RU2311564C1 - Method of measuring distance from working point of turbocompressor to surge line - Google Patents
Method of measuring distance from working point of turbocompressor to surge lineInfo
- Publication number
- RU2311564C1 RU2311564C1 RU2006125490/06A RU2006125490A RU2311564C1 RU 2311564 C1 RU2311564 C1 RU 2311564C1 RU 2006125490/06 A RU2006125490/06 A RU 2006125490/06A RU 2006125490 A RU2006125490 A RU 2006125490A RU 2311564 C1 RU2311564 C1 RU 2311564C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- surge
- operating point
- compressor
- point
- distance
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области компрессоростроения и эксплуатации компрессоров, в частности к области противопомпажного регулирования и защиты.The invention relates to the field of compressor engineering and operation of compressors, in particular to the field of surge control and protection.
Известен способ измерения расстояния от рабочей точки турбокомпрессора до границы помпажа (Пивень В.Д. и др. "Автоматизация газотурбинных остановок", Ленинград, Машиностроение, 1967), в котором рабочая точка турбокомпрессора и линия границы помпажа, определенная как прямая линия, строятся в координатах перепад давления на сужающем устройстве, установленном на входе компрессора (Δр0) (X, абсцисса), и давления на выходе компрессора (рвых.) (Y, ордината), при этом расстояние от рабочей точки до границы помпажа определяется как разность между абсциссой соответствующей точки линии границы помпажа, имеющей ординату рабочей точки, и абсциссой рабочей точки.A known method of measuring the distance from the operating point of the turbocharger to the surge border (Piven V.D. et al. "Automation of gas turbine stops", Leningrad, Mechanical Engineering, 1967), in which the operating point of the turbocharger and the surge boundary line, defined as a straight line, are built in the coordinates of the pressure drop on the constriction device installed at the compressor inlet (Δр 0 ) (X, abscissa), and the pressure at the compressor outlet (р out. ) (Y, ordinate), while the distance from the operating point to the surge boundary is defined as the difference between abscess piss of the corresponding point of the surge line, which has the ordinate of the working point, and the abscissa of the working point.
Учитывая, что для противопомпажного регулирования возможно перерегулирование процесса, то границу помпажа смещают в зону устойчивой работы компрессора на определенную величину для обеспечения так называемой зоны безопасности, и для целей противопомпажного регулирования производят отсчет расстояния от рабочей точки до смещенной границы помпажа, которая называется линией противопомпажного регулирования (в дальнейшем для краткости - линией регулирования) и которая служит для определения задания противопомпажного регулятора. При этом вычисленную разность используют в замкнутом контуре противопомпажного регулирования с применением регулятора, работающего по пропорциональному закону регулирования (П-регулирования). Если разность больше нуля, то противопомпажный клапан будет закрываться, если разность меньше нуля, то клапан будет открываться, удерживая рабочую точку вблизи линии регулирования.Given that it is possible to overshoot the process for anti-surge control, the surge boundary is shifted to the compressor stable operation zone by a certain amount to ensure the so-called safety zone, and for the purpose of anti-surge control, the distance from the operating point to the shifted surge boundary, which is called the anti-surge control line, is counted. (hereinafter for brevity - the regulation line) and which serves to determine the task of the anti-surge controller. In this case, the calculated difference is used in a closed-loop anti-surge control with the use of a controller operating according to the proportional control law (P-regulation). If the difference is greater than zero, then the surge valve will close; if the difference is less than zero, the valve will open, holding the operating point near the control line.
Особенностью указанного способа измерения расстояния от рабочей точки до границы помпажа является то, что способ изображения границы помпажа осуществляется в виде прямой линии, которая в действительности может иметь более сложную форму, а также то, что величина расстояния от рабочей точки до границы помпажа зависит от условий на входе компрессора, поскольку выбранные координаты не являются инвариантными по отношению к изменениям параметров рабочей среды на входе в компрессор. Так при изменении температуры рабочей среды в указанных координатах происходит изменение положения границы помпажа, а это может привести к тому, что противопомпажный регулятор может допустить работу компрессора в зоне неустойчивой работы, т.е. не гарантирует защиту компрессора от помпажа.A feature of this method of measuring the distance from the operating point to the surge border is that the image of the surge border is carried out in the form of a straight line, which in reality can have a more complex shape, and also that the distance from the working point to the surge border depends on the conditions at the compressor inlet, since the selected coordinates are not invariant with respect to changes in the parameters of the working medium at the compressor inlet. So, when the temperature of the working medium changes in the indicated coordinates, the position of the surge boundary changes, and this can lead to the fact that the surge controller can allow the compressor to work in the zone of unstable operation, i.e. does not guarantee compressor protection against surge.
