[发明专利]叶片式流体机械节能增效的三因素匹配方法

说明书

技术领域

本发明涉及流体输送技术领域，是一种叶片式流体机械的导叶、静叶、转速可调三因素匹配方法，用于化工、发电、冶金、电力、交通、纺织等行业。

背景技术

众所周知，在我国基础性工业领域(化工、发电、冶金、电力、交通、纺织等)运行着大量以叶片形式(轴流、离心，及两者混合)为气动结构基元的流体输送机械，主要包括气体压缩机、通风机、鼓风机、和压气机。这类气体输送装置的功率、压比、流量覆盖范围基本上囊括了整个工业应用领域，从计算机芯片风扇到大型炼钢企业的多级压气机机群就是一个有力的佐证，而且大部分是直接依靠电力拖动的。因此在完成流体输送的同时，消耗巨额的电力，据统计表明消耗着全国工业用电量的30-40％的比例。另一方面，从能源高效利用的角度出发，我国目前在工业界广泛运行叶片式流体压缩机械和现有的结构设计体系还存在很大的空间可以挖潜。依据最近国家的节能增效的目标看，“十一五”期间要完成将单位GDP能耗指标降低20％的任务是十分艰巨和困难的，就通用叶片式流体压缩机械的节能空间看，急需发明新的技术和方法来支持我国持续性经济增长方式的发展，使我国这类装置的运行效率接近西方发达国家的水平，为节约性社会的构架做出实质性贡献。

目前在工业界运行的叶片式通用流体压缩机械的运行方式面临如下几个方面的问题：

1、目前我国流体机械80％以上的产品设计效率比国际先进水平低2％--4％，而实际运行效率比叶片式通用流体压缩机械系统的最高效率点低20-30％的情况极为普遍。

2、在实际运行中，依据流体输送系统的实际要求，压缩机机械经常在非设计状态工作，在这种运行情况下，在满足压比不变的情况下，运行效率均会大幅度的降低。

发明内容

本发明的目的是要从流体机械气动热力学和控制理论学科交叉的角度出发，采用导叶可调、静叶可调、转速可调三因素优化匹配方法，使通道内部流动分离和掺混损失一直处在最低水平，并在转速低于设计转速，且满足压比保持不变的前提下，通过喘振先兆的在线捕捉措施，避免实际运行的流体压缩机械进入流动失稳状态，维持叶片式通用流体压缩机械系统的稳定、高效、安全运行。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种叶片式流体机械节能增效的三因素匹配方法，用于叶片式通用流体压缩机械系统，这三因素在一定意义下是相互关联的，转速的改变(因素之一)必定引起动叶气流入口攻角的变化，其变化规律是业内专业人员都十分清楚的，这里不累赘了。而导叶安装角的自适应调节(因素之二)可以在获得转速的条件下，计算出动叶理论或者近似设计状态的入口攻角，采用DSP与伺服结合的方式条件导叶的安装角，使压气机非设计状态下通流部分的流动损失处在最小值，并同时拓宽喘振裕度。为了保证压气机非设计状态运行时各级性能近似相同的目的，改变静叶安装角(因素之三)与改变导叶具有相同的功能，仅不同的是改变导叶安装角是对第一级作出贡献，而改变静叶安装角是对下游级作出贡献。目的是使压气机全级的性能均能接近设计效率和设计喘振裕度。其整个系统的运行是在计算机控制下进行的，通过变频技术改变压气机的转速，在新的转速工况下，通过可控调节装置对进口导叶和下游静叶进行调节，使每进口导叶和下游静叶的叶片通流部分的进气攻角均保持在δ＝2°～5°的范围内，使叶片通道内部的流动损失为最小，同时，在保持压比不变的条件下，叶片式通用流体机械压缩系统能在小流量范围稳定运行，并且通过喘振先兆诊断及捕捉措施，使，叶片式通用流体机械压缩系统稳定运行的区域拓宽。

所述的方法，其包括下述步骤：

A、三因素匹配过程是在自适应和反馈模式的框架下执行的；

B、依据外部管线反馈的压气机流量的需求信号，通过压气机运行数据采集和控制系统，从进口流量测量装置和压气机出口压力测量装置采集流量和压力信号，经过压气机运行数据采集和控制系统的数据在线处理，获取整个，叶片式通用流体机械压缩系统目前的运行状况，

C、对，叶片式通用流体机械压缩系统运行状况与外部管线反馈的压气机流量的需求信号进行比较后，依靠压气机运行数据采集和控制系统中计算机设定的控制规律执行在线调节步骤。

所述的方法，其所述C步中，对，叶片式通用流体机械压缩系统运行状况与外部管线反馈的压气机流量的需求信号进行比较后，若，叶片式通用流体机械压缩系统运行流量比反馈的流量小时，则压缩系统运行的工况必须向小流量范围调节，同时保证压气机出口压力测量装置维持恒定：

一、小额度降低，叶片式通用流体机械压缩系统的转速；