[发明专利]拓宽离心压缩机稳定运行区域的装置和方法及离心压缩机

说明书

技术领域

本发明涉及一种离心压缩机的附件，具体涉及一种拓宽离心压缩机稳定运行区域的装置。本发明还涉及一种拓宽离心压缩机稳定运行区域的方法。本发明还涉及一种设置有拓宽离心压缩机稳定运行区域的装置的离心压缩机。

背景技术

离心压缩机作为一种提高气体压力的通用机械，在国民经济的许多部门得到了广泛的应用，占有重要地位，特别广泛地应用于冶金工业(高炉鼓风、氧气炼钢、氧气制取等)、石油化工(油田注气、合成氨、尿素、乙烯、石油精炼等)、天然气输送、制冷、航空和动力(航空发动机、燃气轮机、内燃机增压、动力风源等)等工业部门。

喘振和失速是压缩机机组由于工况变化等因素的影响而运行在小流量时候发生的不稳定流动状态。这些不稳定流动现象的存在对压缩机机组的结构产生了极大的危害，比如喘振过程中机组会产生剧烈振动，对密封、轴承和叶轮等都会产生极大损伤。而压缩机在短时间内的载荷的变化，对驱动系统也是不利的。这种情况如果不得到重视，轻则就会引起企业和工厂的停车事故，带来较大经济损失，重则产生机毁人亡、生产瘫痪等重大事故。

目前在工业界内，对于离心压缩机喘振的处理仍采用避开以及被动的控制方法，比如设置喘振保护线与动作线，避免压缩机运行在喘振区域。或者采用机匣处理以及放气或打回流的方法，但是这种方法一方面无法充分利用压缩机的潜力，并且容易使得压缩机在非喘振点的效率下降；另一方面这种方法大多在压缩机出口采取放气等措施，由于无法在引起失稳的根本位置附近动作，因此解除失稳的速度较慢，而且会引起能量的巨大浪费。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种拓宽离心压缩机稳定运行区域的装置，它可以消除或减小流动非稳定性即失速和喘振的危害。

为解决上述技术问题，本发明拓宽离心压缩机稳定运行区域的装置的技术解决方案为：

包括多个高频响的动态压力传感器、一高频响的动态应变仪、一信号调理设备、一信号处理DSP模块以及气流喷射装置；所述多个动态压力传感器周向均布在无叶空间内；所述动态应变仪固定设置于叶轮进口附近的轮盖上，采集压缩机运行时的动态信号；所述信号调理设备的输入端分别与高频响动态压力传感器、动态应变仪电性连接；信号调理设备的输出端连接所述DSP模块的输入端，DSP模块计算给定时间段内数据点的平均值、方差以及进行FFT分析；DSP模块的输出端通过信号传输线连接控制器，控制器连接气流喷射装置；所述气流喷射装置包括两组喷嘴，一组喷嘴设置于叶轮进口，另一组喷嘴设置于有叶扩压器的进口，每组喷嘴的数目至少为八个；所述喷嘴的出口截面与叶轮轮盖平齐；喷嘴所喷射的气体流向与压缩机叶轮的旋转方向相反。

在无外部气源可用时，所述叶轮喉部设置有第一组引气管，第一组引气管设置于叶轮喉部的周向中间位置；所述有叶扩压器的喉部设置有第二组引气管，第二组引气管设置于有叶扩压器喉部的周向中间位置，每组引气管的数目与对应位置的喷嘴数目相同。

所述第一组喷嘴与第一组引气管相互连接，所述第一组喷嘴与第一组引气管之间设置有气体喷射控制阀；所述第二组喷嘴与第二组引气管相互连接，所述第二组喷嘴与第二组引气管之间设置有气体喷射控制阀；所述气体喷射控制阀分别通过伺服电机进行控制。

在有外部气源可用时，所述每个喷嘴分别连接一气体喷射控制阀；多个气体喷射控制阀均设置于一环形气体缓冲管道上，环形气体缓冲管道的入口通过气体输送阀连接外部气源，所述喷嘴由外部气源实现供气；所述气体喷射控制阀通过伺服电机进行控制。

所述喷嘴的内部流道为轴向，喷嘴的出口流道由轴向过渡到径向，使得喷嘴的出口截面与叶轮轮盖平齐；内部流道的直径大于出口流道的直径，形成渐缩形流道。

所述喷嘴的出口截面尺寸根据喷嘴的出口流速而定。

本发明还提供一种拓宽离心压缩机稳定运行区域的方法，其技术解决方案为，包括以下步骤：

第一步，将多个动态压力传感器周向均布在无叶空间内；将一动态应变仪固定设置于叶轮进口附近的轮盖上；将动态压力传感器、动态应变仪与信号调理设备的输入端连接，信号调理设备的输出端连接DSP模块的输入端；DSP模块的输出端通过信号传输线连接控制器，控制器连接气流喷射装置；将气流喷射装置的喷嘴分别设置于叶轮进口和有叶扩压器的进口；

第二步，开启压缩机，动态压力传感器、动态应变仪从叶轮进口以及无叶空间实时采集信号，并将信号传送至信号调理设备；

第三步，信号调理设备对信号进行放大、滤波以及A/D模数转换，并将信号传送至DSP模块；