Известен более близкий по технической сущности к заявляемому способу способ измерения расстояния от рабочей точки турбокомпрессора до границы помпажа (патент США №5508943, F04D 17/14, опубл. 16.04.1996, патент РФ №2168071 F04D 27/02, опубл. 27.05. 2001), при котором рабочая точка и граница помпажа строятся в различных координатах для компрессоров, не имеющих поворотного входного направляющего аппарата (ВНА), и для компрессоров с входным поворотным направляющим аппаратом.Known closer in technical essence to the claimed method, a method of measuring the distance from the operating point of the turbocharger to the surge border (US patent No. 5508943, F04D 17/14, publ. 04/16/1996, RF patent No. 2168071 F04D 27/02, publ. 27.05. 2001 ), at which the operating point and the surge boundary are plotted in different coordinates for compressors that do not have a rotary input guide vane (VNA), and for compressors with an input rotary guide vane.
В качестве координат используются (для компрессора без ВНА) приведенная мощность компрессора Рr/ks или приведенный крутящий момент Тr/ks, где ks=Cp/Cv для условий на входе компрессора, отношение приведенного политропного перепада к значению ks, отношение перепада давления на сужающем устройстве, установленном на входе компрессора, к значению ks, отношение давлений в компрессоре или отношение квадрата частоты вращения компрессора к значению ks. Если компрессор имеет ВНА, то используется дополнительный параметр, характеризующий угол поворота ВНА. Для принятых комбинаций координат положение рабочей точки определяется угловым коэффициентом луча, проведенного из начала координат в рабочую точку, а положение соответствующей точки на границе помпажа определяется угловым коэффициентом луча, проведенного из начала координат в соответствующую точку границы помпажа, одна из координат которой постоянно равна соответствующей координате рабочей точки. При этом расстояние рабочей точки до границы помпажа определяется отношением углового коэффициента луча, проведенного в рабочую точку, к угловому коэффициенту луча, проведенного в соответствующую точку границы помпажа.The coordinates are used (for a compressor without VNA) the reduced compressor power Р r / k s or the reduced torque Т r / k s , where k s = C p / C v for the conditions at the compressor input, the ratio of the reduced polytropic difference to the value k s , the ratio of the differential pressure across the constriction device installed at the compressor inlet to the value of k s , the ratio of the pressures in the compressor, or the ratio of the square of the compressor speed to the value of k s . If the compressor has a BHA, then an additional parameter is used that characterizes the angle of rotation of the BHA. For the adopted coordinate combinations, the position of the operating point is determined by the angular coefficient of the ray drawn from the origin to the operating point, and the position of the corresponding point on the surge border is determined by the angular coefficient of the ray drawn from the origin of coordinates to the corresponding point of the surge, one of the coordinates of which is constantly equal to the corresponding coordinate working point. In this case, the distance of the operating point to the surge boundary is determined by the ratio of the angular coefficient of the beam drawn to the operating point to the angular coefficient of the beam drawn to the corresponding point of the surge boundary.
В такой системе в случае нахождения рабочей точки в зоне устойчивой работы компрессора это отношение всегда будет меньше единицы и оно будет равно единице при нахождении рабочей точки на границе помпажа (линии регулирования). При перемещении рабочей точки в зону безопасности это отношение будет расти.In such a system, if the operating point is in the zone of stable operation of the compressor, this ratio will always be less than unity and it will be equal to unity when the operating point is at the surge boundary (regulation line). When moving the operating point to the safety zone, this ratio will increase.
Использование мощности (крутящего момента) в качестве координаты рабочей точки связано с необходимостью установки соответствующих датчиков на турбокомпрессорном агрегате, что не всегда представляется осуществимым. Кроме того, необходимо иметь ввиду, что при таком способе измерения расстояния от рабочей точки до границы помпажа затруднена оптимальная настройка регулятора из-за сугубо нелинейной характеристики измеряемого параметра при движении рабочей точки по линии постоянной частоты вращения компрессора.The use of power (torque) as the coordinate of the operating point is associated with the need to install appropriate sensors on the turbocompressor unit, which is not always feasible. In addition, it must be borne in mind that with this method of measuring the distance from the operating point to the surge border, it is difficult to optimally adjust the regulator due to the purely non-linear characteristics of the measured parameter when the operating point moves along the line of constant compressor speed.
