RU2150611C1 - Anti-surge method and device for compressor - Google Patents
Anti-surge method and device for compressor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2150611C1 RU2150611C1 RU98124051A RU98124051A RU2150611C1 RU 2150611 C1 RU2150611 C1 RU 2150611C1 RU 98124051 A RU98124051 A RU 98124051A RU 98124051 A RU98124051 A RU 98124051A RU 2150611 C1 RU2150611 C1 RU 2150611C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- circuit
- compressor
- output
- recorded
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области защиты осевых и центробежных компрессоров от помпажа и может быть использовано в системах защиты и управления газоперекачивающих агрегатов, как для нагнетателя, так и для осевых компрессоров газоприводных двигателей. The invention relates to the field of protection of axial and centrifugal compressors against surging and can be used in protection and control systems of gas pumping units, both for a supercharger and for axial compressors of gas-driven engines.
Известен способ защиты компрессора от помпажа [1] путем измерения давления газа на выходе компрессора и частоты вращения его ротора, определения производных от измеренных величин, сравнение значений производных с уставками, задержки сигнала превышения уставки для производной от давления и формирования сигнала наличия помпажа при совпадении во времени сигнала превышения уставки производной от частоты вращения и задержанного сигнала превышения уставки производной от давления. There is a method of protecting the compressor from surge [1] by measuring the gas pressure at the compressor outlet and the rotor speed of its rotor, determining derivatives of the measured values, comparing the derivatives with the settings, delaying the signal for exceeding the setting for the pressure derivative and generating a surge signal when coincided the time of the signal exceeding the setpoint of the derivative of the speed and the delayed signal of exceeding the setpoint of the derivative of pressure.
Известно устройство для защиты компрессора от помпажа [1], содержащее датчик давления за компрессором, выход которого соединен через дифференциатор, блок сравнения и блок задержки с первым входом устройства совпадения, второй вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения ротора компрессора через блок дифференцирования и блок сравнения. A device for protecting the compressor from surge [1], comprising a pressure sensor behind the compressor, the output of which is connected through a differentiator, a comparison unit and a delay unit with the first input of the matching device, the second input of which is connected to the output of the compressor rotor speed sensor through the differentiation unit and block comparisons.
Недостатком способа и устройства является низкая степень защиты компрессора от потерь при помпаже, поскольку способ и устройство определяют помпаж только при наличии помпажных колебаний с вполне определенной частотой, на которую настраивается заранее блок задержки. The disadvantage of this method and device is the low degree of protection of the compressor against losses during surge, since the method and device determine surge only in the presence of surge fluctuations with a well-defined frequency, which the delay unit is set in advance.
Известен способ защиты компрессора от помпажа [2] путем измерения давления за компрессором, определения скорости его изменения, сравнения с пороговым значением, задержки сигнала, использования его в качестве первого параметра защиты, измерения давления за первой группой ступеней компрессора, давления газа на срезе реактивного сопла, формирования второго параметра защиты в случае превышения пороговым значением скорости изменения суммы значений давления за компрессором, давления за первой группой ступеней компрессора и давления газа на срезе реактивного сопла, имея при этом общий сигнал помпажа при появлении первого или второго параметра защиты. A known method of protecting the compressor from surge [2] by measuring the pressure behind the compressor, determining the rate of change, comparing with a threshold value, delaying the signal, using it as the first protection parameter, measuring pressure behind the first group of compressor stages, gas pressure at the jet nozzle exit , formation of the second protection parameter in case the threshold value exceeds the rate of change of the sum of the pressure values behind the compressor, the pressure behind the first group of compressor stages and the gas pressure cross section of the jet nozzle, while having a common surge signal when the first or second protection parameter appears.
Известно устройство для защиты компрессора от помпажа [2], содержащее датчик давления за компрессором, выход которого соединен через дифференциатор, пороговый элемент и элемент задержки с элементом ИЛИ, содержащее датчик давления за первой группой ступеней компрессора, датчик давления газа на срезе реактивного сопла, сумматор, входы которого соединены с выходами всех трех датчиков, выход которого через вторые дифференциатор и пороговый элемент соединен со вторым входом элемента ИЛИ, выход которого является выходом устройства. A device for protecting the compressor from surge [2], comprising a pressure sensor behind the compressor, the output of which is connected through a differentiator, a threshold element and a delay element with an OR element, containing a pressure sensor behind the first group of compressor stages, a gas pressure sensor at the jet nozzle exit, an adder whose inputs are connected to the outputs of all three sensors, the output of which through the second differentiator and the threshold element is connected to the second input of the OR element, the output of which is the output of the device.
Недостатком способа и устройства является то, что они определяют помпаж только в том случае, если нагрузкой компрессора является камера сгорания с реактивным соплом, а также использование элемента задержки, величина которой выставляется заранее и, следовательно, требует предварительных знаний о динамике развития помпажа. The disadvantage of this method and device is that they determine the surge only if the compressor load is a combustion chamber with a jet nozzle, as well as the use of a delay element, the value of which is set in advance and, therefore, requires preliminary knowledge about the dynamics of the surge.
