[发明专利]用于轴流压缩系统变工况的可调导/静叶控制器及方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，是一种用于轴流压缩系统变工况的可调导/静叶控制器及方法。

背景技术

目前绝大数压气机/风扇在实际的运行中均处在非设计工况点，而实际的运行效率要比最高等效率低20％-30％左右，叶片式压缩流体机械的节能问题十分迫切，

国内外普遍采用以下几种调节方法来改善变工况点的效率：转速变频调节，节流阀，动叶可调，导/静叶可调。德国以TLT公司为代表，采用液压式动叶调节的轴流通风机，其运行效率可保持在83％～88％。俄罗斯是以使用离心式矿井风机为主的国家，由于致力于改进气动性能，使其最大静压效率从72％增加到88％，平均静压效率从52％增至75％。曝气鼓风机节能瑞士苏尔寿公司生产的超大型离心式曝气鼓风机，其调节范围为额定流量的35％～107％，多变效率达82％，平均节能率为2.5％～5.1％。而全静叶可调轴流式曝气鼓风机的年节能率则可达6.7％～15.7％。在国内风机的变速机构比较落后，如V带、蜗轮副等还广泛应用于风机的传动上，使风机的传动效率低；二是调节方法比较落后，大部分还是采用调节门调节。由于上述原因，尽管有的风机内效率较高(达86％以上)，但其装置效率并不甚高。

工业上大部分压缩机是通过控制动力油推动两端的伺服马达产生的轴向推力(现在大多机组改为电动执行机构，电动执行器通过支座安装在轴流压缩机的机壳的一侧，电动执行器的输出的扭矩通过输出轴、半环、滑块转化为轴向推力)，推动调节缸做轴向往复运动，调节缸则又带动各级导向环(滑道)和嵌在导向环内的滑块一起运动(调节缸和导向环做轴向运动，滑块既随导向环做轴向运动又在导向环内滑动)，滑块通过曲柄带动静叶产生转动，改变静叶角度达到调节流量和压力的目的，静叶承钢上装有静叶轴承(碳石墨)，这样使得控制系统的结构相当复杂，操作不方便。

总之，提高效率的方法主要分为：一类是从产品设计来提高压缩系统在设计点和变工况区的效率；另一类是从产品在现场实际运转的情况来尽可能地提高实际运行效率，其总目标都是减少功耗。从目前国内外针对可调叶片的研究进展来看，绝大多数研究只是针对可调叶片对压缩系统的性能的影响，虽然也有不少学者关注可调叶片对压缩系统效率的影响，随着导/静叶角度的变化，压缩系统的效率也随之变化，并在此基础上，发展了基于可调叶片的主动控制技术。但是，如何通过自适应调节导/静叶来获得更高效率的文献极为少见，而且，目前工业上所采用的调节方法，不是测量信号复杂，就是动作机构复杂，在实际的应用中传动效率会很低，严重影响压缩系统的高效工作。

发明内容

本发明的目的是公开一种用于轴流压缩系统变工况的可调导/静叶控制器，用轴流压缩系统现有的普遍的测量方法，获取进口静压，出口总/静压，转速，扭矩信号，再用体积较小，控制能力强的高速信号处理器，来实现角度的快速调节，达到提高效率的要求。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种用于轴流压缩系统变工况的可调导/静叶控制方法，其包括步骤：

(1)控制器实时采集的压气机进出口相关信号，经A/D端口输入控制器；

(2)控制器内的嵌入式操作系统及32位信号处理器，在线实时计算当前角度的效率值及进行算法分析；

(3)采用双向比较寻优算法获得导叶和静叶角度改变的方向，并将改变角度信号从D/A端口输至步进电机1或2；

(4)步进电机1或2分别控制导叶和静叶的安装角的变化，调节导/静叶的角度，实现效率寻优。

所述的可调导/静叶控制方法，其所述压气机的进出口相关信号，为压气机进出口静压，出口总压，及压气机的转速、扭矩。

所述的可调导/静叶控制方法，其所述压气机的进出口相关信号、寻优后的效率，通过液晶显示屏直观的观察到不同工况点的当前效率以及寻优后的效率，压比，流量系数，转速，扭矩信号。

所述的可调导/静叶控制方法，其由于压缩系统每次开机并非是工作在同一个工况点，使得上次的角度无法检测，以至于无法进行相应的调节，控制器使用掉电信息存储模块保存每次掉电时，导/静叶的当前位置，在下次开机时，自动进行复位操作。

所述的可调导/静叶控制方法，其由于工业上压缩系统大部分时间工作在非设计工况，使得其效率会下降，A)步中控制器实时采集压气机的进出口相关信号，包括采集非设计工况的相关参数：进口壁面静压、出口壁面静压、出口总压、转速和扭矩信号，通过双向寻优比较算法分析，以对压气机的效率进行优化。