Известен также наиболее близкий по технической сущности к заявляемому и выбранный в качестве прототипа способ измерения расстояния от рабочей точки до границы помпажа (патент США №4949276, F04D 27/02, опубл. 14.08.1990, способ также описан в книге "Автоматизация процессов газовой промышленности". Под общей ред. Ф.З.Шайхутдинова и др. СПб., Наука, 2003 г.), в котором граница помпажа и рабочая точка строятся в координатах отношение перепада давления на сужающем устройстве, установленном на входе компрессора (Δр0), к давлению на входе компрессора Рвх (абсцисса) и приведенный политропный напор, полученный делением политропного напора на произведение Zвх.·Tвх., деленное на молекулярный вес (ордината), где Zвх. и Твх - сжимаемость и температура газа на входе компрессора. При этом расстояние от рабочей точки до границы помпажа определяется как отношение углового коэффициента луча, проведенного из начала координат в рабочую точку к угловому коэффициенту луча, проведенного из начала координат в соответствующую точку линии границы помпажа, ордината которой равна ординате рабочей точки.There is also known the closest in technical essence to the claimed and selected as a prototype method of measuring the distance from the operating point to the surge border (US patent No. 4949276, F04D 27/02, publ. 08/14/1990, the method is also described in the book "Automation of gas industry processes ". Under the general editorship of F.Z. Shaikhutdinov et al. St. Petersburg, Nauka, 2003), in which the surge boundary and operating point are plotted in the coordinates of the pressure drop ratio on the constriction device installed at the compressor inlet (Δр 0 ), to the pressure at the inlet of the compressor P in (abscissa ) and the reduced polytropic pressure obtained by dividing the polytropic pressure by the product Z in. · T in. divided by molecular weight (ordinate), where Z in. and T I - compressibility and gas temperature at the inlet of the compressor. In this case, the distance from the operating point to the surge border is defined as the ratio of the angular coefficient of the ray drawn from the origin to the operating point to the angular coefficient of the ray drawn from the origin to the corresponding point of the surge line, the ordinate of which is equal to the ordinate of the operating point.
Использование в качестве координат комплексов параметров, которые инвариантны по отношению к изменениям условий на входе в компрессор, позволяет однозначно определять положение рабочей точки по отношению к границе помпажа при различных условиях на входе компрессора, включая изменение состава рабочей среды.Using coordinate complexes of parameters that are invariant with respect to changes in the conditions at the compressor inlet allows you to uniquely determine the position of the operating point with respect to the surge boundary under various conditions at the compressor inlet, including changing the composition of the working medium.
Особенностью способа-прототипа является нелинейный характер изменения значения расстояния от рабочей точки до границы помпажа при ее приближении к границе помпажа. На фиг.1 показано изменение расстояния от рабочей точки компрессора до границы помпажа Sп при ее движении при постоянной частоте вращения центробежного газового компрессора 2Н-25-76-1.44 для приведенных частот вращения n=0,8 и n=1,0 (Линии 1 и 2), там же показано изменение расстояния от рабочей точки до линии противопомпажного регулирования Sрег. (Линия 3), которая была получена прибавлением коэффициента b=0,53 к значению Sп, и тем самым произведено смещение границы помпажа в направлении зоны устойчивой работы компрессора. Результаты получены по данным характеристики компрессора, построенной в координатах отношение давлений в компрессоре (ордината) и перепад давления на сужающем устройстве на входе компрессора (абсцисса). Из графика видно, что при приближении рабочей точки к границе помпажа (линии регулирования) значение расстояния от рабочей точки до границы помпажа (линии регулирования) резко возрастает от величины, меньшей единицы, до величины, равной единице (когда рабочая точка достигает точки, расположенной на границе помпажа (линии регулирования). При дальнейшем перемещении рабочей точки значение расстояния от рабочей точки до границы помпажа (линии регулирования) продолжает расти. Нужно сказать, что при формировании линии регулирования иным способом, например смещением каждой точки границы помпажа в направлении зоны устойчивой работы компрессора на заданную величину, характер нелинейного изменения расстояния от рабочей точки до линии регулирования сохраняется. Поскольку достижение рабочей точкой линии регулирования служит сигналом для вступления в работу противопомпажного регулятора, то значение расстояния от рабочей точки до линии противопомпажного регулирования, равное единице, служит заданием для этого регулятора, а отклонение расстояния от рабочей точки до линии регулирования (Sрег.) от этого значения служит ошибкой регулирования. Показанная на графике положительная ошибка регулирования (+е) приводит к открытию противопомпажного клапана, а отрицательная ошибка (-е) - к закрытию клапана. Совершенно ясно, что при явно выраженном нелинейном характере изменения расстояния от рабочей точки до линии регулирования ошибка регулирования будет также нелинейно изменяться, что приводит к существенному нелинейному изменению коэффициента усиления регулятора, что затрудняет его оптимальную настройку и, как следствие, не позволяет достичь качественной работы регулятора.A feature of the prototype method is the nonlinear nature of the change in the value of the distance from the operating point to the surge border when it approaches the surge boundary. Figure 1 shows the change in the distance from the operating point of the compressor to the surge margin S p when it moves at a constant speed of a centrifugal gas compressor 2N-25-76-1.44 for the reduced speeds n = 0.8 and n = 1.0 (
Задача, решаемая изобретением, состоит в обеспечении качественной работы противопомпажного регулятора за счет сохранения его оптимальной настройки при измерении его регулируемого параметра, определяемого расстоянием от рабочей точки до линии регулирования, в широком диапазоне работы компрессора. Решение этой задачи позволяет достичь технического результата, заключающегося в увеличении эффективности и надежности противопомпажного регулирования.The problem solved by the invention is to ensure high-quality operation of the surge controller by maintaining its optimal settings when measuring its adjustable parameter, determined by the distance from the operating point to the control line, in a wide range of compressor operation. The solution to this problem allows us to achieve a technical result, which consists in increasing the efficiency and reliability of anti-surge regulation.