Целью изобретения является повышение надежности распознавания помпажа в самом начале его зарождения для осевых и центробежных компрессоров независимо от вида нагрузки, на которую работает компрессор и типа компрессора, а также автоматическое определение помпажной характеристики компрессора при антипомпажном регулировании. The aim of the invention is to increase the reliability of recognition of surge at the very beginning of its generation for axial and centrifugal compressors, regardless of the type of load that the compressor is working on and the type of compressor, as well as the automatic determination of the surge characteristic of a compressor during anti-surge control.
Поставленная цель достигается тем, что в способе защиты компрессора от помпажа путем измерения давления газа за компрессором, давления газа перед компрессором, перепада давлений на входном сужающем устройстве (конфузоре), частоты вращения его ротора и определения перепада давлений на компрессоре, фиксируют первоначальные значения перепада давлений на конфузоре, перепада давлений на компрессоре и частоты вращения ротора в памяти, затем сравнивают текущие значения этих параметров с зафиксированными значениями, если текущее значение перепада давлений на компрессоре выше зафиксированного ранее, то эти текущие значения фиксируют в качестве новых значений, обновляя таким образом память, если текущее значение перепада давлений на компрессоре не выше зафиксированного, значение перепада давлений на конфузоре ниже зафиксированного и значение частоты вращения ротора не ниже зафиксированного, то формируют первый сигнал защиты, в случае снижения частоты вращения ротора фиксируют в памяти значения частоты вращения ротора и перепада давлений на конфузоре, соответствующие переднему фронту сигнала на снижение частоты вращения, после этого непрерывно определяют разность между текущим значением частоты вращения и зафиксированным, а также разность между текущим значением перепада давлений на конфузоре и зафиксированным, определяют отношение разности перепада давлений на конфузоре к разности частот вращения, после снижения частоты вращения на пороговую величину, превышающую технологическую нестабильность и погрешность измерения частоты вращения, это отношение фиксируют в памяти и в дальнейшем сравнивают с ним текущее значение этого отношения с учетом коэффициента кривизны газодинамических характеристик на границе помпажа, при превышении текущим значением этой функции отношения разностей зафиксированного ранее в памяти, формируют второй сигнал защиты, имея при этом общий сигнал помпажа при появлении первого или второго сигнала защиты. This goal is achieved by the fact that in the method of protecting the compressor from surging by measuring the gas pressure behind the compressor, the gas pressure in front of the compressor, the pressure drop across the inlet constriction device (confuser), the rotational speed of its rotor and determining the pressure drop across the compressor, the initial pressure drop values are fixed on the confuser, the pressure drop across the compressor and the rotor speed in the memory, then compare the current values of these parameters with the fixed values, if the current value is not the pressure drop on the compressor is higher than previously fixed, then these current values are fixed as new values, thus updating the memory, if the current value of the pressure drop on the compressor is not higher than the fixed value, the pressure drop on the confuser is lower than the fixed value and the rotor speed is not lower than the fixed value, then the first protection signal is generated, in the case of a decrease in the rotor speed, the values of the rotor speed and the differential pressure on the confuser corresponding to the leading edge of the signal to reduce the speed, then the difference between the current value of the speed and the fixed is continuously determined, as well as the difference between the current value of the differential pressure on the confuser and the fixed, determine the ratio of the difference in pressure difference on the confuser to the difference in speed, after reducing the speed by a threshold value that exceeds technological instability and the error in measuring the speed of rotation, this ratio is recorded in the memory and then compared with n the current value of this ratio, taking into account the coefficient of curvature of the gas-dynamic characteristics at the surge boundary, when the current value of this function exceeds the difference ratio previously recorded in the memory, a second protection signal is generated, having a common surge signal when the first or second protection signal appears.