[发明专利]由功率整流器供电的压缩机的操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种由功率整流器(power converter)供电的压缩机的操作方法。

背景技术

通常情况下，压缩机，例如离心式压缩机、涡轮压缩机，的功率消耗、转矩和转速所遵循的比例是确定的。这些参数的变化可用特性曲线族表示。特别用一体积流量-压力图表示压缩机的工作状态。图1显示的就是这样一个H-Q曲线图。压缩机通常只在特性曲线族的一允许区域内工作。除阴影区SB外，这个特性曲线族的其他区域均是允许区域。阴影区SB表示压缩机必须避免的一非允许区域SB。如果压缩机在这一非允许区域SB内工作，就会对压缩机造成毁损。有否进入这一非允许区域SB，可通过一所谓的泵浦极限(pump limit)线SG来确定，泵浦极限线SG也称为“喘振极限(surge limit)”。无论出于何种原因，压缩机只要进入这个非允许区域SB，就会出现“喘振”故障。

当压缩机的压力超过了一与体积流量Q相关的特定值时，就会出现“喘振”(Surge)故障。也就是在图1所示的H-Q曲线图中，一旦泵浦极限线SG被超过，就会导致压缩机的工作点处于阴影区SG内的故障。发生这种故障时，压缩机的叶片上会出现流体分流现象。其结果是，差压H急剧下降，从而导致一部分体积流量Q向压缩机回流。但差压H的下降同时也意味着压缩机的工作点又离开了非允许区域SB。借此重新达到发生故障之前的各项条件，且这一过程不断循环重复。压缩机由于在允许和非允许区域之间来回转换而发生喘振。喘振的结果是压缩机的叶片开始振动。在此情况下，叶片断裂的可能性会大幅升高。此外，压缩机的喘振还会导致连接在压缩机上的管道系统中出现剧烈的压力波动。表示允许区域极限特性的喘振极限SG与气体密度相关，以及在压缩机材料给定的情况下，其与气体温度相关。

为能确定这种“喘振”故障，迄今为止的做法是对例如压差H、体积流量Q、气体密度G_D或气体温度G_T等工作参数进行测量。这些参数被传输给一压缩机控制装置，后者从中确定H-Q曲线图中的一工作点。这个压缩机控制装置中存储有一预定的泵浦极限线“喘振极限”。如果相关压缩机是转速恒定的压缩机，就通过压缩机入口处的一机械调节机构在其接近这一泵浦极限线时降低压差H。这种机械调节机构为一调节时间以秒为单位的入口导向叶片仪。如果相关压缩机为转速可变的压缩机，就减小其转速。

这种沿用至今的方法的一个弊端在于，只有当压缩机叶片上已经开始出现流体分流现象(即叶片已经受损)时才能识别出“喘振”故障。在相关压缩机为一多级压缩机的情况下，其总体积流量Q和总差压H开始时只有轻微变化，因而只有当故障情况很明显时才会被发现。在一单级压缩机中，非期望工作点的出现非常突然，以至于传统的检测和控制装置无法作出足够快的反应。其结果是，在发生过有限的预定次数的故障后必须对压缩机进行全面检修。在此情况下，即便采用了复杂的测量和控制技术也仅能确定发生了“喘振”故障这一情况，而无法及时检测，进而采取相应的对策。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种由功率整流器供电的压缩机的操作方法，借助于所述方法可大幅缩短喘振状态的持续时间以及显著缓和其强度。

根据本发明，这个目的通过根据权利要求1所述的特征而达成。

通过根据压缩机驱动功率整流器和一存储的泵浦极限线的信号变量(signal viriable)确定压缩机的一实际工作状态，可以很快地确定是否存在一位于H-Q曲线图的非允许区域内的工作状态。这种方法的迅速程度取决于驱动功率整流器控制装置的系统时钟。此外，在确定压缩机处于一非允许工作状态时可借助所存储的一与转速相关的转矩特性曲线产生一控制信号，借助这一控制信号可降低驱动功率整流器的一信号变量，从而使压缩机立即偏离这个非允许工作状态。

驱动功率整流器内已存在可用于传统驱动控制的变量，即驱动机构(也就是压缩机的驱动机构)的转速和转矩。这些变量在一例如为期1毫秒的快速采样周期内得到精确确定。当一由功率整流器供电的压缩机处于稳定状态时，驱动功率整流器的转速的变量与压缩机的体积流量Q成比例，驱动功率整流器的转矩的变量与压缩机的差压成比例。在此情况下，压缩机的一H-Q曲线图与驱动功率整流器的一M-n曲线图成比例。由于转矩M与一功率整流器输出电流的有功电流分量成比例，因此，压缩机的H-Q曲线图也与驱动功率整流器的i_W-n曲线图成比例。