Для решения этой задачи в известном способе измерения расстояния от рабочей точки турбокомпрессора до границы помпажа, включающем измерение параметров среды на входе трубокомпрессора, построение рабочей точки компрессора в координатах, инвариантных к изменениям измеренных параметров, линии границы помпажа, определение угловых коэффициентов лучей, проведенных из начала координат в рабочую точку и в соответствующую точку линии границы помпажа, ордината которой равна ординате рабочей точки, для формирования регулируемого параметра для противопомпажного регулятора, расстояние от рабочей точки до границы помпажа определяют как отношение углового коэффициента луча, проведенного из начала координат в точку на границе помпажа, ордината которой равна ординате рабочей точки, к угловому коэффициенту луча, проведенного из начала координат в рабочую точку, и в качестве регулируемого параметра для противопомпажного регулятора используют определенное отношение.To solve this problem, in the known method of measuring the distance from the operating point of the turbocompressor to the surge boundary, including measuring the parameters of the medium at the inlet of the compressor, constructing the compressor operating point in coordinates invariant to changes in the measured parameters, the surge boundary line, determining the angular coefficients of the rays drawn from the beginning coordinates to the operating point and to the corresponding point of the surge line, the ordinate of which is equal to the ordinate of the operating point, to form an adjustable parameter for surge controller, the distance from the operating point to the surge border is defined as the ratio of the angular coefficient of the ray drawn from the origin to the point on the boundary of the surge whose ordinate is equal to the ordinate of the operating point to the angular coefficient of the ray drawn from the origin to the operating point, and as variable parameter for the anti-surge controller use a certain ratio.
В известном способе измерения расстояния от рабочей точки компрессора до границы помпажа (линии регулирования) производится построение границы помпажа (линии регулирования) и рабочей точки в координатах, которые инвариантны по отношению к тем изменениям условий на входе компрессора, которые имеют место в условиях эксплуатации. Так в случае, когда на входе компрессора изменяются не только параметры перекачиваемой рабочей среды (температура, давление), но и состав рабочей среды, оптимальными координатами могут служить указанный выше приведенный политропный напор (в качестве ординаты) и отношение перепада давления на сужающем устройстве, установленном на входе компрессора, к давлению на входе компрессора (в качестве абсциссы). Такие координаты позволяют исключить использование приведенной частоты вращения, что связано с необходимостью измерения текущего значения универсальной газовой постоянной рабочей среды в режиме реального времени.In the known method for measuring the distance from the compressor operating point to the surge border (control line), the surge boundary (control line) and the operating point are constructed in coordinates that are invariant with respect to those changes in the compressor inlet conditions that take place under operating conditions. So, in the case when at the compressor inlet not only the parameters of the pumped working medium (temperature, pressure), but also the composition of the working medium are changed, the above mentioned polytropic pressure (as the ordinate) and the pressure drop ratio on the narrowing device installed at the compressor inlet, to the pressure at the compressor inlet (as an abscissa). Such coordinates make it possible to exclude the use of a reduced speed, which is associated with the need to measure the current value of the universal gas constant of the working medium in real time.
В том случае, если состав газа постоянен или постоянными являются другие параметры рабочей среды, то могут использоваться и другие известные координаты.If the gas composition is constant or other parameters of the working medium are constant, then other known coordinates can be used.
В указанных выше инвариантных координатах положение рабочей точки относительно соответствующих точек границы помпажа (линии регулирования) может изменяться при изменении условий на входе компрессора. Однако при этом неизменными остаются угловые коэффициенты лучей, проведенных из начала координат в указанные точки. Поэтому в качестве значения расстояния от рабочей точки до границы помпажа (линии регулирования) используется отношение углового коэффициента луча, проведенного из начала координат в рабочую точку к угловому коэффициенту луча, проведенного из начала координат в соответствующую точку границы помпажа (линии регулирования), ордината которой равна ординате рабочей точки. Это отношение не меняется при изменении условий на входе компрессора и может служить объективной мерой близости (удаленности) компрессора от границы помпажа (линии регулирования) и может быть использовано в качестве регулируемого параметра противопомпажного регулятора. При нахождении рабочей точки на границе помпажа (линии регулирования) это отношение будет равно единице, которая и принимается в качестве задания противопомпажного регулятора.In the above invariant coordinates, the position of the operating point relative to the corresponding points of the surge border (control line) can change with changing conditions at the compressor inlet. However, the angular coefficients of the rays drawn from the origin to the indicated points remain unchanged. Therefore, as the value of the distance from the operating point to the surge border (control line), we use the ratio of the angular coefficient of the ray drawn from the origin to the operating point to the angular coefficient of the ray drawn from the coordinate origin to the corresponding point of the surge (regulation line), whose ordinate is ordinate of the operating point. This ratio does not change with changing conditions at the compressor inlet and can serve as an objective measure of the proximity (distance) of the compressor from the surge border (control line) and can be used as an adjustable parameter of the surge controller. When the operating point is located on the boundary of the surge (regulation line), this ratio will be equal to unity, which is taken as the task of the anti-surge controller.