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство защиты компрессора от помпажа, содержащее датчик давления газа за компрессором, датчик давления газа перед компрессором, датчик перепада давлений на конфузоре, датчик частоты вращения, схему вычитания и схему ИЛИ, введены четыре схемы сравнения, вторая схема ИЛИ, пять элементов памяти, два статических триггера, три схемы И и схема вычисления, причем выходы датчиков давления на выходе и входе компрессора соединены со входами схемы вычитания, выход которой подключен к первому входу первой схемы сравнения и к аналоговому входу первого элемента памяти, выход первой схемы сравнения соединен с первым входом первой схемы ИЛИ и со входами сброса первого и второго статических триггеров, второй вход первой схемы ИЛИ подключен ко входу "Сигнал пуска компрессора", третий вход первой схемы ИЛИ соединен со входом "Сигнал снижения частоты вращения" устройства и входом установки первого статического триггера, а выход ее подключен ко входам включения записи первого и второго элементов памяти, выход первого элемента памяти соединен со вторым входом первой схемы сравнения, выход второго элемента памяти соединен с первым входом второй схемы сравнения, второй вход которой подключен к аналоговому входу второго элемента памяти, к выходу датчика измерения перепада давлений на конфузоре, к аналоговому входу четвертого элемента памяти и третьему входу схемы вычисления, выход первого статического триггера соединен с первым входом первой схемы И, второй вход которой подключен к выходу этой же схемы "И" и ко входам включения записи третьего и четвертого элементов памяти, вход третьего элемента памяти соединен с выходом датчика измерения частоты вращения ротора, вторым входом третьей схемы сравнения и первым входом схемы вычисления, выход третьего элемента памяти подключен к первому входу третьей схемы сравнения и ко второму входу схемы вычисления, выход четвертого элемента памяти соединен с четвертым входом схемы вычисления, выход третьей схемы сравнения подключен к установочному входу второго статического триггера, выход которого соединен с первым входом второй схемы И, входом включения схемы вычисления и вторым входом третьей схемы И, второй вход второй схемы И подключен к ее выходу и ко входу включения записи пятого элемента памяти, аналоговый вход которого соединен с выходом схемы вычисления и первым входом четвертой схемы сравнения, второй вход которой подключен к выходу пятого элемента памяти, а выход к первому входу третьей схемы И, выход которой соединен со вторым входом второй схемы ИЛИ, первый вход которой подключен к выходу второй схемы сравнения, а выход является выходом "Помпаж компрессора" устройства. This goal is achieved by the fact that in the compressor protection device against surge, containing a gas pressure sensor behind the compressor, a gas pressure sensor in front of the compressor, a differential pressure sensor on the confuser, a speed sensor, a subtraction circuit and an OR circuit, four comparison schemes are introduced, the second OR circuit , five memory elements, two static flip-flops, three AND circuits and a calculation circuit, the outputs of the pressure sensors at the output and input of the compressor connected to the inputs of the subtraction circuit, the output of which is connected to the first input of the first comparison circuit and to the analog input of the first memory element, the output of the first comparison circuit is connected to the first input of the first OR circuit and to the reset inputs of the first and second static triggers, the second input of the first circuit OR is connected to the input "Compressor start signal", the third input of the first circuit OR connected to the input "Speed Reduction Signal" of the device and the installation input of the first static trigger, and its output is connected to the recording enable inputs of the first and second memory elements, the output of the first memory element is connected to w by the first input of the first comparison circuit, the output of the second memory element is connected to the first input of the second comparison circuit, the second input of which is connected to the analog input of the second memory element, to the output of the differential pressure sensor on the confuser, to the analog input of the fourth memory element and the third input of the calculation circuit, the output of the first static trigger is connected to the first input of the first And circuit, the second input of which is connected to the output of the same And circuit and to the recording enable inputs of the third and fourth memory elements, the input is third its memory element is connected to the output of the sensor for measuring the rotor speed, the second input of the third comparison circuit and the first input of the calculation circuit, the output of the third memory element is connected to the first input of the third comparison circuit and to the second input of the calculation circuit, the output of the fourth memory element is connected to the fourth input of the circuit calculation, the output of the third comparison circuit is connected to the installation input of the second static trigger, the output of which is connected to the first input of the second circuit And, the input of the calculation circuit and the second the third input of the third AND circuit, the second input of the second AND circuit is connected to its output and to the recording enable input of the fifth memory element, the analog input of which is connected to the output of the calculation circuit and the first input of the fourth comparison circuit, the second input of which is connected to the output of the fifth memory element, and the output to the first input of the third AND circuit, the output of which is connected to the second input of the second OR circuit, the first input of which is connected to the output of the second comparison circuit, and the output is the "Compressor surge" output of the device.
