低通滤波器输出的动态信号分别进入FFT分析DSP模块和积分电路；一旦低频幅值超出设定值，将给后续开关模拟电路和锯齿波模拟电路提供信号输出；积分电路根据在积分电路中设定的比较值，进行判断值输出，提供给后续开关模拟电路和锯齿波模拟电路；开关模拟输出电路有两方面的功能，其一是将DSP模块的数字输出信号转换成模拟信号，其二是发出高电平信号(+5V)，触发快速电磁装置工作；

快速电磁装置通过机械传动装置打开流量微量调节阀和快速放风阀，锯齿波模拟电路有两个输入端，输入端一是接受DSP模块的数字信号，输入端二是接受积分电路的输出信号；模拟开关电路触发快速电磁装置工作；快速电磁装置通过机械传动装置打开流量微量调节阀和快速放风阀。

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，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实用新型的具体的实施例进行详细描述，其中：

图1为根据本实用新型的喘振预报与自适应调节装置的结构方框图；

图2为根据本实用新型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

下面将参考附图对本发明进行详细描述。

参考图1，整个装置由数据采集系统，信号分析系统，信号输出系统和自适应调节执行机构组成，其中数据采集系统包含传感器1、放大器3和低通滤波器4构成，信号分析系统包含FET分析DSP模片5和积分电路8构成，信号输出系统包含开关6、积分电路8、进口导叶11和开关12，而自适应调节执行机构包含快速电磁装置7、伺服电机、导叶、快速电磁装置13、微量调节阀14和快速放风扇15。其中，传感器与前置放大器相连，前置放大器与低通滤波器相连，而低通滤波器同时与FET分析DSP模片以及积分电路相连；积分电路通过开关与快速电磁装置并进而与微量调节阀和快速放风扇相连，积分电路还与锯齿波、伺服电机和进口导叶实行串联连接，FET分析DSP模片则与锯齿波相连，而后与伺服电机和进口导叶进行串联连接，FET分析DSP模片还通过开关与快速电磁装置相连，通过快速电磁装置与微量调节阀和快速放风扇实行并联连接。

下面将参考图2对各个部分进行详细描述。1.数据采集系统

各部件的连接关系和各部件在整个装置的作用是：依靠动态压力传感器1采集到压缩系统出口的压力信号(S1)，这些信号为模拟电压信号(毫伏级)；为了提高信号的分辨率，需将传感器的毫伏级电压信号放大到2.5伏级左右的模拟信号，因此，通过前置放大器3，将模拟信号放大成后续调节电路能够接受的伏级信号；考虑到系统喘振脉动信号是低频振荡信号、并对测试电路中白噪声、及高频自激信号进行阻断的目的，采用低通滤波器，将动态信号中与喘振先兆有关的低频信号提炼出来；2.信号分析系统

低通滤波器4输出的动态信号分别进入FFT分析DSP模块5和积分电路8，当压缩系统临近喘振边界时，信号中有与喘振先兆低频特征的组分出现，采用FFT分析DSP模块5可分析出这类信号，其判断标准为低频信号振幅的增加量(预先在DSP模块中设定)，一旦低频幅值超出设定值，将给后续开关模拟电路6和锯齿波模拟电路9提供信号输出(S2)；积分电路8是该装置具备的另一项喘振先兆的判断功能，其原理是对动态信号进行以时间轴为横坐标，以动态信号的振动幅值为纵坐标的积分，当信号中有喘振低频振荡的先兆信号时，模拟积分输出的信号与稳态时的动态信号有区别，根据在积分电路8中设定的比较值，进行判断值输出，提供给后续开关模拟电路6和锯齿波模拟电路9(S3)；3.信号输出系统和自适应调节执行机构

开关模拟输出电路(6)有两方面的功能，其一是将DSP模块(5)的数字输出信号转换成模拟信号，其二是发出高电平信号(+5V)，触发快速电磁装置(7)工作；快速电磁装置(7)通过机械传动装置打开流量微量调节阀(14)和快速放风阀(15)，使压缩系统退出喘振先兆发作区域，从而达到该装置在线调节系统稳定工作的目的(S4)；锯齿波模拟电路(9)有两个输入端，输入端一是接受DSP模块(5)的数字信号，并将其转换成模拟信号，然后发出50Hz的锯齿波信号，驱动伺服电机(10)运转，输入端二是接受积分电路(8)的输出信号，驱动伺服电机(10)运转；伺服电机调节进口导叶的位置，使压缩系统的流量向趋势增加的方向调节，达到该装置在线调节系统稳定工作的目的；模拟开关电路(12)在接受到喘振先兆判断信号后，将发出高电平信号，触发快速电磁装置(13)工作；快速电磁装置(13)通过机械传动装置打开流量微量调节阀(14)和快速放风阀(15)，使压缩系统退出喘振先兆发作区域，从而达到该装置在线调节系统稳定工作的目的(S5)。

Claims (1)

1.一种喘振预报和自适应调节装置，其特征在于该装置包含：

数据采集系统；

信号分析系统；

信号输出系统和自适应调节执行机构；

其中数据采集系统包含传感器(1)、放大器(3)和低通滤波器(4)；

信号分析系统包含FET分析DSP模片(5)和积分电路(8)；

信号输出系统包含开关(6)、积分电路(8)、进口导叶(11)和开关(12)；

而自适应调节执行机构包含快速电磁装置(7)、伺服电机(10)、导叶(11)、快速电磁装置(13)、微量调节阀(14)和快速放风扇(15)；

其中，传感器与前置放大器相连，前置放大器与低通滤波器相连，而低通滤波器同时与FET分析DSP模片以及积分电路相连；

积分电路通过开关与快速电磁装置并进而与微量调节阀和快速放风扇相连，积分电路还与锯齿波、伺服电机和进口导叶实行串联连接，FET分析DSP模片则与锯齿波相连，而后与伺服电机和进口导叶进行串联连接，FET分析DSP模片还通过开关与快速电磁装置相连，通过快速电磁装置与微量调节阀和快速放风扇实行并联连接。

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