Применение заявляемого способа измерения расстояния от рабочей точки до границы помпажа (линии регулирования) при сохранении инвариантности расстояния от рабочей точки до границы помпажа к изменениям условий на входе компрессора позволяет определить этот параметр таким образом, что при перемещении рабочей точки к границе помпажа (линии регулирования) при постоянной частоте вращения компрессора значение коэффициента усиления регулятора, использующего этот параметр в качестве регулируемого параметра, сохраняется практически постоянным.The application of the proposed method for measuring the distance from the operating point to the surge border (control line) while maintaining the invariance of the distance from the working point to the surge border to changes in conditions at the compressor inlet allows you to determine this parameter so that when moving the working point to the surge border (control line) at a constant compressor speed, the gain of the regulator using this parameter as an adjustable parameter is almost constant nym.
Указанные признаки, характеризующие сущность заявляемого технического решения, не известны в подобной совокупности и взаимосвязи в настоящее время для способов определения расстояния от рабочей точки до границы помпажа (линии регулирования). Аналог, характеризующийся идентичностью всем существенным признакам изобретения, в ходе проведения патентных исследований не обнаружен. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "Изобретательский уровень".These features characterizing the essence of the claimed technical solution are not known in such a combination and relationship at present for methods of determining the distance from the operating point to the surge border (regulation line). An analogue characterized by identity to all the essential features of the invention was not found during the course of patent research. This allows us to conclude that the claimed technical solution meets the criterion of "Inventive step".
Сущность заявляемого изобретения поясняется следующими чертежами:The essence of the invention is illustrated by the following drawings:
Фиг.2 - рабочая точка, граница помпажа и линия регулирования.Figure 2 - operating point, the surge line and the regulation line.
Фиг.3 - изменение расстояния от рабочей точки компрессора до границы помпажа (Sп) и до линии регулирования (Sрег) в зависимости от ее положения на линии постоянной частоты вращения компрессора.Figure 3 - change in the distance from the operating point of the compressor to the surge margin (S p ) and to the control line (S reg ) depending on its position on the line of constant speed of the compressor.
Фиг.4 - изменение коэффициента усиления регулятора в зависимости от положения рабочей точки на линии постоянной частоты вращения компрессора.Figure 4 - change in the gain of the controller depending on the position of the operating point on the line of constant speed of the compressor.
На фиг.2 показано положение рабочей точки компрессора в координатах X, Y. Здесь Хрт, Yрт являются соответственно координатами рабочей точки компрессора для частоты вращения компрессора n. Точка А, расположенная на границе помпажа, имеет ординату рабочей точки Yрт, такую же ординату имеет и точка В, расположенная на линии регулирования. При этом считается, что в текущий момент времени расстояния от рабочей точки до границы помпажа (линии регулирования) определяется положением рабочей точки относительно точек А и В, хотя фактически для линии частоты вращения n такими точками являются точки С и D. Однако при движении рабочей точки по линии постоянной частоты вращения компрессора в направлении к границе помпажа вместе с рабочей точкой перемещаются и точки А и В в направлении соответственно точек С и D. Когда рабочая точка достигает точки D, расстояние от рабочей точки до линии регулирования достигает значения задания (1) и регулятор начинает осуществлять стабилизацию режима в этой точке линии регулирования за счет открытия противопомпажного клапана. Если рабочая точка достигает точки С, то компрессор достигает границы помпажа, после чего возможен переход в зону неустойчивой работы компрессора, т.е. помпаж компрессора. Таким образом, хотя при удалении рабочей точки от границы помпажа (линии регулирования) положение точек на этих линиях для соответствующей частоты вращения компрессора не точно известно, тем не менее рабочая точка компрессора точно находит их положение.Figure 2 shows the position of the operating point of the compressor in the coordinates X, Y. Here, X RT , Y RT are respectively the coordinates of the operating point of the compressor for the compressor speed n. Point A, located on the border of the surge, has the ordinate of the operating point Y RT , the same ordinate has point B, located on the regulation line. It is believed that at the current time, the distance from the operating point to the surge border (control line) is determined by the position of the operating point relative to points A and B, although in fact for points of the rotation speed n these points are points C and D. However, when the working point moves along the line of constant speed of the compressor in the direction to the surge border along with the operating point, points A and B move in the direction of points C and D, respectively. When the operating point reaches point D, the distance from the operating point to the line control reaches the value of the reference (1) and the controller begins to stabilize the mode at this point in the control line by opening the surge valve. If the operating point reaches point C, then the compressor reaches the surge threshold, after which it is possible to go into the zone of unstable operation of the compressor, i.e. surging compressor. Thus, although when the operating point is removed from the surge border (control line), the position of the points on these lines for the corresponding compressor speed is not known exactly, nevertheless, the operating point of the compressor accurately finds their position.