Введение в заявляемый способ фиксации первоначальных значений перепада давлений на компрессоре, перепада давлений на конфузоре и частоты вращения ротора со сравнением их текущих значений с зафиксированными, и того что если текущее значение перепада давлений на компрессоре выше зафиксированного, то текущие значения фиксируют в памяти в качестве новых значений, то есть обновляют память, если же текущее значение перепада давлений на компрессоре не выше зафиксированного, текущее значение перепада давлений на конфузоре ниже зафиксированного, а значение частоты вращения ротора не ниже зафиксированного, то формируют первый сигнал защиты, если же происходит снижение частоты вращения ротора, то фиксируют в памяти значения частоты вращения ротора и перепада давлений на конфузоре, соответствующие переднему фронту сигнала на снижение частоты вращения, после этого непрерывно определяют разность между текущим значением частоты вращения и зафиксированным, а также разность между текущим значением перепада давлений на конфузоре и зафиксированным, определяют отношение разности перепада давлений на конфузоре к разности частот вращения, после снижения частоты вращения на пороговую величину, превышающую технологическую нестабильность и погрешность измерения частоты вращения, это отношение фиксируют в памяти и в дальнейшем сравнивают с ним текущее значение этого отношения с учетом коэффициента кривизны газодинамических характеристик на границе помпажа, при превышении текущим значением этой функции отношения разностей зафиксированного ранее в памяти, формируют второй сигнал защиты, при этом общий сигнал помпажа формируют как при появлении первого так и при появлении второго сигнала защиты, и введение в заявляемое устройство четырех схем сравнения, схемы ИЛИ, пяти элементов памяти, двух статических триггеров, трех схем И, схемы вычисления с совокупностью соответствующих связей, позволяет повысить точность и надежность распознавания помпажа в начале его зарождения и могут быть пригодны как для осевых, так и для центробежных компрессоров, работающих на любую нагрузку, а также при антипомпажном регулировании позволяет осуществлять автоматический съем помпажной характеристики компрессора. An introduction to the inventive method of fixing the initial values of the differential pressure on the compressor, the differential pressure on the confuser and the rotor speed with a comparison of their current values with the fixed ones, and the fact that if the current value of the differential pressure on the compressor is higher than the fixed value, then the current values are recorded in the memory as new values, that is, they update the memory, if the current value of the differential pressure on the compressor is not higher than the fixed value, the current value of the differential pressure on the confuser is lower than fixed oh, and the rotor speed is not lower than the fixed one, then the first protection signal is generated, if the rotor speed decreases, then the values of the rotor speed and differential pressure on the confuser corresponding to the leading edge of the signal to reduce the rotational speed are recorded, then continuously determine the difference between the current value of the rotational speed and the fixed, as well as the difference between the current value of the differential pressure on the confuser and the fixed, determine the ratio of the difference pressure difference on the confuser to the difference in rotational speeds, after reducing the rotational speed by a threshold value that exceeds the technological instability and the error in measuring the rotational speed, this ratio is recorded in the memory and then the current value of this ratio is compared with it taking into account the coefficient of curvature of the gas-dynamic characteristics at the surge boundary , when the current value of this function exceeds the ratio of differences recorded earlier in the memory, a second protection signal is generated, with the total pump signal Ms. form both the appearance of the first and the appearance of the second protection signal, and the introduction into the inventive device of four comparison circuits, OR circuits, five memory elements, two static triggers, three And circuits, calculation circuits with a combination of corresponding connections, allows to increase the accuracy and reliability recognition of surge at the beginning of its inception and can be suitable for both axial and centrifugal compressors operating at any load, as well as with anti-surge regulation allows automatic I will eat the surge characteristic of the compressor.
Указанные существенные признаки в совокупности характеризующие сущность заявляемых технических решений, не известны в настоящее время среди способов и устройств защиты компрессоров от помпажа, аналогов, характеризующихся идентичностью всем существенным признакам изобретения, в ходе исследований не обнаружено, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемых технических решений критерию "Новизна". These essential features together characterizing the essence of the claimed technical solutions are not currently known among the methods and devices for protecting compressors from surging, analogues that are identical to all the essential features of the invention were not found during research, which allows us to conclude that the claimed technical solutions meet the criterion "Novelty".
Существенные признаки заявляемых объектов изобретения не могут быть представлены как комбинации, выявленные из известных решений с реализацией в виде отличительных признаков для достижения технического результата, из чего следует делать вывод о соответствии заявляемого способа и устройства критерию "Изобретательский уровень". The essential features of the claimed objects of the invention can not be represented as combinations identified from known solutions with the implementation in the form of distinctive features to achieve a technical result, from which it should be concluded that the proposed method and device meets the criterion of "Inventive step".
В связи с тем, что заявляемые технические решения, связанные единым изобретательским замыслом, предназначены для использования в реальных системах защиты и управления газоперекачивающих агрегатов, как для центробежных компрессоров, так и для осевых компрессоров газоприводных двигателей, а указанные совокупности признаков достаточно подробно раскрыты в виде технической реализации, представленной как в описании способа и устройства, так и на чертежах, и подтверждающей возможность ее осуществления с достижением технического результата, изобретение соответствует требованию критерия "Промышленная применимость". Due to the fact that the claimed technical solutions associated with a single inventive concept are intended for use in real protection systems and control of gas pumping units, both for centrifugal compressors and for axial compressors of gas drive engines, and these sets of features are disclosed in sufficient detail in the form of technical implementation, presented both in the description of the method and device, and in the drawings, and confirming the possibility of its implementation with the achievement of the technical result The invention meets the requirement of "Industrial Applicability" criterion.
На фиг. 1 представлено изменение положения рабочей точки компрессора при движении к границе помпажа двумя способами: при увеличении нагрузки и поддержании постоянства оборотов ротора компрессора (точки 1, 2, 3) и при снижении оборотов ротора компрессора с сохранением постоянной нагрузки компрессора (точки 1, 4, 5). In FIG. Figure 1 shows the change in the position of the compressor operating point when moving toward the surge boundary in two ways: when the load increases and the compressor rotor speed is kept constant (
На фиг. 2 представлена функциональная схема устройства. In FIG. 2 shows a functional diagram of the device.
На фиг. 3 представлен комплекс средств возможной реализации. In FIG. 3 presents a set of means of possible implementation.
