[发明专利]压缩机控制的改进

说明书

技术领域

本发明涉及压缩机的改进，并且尤其涉及控制离心压缩机以最大化其功效的方法的改进。

背景技术

压缩机的操作特性通常由压力比与体积或质量流速之间的关系来限定。其有用操作范围由理想地应当避免的喘振和阻塞以及最大许可压缩机速度限制。

压缩机喘振在排出压力大于压缩机内的压力以使得气流不再能粘着至压缩机叶片的吸引侧并且排出过程中断时出现。在喘振期间，穿过压缩机的气流反向直到达到具有正体积流速的稳定压力比为止。正常流动恢复直到再次建立压力并且循环重复为止。

喘振是离心和其它动力压缩机的固有特点。该不稳定操作状况能引起高度振动以及损坏压缩机和干扰操作系统。压缩机制造商因此已经试图开发控制和控制算法以防止喘振，并且允许压缩机尽可能接近喘振线地操作，因为压缩机最佳效率点会更靠近喘振线，并且给出最大操作范围。喘振线是压缩机轴旋转速度相对于压缩机系统输送压力的计算曲线，提供将维持运行压缩机而不会进入喘振循环的加载与卸载边界状况。

一旦检测到喘振，一般的措施将是卸载压缩机以防止损坏压缩机。检测喘振的现有方法包括振动检测、测量叶轮上游的温度以检测热气体的回流、以及基于入口和操作状况来计算喘振线。

这些方法的主要缺点在于：一旦已经检测到喘振，压缩机停止运转并且需要操作者干涉以使得压缩机返回在线运行。

避免喘振的另一种方法包括基于会遇到的可能操作状况布置关于压缩机操作的禁止范围。这个方法的缺点在于压缩机的可允许流动范围过度地受到限制并且其操作不是最佳的。

在避免喘振的其它现有方法中，已经试图将压缩机的容许量与过程要求相匹配，同时保持总流量足够高，以便在无需关闭系统的情况下防止喘振。在控制侧上，已经设计防喘振系统使用气压最小流量控制器以及具有特殊算法的电子控制器。在US-2005/0076656A中描述了一种稳定性控制算法，其用来响应于压缩机不稳定性的检测来控制可变几何扩散体以及热气体旁通阀。该算法响应于喘振状况的检测调节扩散体内的环的位置。

US-4464720描述了一种替代的喘振控制系统，其使用算法来计算期望的差压并且将计算的结果与实际差压相比较。设置控制器用于操作排泄阀，以便将实际差压带回至计算的差压。

发明内容

然而，本发明的目标是提供一种控制动力压缩机的操作以避免由喘振引起的问题并且在喘振出现时无需停止压缩机来优化其效率的改进方法。

因此本发明提供一种控制离心压缩机以便在所需输送压力下提供压缩气体的方法；

所述压缩机具有安装在轴上的叶轮，所述轴支撑于主动磁轴承单元中；

所述压缩机在对于所需输送压力计算出的临喘振速度下、以正常加载状况下的旋转速度下由可变速电机驱动；

其中压缩机的实际旋转速度和输送压力以高频率反复地被测量并且记录，允许压缩机在预设重新校准时间之后周期性地喘振；在检测到喘振时压缩机进入喘振恢复循环，在此期间压缩机卸载并且旋转速度降低；

压缩机临喘振速度线在喘振恢复循环期间对于当前操作状况重新校准；并且

在轴速度达到重新校准的临喘振速度线或加载速度中的较大者时重新加载压缩机，所述加载速度是由压缩机特性确定的预设值，该预设值被确定为低于压缩机的最大速度但是高于可能引起上升喘振的速度范围。

本发明还提供了一种压缩机系统，其包括具有叶轮的离心压缩机，该叶轮安装在支撑于主动磁轴承单元中的轴上；驱动压缩机的可变速电机；和控制系统，所述控制系统包括：

用来反复地测量并且记录压缩机出口处压缩空气的输送压力以及压缩机的旋转速度的装置；

用来预设重新校准时间的装置，在重新校准时间之后允许压缩机进入喘振循环；

用来将信号传输至电机从而降低或增大压缩机速度的装置；

用来在检测到喘振时让压缩机进入喘振恢复循环的装置；以及

用来根据前述方法重新校准压缩机临喘振线的装置。

附图说明

现在将参照附图仅以示例的方式描述本发明，其中：

图1是示出离心压缩机的输送压力相对于流速的图表以及具有现有技术类型安全余量的喘振线。

图2是示出本发明的方法的操作步骤的流程图；并且

图3是示出离心压缩机的旋转速度相对于输送压力以及其内部的临喘振线的图表。

具体实施方式