Заявленный способ может быть осуществлен на базе программно-технических средств.The claimed method can be implemented on the basis of software and hardware.
Вычислительная часть заявленного способа может быть реализована на любом промышленном контроллере, имеющего быстродействие не менее чем существующие контроллеры, обеспечивающие реализацию известных способов определения расстояния от рабочей точки до границы помпажа, которые служат для определения регулируемой переменной противопомпажного регулятора. Кроме контроллера должны также использоваться датчики для измерения параметров, входящих в комплексы для определения инвариантных координат. Граница помпажа компрессора может задаваться изготовителем компрессора или находится экспериментальным путем при помпажном тестировании компрессора.The computing part of the claimed method can be implemented on any industrial controller having a speed of at least the existing controllers that provide the implementation of known methods for determining the distance from the operating point to the surge border, which are used to determine the controlled variable of the anti-surge controller. In addition to the controller, sensors should also be used to measure the parameters included in the complexes for determining invariant coordinates. The compressor surge margin can be specified by the compressor manufacturer or is experimentally determined during surge testing of the compressor.
В соответствии с заявляемым изобретением значение расстояния от рабочей точки компрессора до границы помпажа (Sп *) (линии регулирования (Sрег *)) определяется отношением углового коэффициента луча, проведенного из начала координат в точку на границе помпажа (линии регулирования), ордината которой равна ординате рабочей точки, к угловому коэффициенту луча, проведенного из начала координат в рабочую точку.In accordance with the claimed invention, the value of the distance from the operating point of the compressor to the surge border (S p * ) (control line (S reg * )) is determined by the ratio of the angular coefficient of the beam drawn from the origin to the point on the surge border (control line), whose ordinate equal to the ordinate of the operating point, to the angular coefficient of the ray drawn from the origin to the operating point.
В такой системе в случае нахождения рабочей точки в зоне устойчивой работы компрессора это отношение всегда будет больше единицы и оно будет равно единице при нахождении рабочей точки на границе помпажа (линии регулирования). При перемещении рабочей точки в зону безопасности это отношение будет падать и становиться меньше единицы.In such a system, if the operating point is in the zone of stable operation of the compressor, this ratio will always be greater than unity and it will be equal to unity when the operating point is at the surge boundary (regulation line). When moving the operating point to the safety zone, this ratio will fall and become less than unity.
На фиг.3 показано, что характер изменения нового значения расстояния от рабочей точки до границы помпажа при ее перемещении по линии постоянной частоты компрессора (линия 1) радикально изменился. Вместо нелинейной зависимости значения Sп=f (Δр0) получена практически линейная функция S*п=f (Δр0). Аналогичный вид имеет и изменение расстояния от рабочей точки до линии регулирования (S* рег) (линия 2). Эта зависимость в данном случае была получена вычитанием значения коэффициента b=0,53 из значения S* п. Показанная на графике положительная ошибка регулирования (+е) приводит к открытию противопомпажного клапана, а отрицательная ошибка (-е) - к закрытию клапана.Figure 3 shows that the nature of the change in the new value of the distance from the operating point to the surge border when it moves along the constant frequency line of the compressor (line 1) has radically changed. Instead of a nonlinear dependence of the value S p = f (Δp 0 ), an almost linear function S * p = f (Δp 0 ) is obtained. The change in the distance from the operating point to the control line (S * reg ) (line 2) has a similar form. This dependence in this case was obtained by subtracting the value of the coefficient b = 0.53 from the value of S * p . The positive control error (+ e) shown in the graph leads to the opening of the anti-surge valve, and the negative error (s) leads to the closing of the valve.
Рассмотрим, как меняется коэффициент усиления противопомпажного регулятора, использующего новое значение расстояния от рабочей точки до линии регулирования при перемещении рабочей точки по линии постоянной частоты вращения. Известно, что коэффициент усиления регулятора может быть определен как производная функции S* рег(X) по X. Иными словами, угол наклона функции S* п=f (Δр0) в точке пересечения с заданием регулятора может дать представление об изменении коэффициента усиления противопомпажного регулятора при перемещении рабочей точки по линии постоянной частоты вращения компрессора.Let us consider how the gain of the anti-surge controller changes, using a new value of the distance from the operating point to the control line when moving the operating point along the line of constant speed. It is known that the gain of the controller can be defined as the derivative of the function S * reg (X) with respect to X. In other words, the angle of inclination of the function S * n = f (Δр 0 ) at the intersection point with the controller's reference can give an idea of the change in the gain of the anti-surge controller when moving the operating point along the line of constant speed of the compressor.