Способ осуществляется путем измерения давления газа за компрессором, измерения давления газа перед компрессором, измерения перепада давлений на конфузоре, измерения частоты вращения ротора компрессора, в котором вычисляют перепад давлений на компрессоре, запоминают при отсутствии снижения частоты вращения ротора компрессора перепад давлений на компрессоре DPmax, если он растет (из-за увеличения нагрузки), одновременно запоминают соответствующее значение перепада давлений на конфузоре ΔPmin, сравнивают текущее значение перепада давлений на конфузоре ΔPt с ΔPmin и формируют первый сигнал защиты P1 при ΔPt<ΔPmin и DPt<DPmax, если же происходит снижение частоты вращения ротора, то фиксируют в памяти значения частоты вращения ротора Nс и перепада давлений на конфузоре ΔPс соответствующие переднему фронту сигнала на снижение частоты вращения, после снижения частоты вращения на пороговую величину, превышающую технологическую нестабильность и погрешность измерения частоты вращения, вычисляют величину
где ΔPt и Nt - текущие значения,
причем запоминают значение Yс, соответствующее первому вычислению и в дальнейшем сравнивая Y и Yс, формируют второй сигнал защиты P2, если Yс<(K2•Y),
где K2 - коэффициент в диапазоне (0,1), учитывающий кривизну газодинамических характеристик компрессора, формируют обобщенный сигнал помпажа при наличии сигналов P1 или P2.The method is carried out by measuring the gas pressure behind the compressor, measuring the gas pressure in front of the compressor, measuring the differential pressure across the confuser, measuring the compressor rotor speed, in which the pressure differential across the compressor is calculated, remembering if there is no decrease in the compressor rotor speed, the differential pressure across the DP max compressor, if it grows (due to an increase in load), at the same time, the corresponding differential pressure value on the confuser ΔP min is stored, the current differential pressure value is compared ΔP t with ΔP min on the confuser and form the first protection signal P1 at ΔP t <ΔP min and DP t <DP max , if, however, the rotor speed decreases, then the values of the rotor speed N s and the differential pressure on the confuser are recorded ΔP with the corresponding leading edge of the signal to reduce the speed, after reducing the speed by a threshold value that exceeds the technological instability and the error in measuring the speed, calculate the value
where ΔP t and N t are current values,
moreover, the value of Y c corresponding to the first calculation is stored and further comparing Y and Y c , a second protection signal P2 is formed if Y c <(K2 • Y),
where K2 is a coefficient in the range (0.1), taking into account the curvature of the gas-dynamic characteristics of the compressor, form a generalized surge signal in the presence of signals P1 or P2.
Устройство (фиг. 2) содержит:
датчик 2 измерения давления газа на выходе компрессора 1,
датчик 3 измерения давления газа на входе компрессора,
датчик 4 измерения перепада давлений на конфузоре,
датчик 5 измерения частоты вращения ротора компрессора,
схему вычитания 6, определяющую перепад давлений на компрессоре,
схемы сравнения 8, 13, 20 и 21,
статические триггера 10 и 14,
логические схемы ИЛИ 9 и 23,
логические схемы И 11, 15 и 22,
элементы памяти 7, 12, 16, 17 и 19,
схему вычисления 18,
выходы датчиков 2 и 3 давления на выходе и входе компрессора 1 соединены со входами схемы 6 вычитания, выход которой подключен к первому входу первой схемы 8 сравнения и к аналоговому входу первого элемента 16 памяти, выход первой схемы 8 сравнения соединен с первым входом первой схемы 9 ИЛИ и со входами сброса первого 10 и второго 14 статических триггеров, второй вход первой схемы 9 ИЛИ подключен к входу "Сигнал пуска компрессора", третий вход схемы 9 ИЛИ соединен с входом "Сигнал снижения частоты вращения" устройства и входом установки первого статического триггера 10, выход первой схемы 9 ИЛИ соединен со входами включения записи первого 16 и второго 17 элементов памяти, выход первого 16 элемента памяти соединен со вторым входом первой схемы 8 сравнения, выход второго 17 элемента памяти соединен с первым входом второй схемы 20 сравнения, второй вход которой подключен к аналоговому входу второго элемента 17 памяти, к выходу датчика 4 измерения перепада давлений на конфузоре, к аналоговому входу четвертого элемента 12 памяти, к третьему входу схемы 18 вычисления, выход первого статического триггера 10 соединен с первым входом первой схемы 11 И, второй вход которой подключен к ее выходу и со входами включения записи третьего 7 и четвертого 12 элементов памяти, вход третьего элемента 7 памяти соединен с выходом датчика 5 измерения частоты вращения ротора, с вторым входом третьей схемы 13 сравнения и с первым входом схемы 18 вычисления, выход третьего элемента 7 памяти подключен к первому входу третьей схемы 13 сравнения и ко второму входу схемы 18 вычисления, выход четвертого элемента 12 памяти соединен с четвертым входом схемы 18 вычисления, выход третьей схемы 13 сравнения подключен к установочному входу S второго статического триггера 14, выход которого соединен с первым входом второй схемы 15 И, входом включения схемы 18 вычисления и вторым входом третьей схемы 22 И, второй вход второй схемы 15 подключен к ее выходу и ко входу включения записи пятого элемента 19, аналоговый вход которого соединен с выходом схемы 18 вычисления и первым входом четвертой схемы 21 сравнения, второй вход которой подключен к выходу пятого элемента 19 памяти, а выход к первому входу третьей схемы 22 И, выход которой соединен со вторым входом второй схемы 23 ИЛИ, первый вход которой подключен к выходу второй схемы 20 сравнения, а выход является выходом "Помпаж" устройства.The device (Fig. 2) contains:
differential
a
logic circuits OR 9 and 23,
logic circuits And 11, 15 and 22,
the outputs of the
Схема вычитания 6 вычисляет текущее значение перепада давлений на компрессоре. Перед пуском компрессора начальные значения перепадов давлений на компрессоре и на конфузоре в пределах погрешностей измерения равны нулю. Поэтому в первый момент пуска через схему ИЛИ 9 на элементы памяти 16 и 17 поступает команда на запись начальных значений: перепада давлений на компрессоре в элемент памяти 16 и перепада давлений на конфузоре - в элемент 17, что выполняет задачу инициализации этих элементов памяти. В основе способа лежит тот факт, что с увеличением нагрузки на выходе компрессора перепад давлений на компрессоре растет до некоторого уровня, определяемого максимальной нагрузочной способностью компрессора при данных оборотах ротора компрессора DPmax (N). При дальнейшем увеличении нагрузки перепад давлений на компрессоре DP не возрастает, поскольку мощности компрессора не хватает для дальнейшего сжатия газа. При этом признаком увеличения нагрузки является продолжающееся снижение расхода газа через компрессор, что эквивалентно снижению перепада давлений на конфузоре ΔP. Кривая DPmax (N) является границей помпажа, справа от которой находится рабочая зона компрессора. Компрессор может попасть в помпаж либо:
путем увеличения нагрузки (на фиг. 1 один из таких путей изображен точками 1, 2, 3),
либо путем снижения нагрузочной способности при сохранении нагрузки, т. е. снижением частоты вращения ротора компрессора N, благодаря чему снижается нагрузочная способность компрессора DPmax (N) (на фиг. 1 один из таких путей изображен точками 1, 4, 5).
by increasing the load (in Fig. 1, one of such paths is depicted by
or by reducing the load capacity while maintaining the load, i.e., by reducing the rotor speed of the compressor N, thereby reducing the load capacity of the compressor DP max (N) (in Fig. 1, one of such paths is indicated by
Способ в предлагаемом изобретении предусматривает определение помпажа для обеих вариантов. Для определения помпажа в первом варианте используются схема вычитания 6, схемы сравнения 8 и 20, схема ИЛИ 9, элементы памяти 16 и 17. При росте нагрузки, когда рабочая точка компрессора находится справа от границы помпажа, текущее значение DPt на выходе схемы вычитания 6 будет расти, схема сравнения 8, сравнивая DPt со значением, записанным ранее в элемент памяти 16, будет формировать сигнал записи новых значений DP в элементе памяти 16 и соответствующих ему значений ΔP в элемент памяти 17. Так будет продолжаться до тех пор, пока рабочая точка компрессора не займет положение точки 3 на фиг. 1. При дальнейшем увеличении нагрузки DPt перестанет возрастать, вследствие чего перестанут обновляться значения, записанные в элементах памяти 16 и 17. Схема сравнения 20, сравнивая текущие значения перепада на конфузоре ΔPt с результатом, записанным в элемент памяти 17 и соответствующим положению точки 3 на фиг. 1, сформирует сигнал защиты P1 при условии:
ΔPt < K1•ΔP17, (2)
где ΔPt - текущее значение перепада давлений на конфузоре,
ΔP17 - значение перепада давлении на конфузоре, записанное в элемент памяти 17,
K1 - коэффициент в диапазоне (0, 1), учитывающий погрешность измерения и технологическую нестабильность показаний ΔP.The method in the present invention provides for the determination of surge for both options. To determine the surge in the first embodiment, a
ΔP t <K1 • ΔP 17 , (2)
where ΔP t is the current value of the differential pressure on the confuser,
ΔP 17 is the pressure drop across the confuser recorded in the
K1 - coefficient in the range (0, 1), taking into account the measurement error and technological instability of the readings ΔP.
При снижении частоты вращения ротора компрессора элементы памяти 16 и 17 не формируют сигнала защиты, а только отслеживают новые положения рабочей точки компрессора до окончания снижения частоты вращения, чтобы затем снова приступить к определению движения рабочей точки к границе помпажа из-за роста нагрузки. With a decrease in the compressor rotor speed, the
Для определения помпажа во втором варианте, т.е. при снижении нагрузочной способности из-за снижения частоты вращения ротора компрессора используются статические триггера 10, 14, логические схемы И 11, 15, 22, элементы памяти 7, 12, 19, схемы сравнения 13, 21 и схема вычисления 18. В основе определения сигнала защиты P2 лежит существенное снижение кривизны газодинамических характеристик вблизи границы помпажа. Это наглядно видно при перемещении рабочей точки компрессора из положения 1 в точки 4 и 5 на фиг. 2. Несложно видеть, что при равенстве
N3 - N2 = N2 - N1
имеет место
(ΔP2-ΔP3) ≫ (ΔP1-ΔP2) (3)
Задача триггера 10 и схемы И 11 - обеспечить запись частоты вращения в элемент памяти 7 (Nс) и перепада на конфузоре в элемент памяти 12 ( ΔPс) при подаче команды на снижение частоты вращения. Задача схемы сравнения 13, триггера 14 и схемы И 15 - сформировать сигнал запуска в работу вычислителя 18 и строб записи первого вычисленного значения Y в элемент памяти 19. Схема сравнения 13 выдаст сигнал установки триггера 14 в единичное состояние, когда будет выполнено условие:
Nc-Nt > ΔN, (4)
где Nс - значение частоты вращения, записанное в элемент памяти 7,
Nt - текущее значение частоты вращения,
ΔN - заранее установленная величина, гарантировано превышающая технологическую нестабильность показаний частоты вращения в отсутствии команд на снижение и повышение частоты вращения.To determine the surge in the second embodiment, i.e. when reducing the load capacity due to a decrease in the compressor rotor speed,
N 3 - N 2 = N 2 - N 1
takes place
(ΔP 2 -ΔP 3 ) ≫ (ΔP 1 -ΔP 2 ) (3)
The task of
N c -N t > ΔN, (4)
where N with - the value of the speed recorded in the
N t is the current value of the rotational speed,
ΔN is a pre-set value that is guaranteed to exceed the technological instability of the speed reading in the absence of commands to reduce and increase the speed.
После выполнения условия (4) триггер 14 взводится и запускает вычислитель 18, который начинает непрерывные вычисления по формуле (1). Поскольку запуск вычислителя 18 начинается после выполнения условия (4), то исключается деление на 0. Первый результат вычисления записывается в ячейку памяти 19, а последующие результаты вычислений сравниваются со значением, записанным в элемент памяти 19. Схема сравнения 21 срабатывает при выполнении условия
K2•Y > Yс, (5)
где Y - текущее значение результата вычисления на выходе вычислителя 18,
Yс - первое значение результата вычисления, записанное в элемент памяти 19,
K2 - коэффициент в диапазоне (0, 1), учитывающий кривизну газодинамических характеристик компрессора в зоне границы помпажа.After condition (4) is fulfilled, the
K2 • Y> Y s , (5)
where Y is the current value of the calculation result at the output of the
Y with - the first value of the calculation result recorded in the
K2 is a coefficient in the range (0, 1), taking into account the curvature of the gas-dynamic characteristics of the compressor in the zone of the surge boundary.
Высоких требований по точности к этому коэффициенту не предъявляется. There are no high requirements for accuracy to this coefficient.
Схема И 22 разрешает формирование сигнала P2 только после того, как снижение частоты вращения превысило величину ΔN по формуле (4), т.е. вышло за границу технологической нестабильности показаний N. Благодаря тому, что триггера 10 и 14 сбрасываются сигналом с выхода схемы сравнения 8, т.е. с ростом перепада давлений на компрессоре, снижение частоты вращения может осуществляться не только непрерывно, но и импульсами. The circuit And 22 allows the formation of the signal P2 only after the decrease in the speed exceeds the value ΔN by the formula (4), i.e. went beyond the technological instability of the readings N. Due to the fact that the
Предлагаемое изобретение пригодно для защиты от помпажа осевых и центробежных компрессоров, как турбоприводных, так и электроприводных. The present invention is suitable for protection against surge of axial and centrifugal compressors, both turbo-driven and electric-driven.
По сравнению с прототипом способ и устройство обладает более высокой точностью и надежностью распознавания помпажа и пригодны для компрессоров, работающих на любую нагрузку, в том числе и емкостную, а не только на реактивное сопло. Устройство не требует создания уникальной аппаратуры и может быть выполнено на базе широко распространенных элементов, например:
датчик частоты вращения ДЧВ-2500, вторичный преобразователь к нему UNIO 48, фирмы "Octagon Systems" [4],
датчики давлений и перепада давлений ТЖИУ406 [5], вторичные преобразователи к ним - фирмы "Analog Devices" [3],
модуль дискретного вывода 70G-ODC5 фирмы "Grayhill" [3],
все остальные элементы устройства могут быть выполнены на модулях фирмы "Octagon Systems" [3].Compared with the prototype, the method and device has a higher accuracy and reliability of surge recognition and are suitable for compressors operating at any load, including capacitive, and not just a jet nozzle. The device does not require the creation of unique equipment and can be performed on the basis of widespread elements, for example:
speed sensor ДЧВ-2500, a secondary converter to it,
TZHIU406 pressure and differential pressure sensors [5], their secondary converters are Analog Devices firms [3],
all other elements of the device can be performed on Octagon Systems modules [3].
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 985450, F 04 D 27/02, 1982 г.Sources of information
1. USSR author's certificate N 985450, F 04 D 27/02, 1982
2. Патент РФ N 2041398, F 04 D 27/02, 1995 (прототип). 2. RF patent N 2041398, F 04 D 27/02, 1995 (prototype).
3. Каталог ProSoft N 2 - вторичные преобразователи "Analog Devices" 7В32, стр. 36, модуль фирмы "Octagon Systems" 5066, стр. 111, модуль фирмы "Octagon Systems" 5710, стр. 116, модуль фирмы "Grayhill" 70G-ODC5, стр. 75. 3.
4. Каталог фирмы "Octagon Systems", MICRO PC, LAN Automatic, 07.1998, Программируемые модули ввода-вывода, руководство пользователя: модуль UNIO 48-5. 4. Octagon Systems catalog, MICRO PC, LAN Automatic, 07.1998, Programmable I / O Modules, User Manual: UNIO 48-5 module.
5. Датчик абсолютного давления ТЖИУ 406А, (ТЖИУ 406233.006ТУ, ВНИИА, г Москва). Датчик абсолютного давления ТЖИУ 406(ДУ), (ТЖИУ 406233.008ТУ, ВНИИА, г Москва). 5. Absolute pressure sensor ТЖИУ 406А, (ТЖИУ 406233.006ТУ, VNIIA, Moscow). Absolute pressure sensor ТЖИУ 406 (ДУ), (ТЖИУ 406233.008ТУ, VNIIA, Moscow).
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98124051A RU2150611C1 (en) | 1998-12-30 | 1998-12-30 | Anti-surge method and device for compressor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98124051A RU2150611C1 (en) | 1998-12-30 | 1998-12-30 | Anti-surge method and device for compressor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2150611C1 true RU2150611C1 (en) | 2000-06-10 |
Family
ID=20214226
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU98124051A RU2150611C1 (en) | 1998-12-30 | 1998-12-30 | Anti-surge method and device for compressor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2150611C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2453733C2 (en) * | 2010-04-23 | 2012-06-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственная фирма "Система-Сервис" | Compressor antisurge protection |
| RU2454571C2 (en) * | 2006-09-05 | 2012-06-27 | Конокофиллипс Компани | Control method of system using turbine for bringing first compressor into action |
-
1998
- 1998-12-30 RU RU98124051A patent/RU2150611C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2454571C2 (en) * | 2006-09-05 | 2012-06-27 | Конокофиллипс Компани | Control method of system using turbine for bringing first compressor into action |
| RU2453733C2 (en) * | 2010-04-23 | 2012-06-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственная фирма "Система-Сервис" | Compressor antisurge protection |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100381464B1 (en) | Turbomachinery with variable angle fluid guiding devices | |
| Storer et al. | Tip leakage flow in axial compressors | |
| RU2168071C2 (en) | Method of measuring distance between working point of turbo-compressor and its surging boundary (versions) and device for determination of position of working point of turbo-compressor relative to its surging boundary (versions) | |
| Day et al. | Prediction of compressor performance in rotating stall | |
| KR102551338B1 (en) | Control system for compressor and method of controlling the compressor | |
| RU2337250C2 (en) | Method of controlling gas turbine engine in acceleration and throttling dynamic conditions | |
| CA2184130A1 (en) | Method and apparatus for load balancing among multiple compressors | |
| JPS61149531A (en) | Apparatus for confirming finish of stall/surging | |
| Syverud et al. | The impact of surface roughness on axial compressor performance deterioration | |
| US7108477B2 (en) | Warning before pump limit or in case of blade failure on a turbomachine | |
| US4662817A (en) | Apparatus and methods for preventing compressor surge | |
| US5851103A (en) | Turbomachinery with variable angle fluid guiding devices | |
| RU2150611C1 (en) | Anti-surge method and device for compressor | |
| Carretta et al. | Numerical prediction of centrifugal compressor stability limit | |
| JPS62195492A (en) | Surging preventing device for turbocompressor | |
| Galloway et al. | An investigation of the stability enhancement of a centrifugal compressor stage using a porous throat diffuser | |
| KR102531288B1 (en) | Performance evaluating method of a centrifugal pump and computing device for performing the method | |
| JPH0816479B2 (en) | Surge prevention device for compressor | |
| JPS62113890A (en) | Method of adjusting turbocompressor | |
| RU2458257C1 (en) | Protection method for turbocompressor against stalling | |
| JPH01394A (en) | Compressor surging prevention device | |
| Hayami | Research and Development of a Transonic Turbo Compressor Hiroshi Hayami | |
| JP3469178B2 (en) | Optimal load control system for compressor | |
| KR102229398B1 (en) | Compressor system and control method of the same | |
| US20220220978A1 (en) | Compressor system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20061231 |