Поскольку линия S* рег строится простым смещением прямой линии S* п вниз на величину коэффициента b, то ее угол наклона будет таким же, как и у линии S* п, иными словами, при смещении линии регулирования - изменении настройки регулятора - коэффициент усиления регулятора не изменяется.Since the S * reg line is constructed by simply shifting the straight line S * p down by the value of coefficient b, its slope angle will be the same as that of the S * p line , in other words, when the control line is shifted - changing the regulator setting - the gain of the regulator does not change.
Это является важным преимуществом заявляемого способа, поскольку в известном способе измерения расстояния от рабочей точки до линии регулирования при изменении настройки регулятора путем смещении линии регулирования в сторону зоны устойчивой работы компрессора коэффициент усиления существенно уменьшается. А, как известно, существующие алгоритмы работы противопомпажных регуляторов широко используют смещение линии регулирования как в динамических процессах, так и на статических режимах для обеспечения более эффективной работы регулятора. В действительности же при использовании известного способа измерения расстояния от рабочей точки до линии регулирования эффективность регулятора при таком смещении линии регулирования не увеличивается, а падает из-за существенного уменьшения его коэффициента усиления.This is an important advantage of the proposed method, since in the known method of measuring the distance from the operating point to the control line when changing the controller settings by shifting the control line towards the stable operation zone of the compressor, the gain is significantly reduced. And, as you know, the existing algorithms for the operation of anti-surge regulators widely use the offset of the control line both in dynamic processes and in static modes to ensure more efficient operation of the regulator. In fact, when using the known method of measuring the distance from the operating point to the control line, the efficiency of the controller with this shift of the control line does not increase, but decreases due to a significant decrease in its gain.
Из фиг.3 также следует, что с ростом частоты вращения компрессора (n=1.0) линейный характер зависимости S* п=f (Δр0) сохраняется, однако угол наклона прямой несколько уменьшается, что говорит об уменьшении коэффициента усиления регулятора. Это следует рассматривать как безусловно положительное свойство, поскольку при этом компенсируется возрастание коэффициента усиления противопомпажного клапана (из-за роста параметров рабочей среды при повышении частоты вращения). Тем самым, осуществляется необходимая стабилизация коэффициента усиления всего контура противопомпажного регулирования в широком диапазоне работы компрессора.From figure 3 it also follows that with increasing compressor speed (n = 1.0), the linear nature of the dependence S * n = f (Δp 0 ) is preserved, however, the slope of the straight line decreases somewhat, which indicates a decrease in the gain of the controller. This should be considered as an undoubtedly positive property, since this compensates for the increase in the gain of the anti-surge valve (due to an increase in the parameters of the working medium with an increase in the rotation frequency). Thus, the necessary stabilization of the gain of the entire anti-surge control loop is carried out in a wide range of compressor operation.
На Фиг.4 - изменение коэффициента усиления регулятора в зависимости от положения рабочей точки на линии постоянной частоты вращения компрессора:Figure 4 - change in the gain of the controller depending on the position of the operating point on the line of constant speed of the compressor:
1 - при использовании известного способа измерения расстояния от рабочей точки до границы помпажа;1 - when using the known method of measuring the distance from the operating point to the surge border;
2 - при использовании заявляемого способа измерения расстояния от рабочей точки до границы помпажа.2 - when using the proposed method for measuring the distance from the operating point to the surge border.
На фиг.4 представлено относительное изменение коэффициента усиления регулятора, вычисленное по значениям Sп=f(Δp0) и S* п=f(Δр0). За базовое значение коэффициента усиления (100%) принято его значение при Sп=S* п=1.Figure 4 presents the relative change in the gain of the controller, calculated from the values of S p = f (Δp 0 ) and S * p = f (Δp 0 ). The basic value of the gain (100%) is taken to be its value at S p = S * p = 1.
Из представленных результатов видно как стабилизируется коэффициент усиления регулятора при использовании заявленного способа измерения расстояния от рабочей точки до линии регулирования по сравнению с существующим способом. Это открывает возможность осуществить оптимальную настройку регулятора, которая не изменяется в широком диапазоне работы компрессора.From the presented results it is seen how the gain of the regulator is stabilized when using the claimed method of measuring the distance from the operating point to the control line compared to the existing method. This opens up the possibility of optimal control setting, which does not change over a wide range of compressor operation.
Заявленное техническое решение представляет собой разработанный с целью обеспечения технического результата перечень конкретных действий, являющихся неотъемлемой частью алгоритма функционирования противопомпажного регулятора, и служит для определения его регулируемой переменной.The claimed technical solution is a list of specific actions developed with the aim of providing a technical result, which are an integral part of the algorithm for functioning of the anti-surge controller, and serves to determine its controlled variable.
Описанный способ реализован с использованием программно-технических средств и испытан на модели. Противопомпажный регулятор, выполненный с использованием заявляемого технического решения, установлен на промышленном образце системы управления газоперекачивающего агрегата на компрессорной станции. Изложенное позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "Промышленная применимость".The described method is implemented using software and hardware and tested on the model. The anti-surge controller, made using the proposed technical solution, is installed on an industrial design of a gas pumping unit control system at a compressor station. The above allows us to conclude that the invention meets the criterion of "Industrial applicability".
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006125490/06A RU2311564C1 (en) | 2006-07-17 | 2006-07-17 | Method of measuring distance from working point of turbocompressor to surge line |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006125490/06A RU2311564C1 (en) | 2006-07-17 | 2006-07-17 | Method of measuring distance from working point of turbocompressor to surge line |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2311564C1 true RU2311564C1 (en) | 2007-11-27 |
Family
ID=38960324
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006125490/06A RU2311564C1 (en) | 2006-07-17 | 2006-07-17 | Method of measuring distance from working point of turbocompressor to surge line |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2311564C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113836659A (en) * | 2021-09-22 | 2021-12-24 | 西安石大派普特科技工程有限公司 | Method for characterizing performance characteristic color gradation chart of centrifugal compressor |
| US20230038837A1 (en) * | 2021-07-13 | 2023-02-09 | Roman Bershader | Methodology and Algorithms for Protecting Centrifugal and Axial Compressors from Surge and Choke |
-
2006
- 2006-07-17 RU RU2006125490/06A patent/RU2311564C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Автоматизация процессов газовой промышленности. / Под общей ред. ШАЙХУТДИНОВА Ф.З. и др. - Санкт-Петербург: Наука, 2003, с.376-378. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20230038837A1 (en) * | 2021-07-13 | 2023-02-09 | Roman Bershader | Methodology and Algorithms for Protecting Centrifugal and Axial Compressors from Surge and Choke |
| CN113836659A (en) * | 2021-09-22 | 2021-12-24 | 西安石大派普特科技工程有限公司 | Method for characterizing performance characteristic color gradation chart of centrifugal compressor |
| CN113836659B (en) * | 2021-09-22 | 2024-01-30 | 西安石大派普特科技工程有限公司 | Method for characterizing performance characteristic color level chart of centrifugal compressor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5947680A (en) | Turbomachinery with variable-angle fluid guiding vanes | |
| JP6828446B2 (en) | Valve controller | |
| JPS62147096A (en) | Method of adjusting surging limit of turbocompressor | |
| KR20150134397A (en) | Methods and systems for controlling turbocompressors | |
| US20090277519A1 (en) | Method and apparatus for controlling fluid flow rate characteristics of a valve assembly | |
| JPH0359346B2 (en) | ||
| RU2311564C1 (en) | Method of measuring distance from working point of turbocompressor to surge line | |
| KR101844096B1 (en) | Method for controlling a regulated-rotation-speed low-pressure centrifugal fan | |
| CN104632359A (en) | Method to control a wastegate valve in a turbocharged internal combustion engine | |
| JP2619360B2 (en) | Surging prevention device for turbo compressor | |
| RU2432501C1 (en) | Control method of position of guide vanes of compressor of gas turbine engine | |
| JPS62113890A (en) | Method of adjusting turbocompressor | |
| US8961149B2 (en) | Method for controlling a regulated-rotation-speed low-pressure centrifugal fan | |
| RU2458257C1 (en) | Protection method for turbocompressor against stalling | |
| US9574572B2 (en) | Compressor control method and system | |
| KR100651073B1 (en) | Improved servomechanical control system and method | |
| RU2730568C1 (en) | Control method of gas turbine engine | |
| RU2341690C1 (en) | Method for control of technological parameters of power plant | |
| RU2446300C1 (en) | Method of controlling low-pressure rotor rpm in bypass gas turbine engine | |
| STOICESCU et al. | Automated Multi-Reference Control for Centrifugal Compressor | |
| JPH09133093A (en) | Fluid machine and its operation control method | |
| RU2434162C1 (en) | Method for protection of compressor from surge | |
| JPH0979181A (en) | Fluid machine having variable guide vane | |
| RU2263233C1 (en) | Turbocompressor surge control method | |
| Feng et al. | Study on Simplified Dynamic Flexible Variable Structure PD Composite Control of Continuous Rotary Motor System Based on Friction Torque Compensation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner |