[发明专利]用于避免压缩机中的泵喘振的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于避免压缩机中的泵喘振的方法，其中，在运行时监测压缩机的多个特性参数并且预设用于所述多个特性参数的额定值范围，其中，在特性参数的数值高于或低于额定值范围时，触发抗泵喘振的反应。本发明还涉及一种压缩机和具有压缩机和控制装置的流体机械，该控制装置在数据入口侧与多个设计用于在运行时检测特性参数的传感器连接。

背景技术

压缩机，尤其是燃气涡轮机在确定的工作条件下易于喘振。若反压力在流动方向上太大，则压缩机不可能再输送空气，流动方向局部或甚至完全反转。对于局部回流，一部分空气保持被捕获在压缩机中并且随着叶片一起旋转。就是所谓的流动旋转分离(旋转失速)。而在所谓的压缩机喘振(深喘振)时，介质完全回流——这导致与推进方向相反的激烈碰撞。

这两种空气动力学效果会具有严重的后果。旋转失速通过强烈的振动会导致材料断裂，而在泵喘振时有整个叶片突发断裂的威胁。无论是哪种情况都中断了空气向燃气涡轮机的燃烧室的流动，这导致该空气流动的切断。

一般表示入口和末端压力之间的压力比与输送量的关系的压缩机特征曲线，通过喘振线(Pumpgrenze)划分为稳定和不稳定的区域。在压缩机的工作点通过输送量(流量)的减小或通过末端压力的升高(输送高度)进入不稳定区域时出现喘振。

通常，在流体机械的控制装置的电子控制技术中或控制软件中定义喘振线距离，该喘振线距离在运行时在设计条件下与喘振线相隔足够远。在实际条件下，例如在降低的网络频率、较高的环境温度和/或空气湿度、燃料的低热值的情况下，但也由于压缩机的老化、污染或损坏会导致喘振线到达或甚至超过工作特征曲线。因此这导致压缩机立即的喘振。

通常在压缩机的入口(进气锥)处安装一个或多个设计成差压开关的传感器，一旦通过压缩机的流动在喘振时中断，这些传感器就低于某一极限值并且导致燃气涡轮机通过燃料阀的关闭而立即切断。但喘振保护压力开关并不识别接近喘振线，而仅防止压缩机的再次喘振并且必要时防止压缩机由于燃料输入的立即中断而造成的机械损伤。

因此，在扩展设计中，通常也使用压缩机压力比限制调节器。这种调节器考虑压缩机的特性参数(压力比、网络频率、前导叶片位置和环境条件，如温度和空气湿度)并且将之与特定于压缩机的喘振线特征曲线的许可值比较。若接近喘振线的当前工作点，亦即，在高于或低于预设的额定值范围时，则触发抗泵喘振的反应。

但在所述两种方法中不利的是，它们不考虑老化、巨大的污染和或压缩机的损坏并因此在流体机械的工作时间增加时不能再可靠地防止压缩机的喘振。

此外，例如从US2009/0055071A1中已知，压力传感器和/或麦克风布置在燃烧器上游的空间中，它们检测空间中压缩空气的状态。然后，其信号评估用于分析随即的喘振事件。同样，EP2375081A2建议，使用冲击波和另外的压缩空气的声学现象来预测喘振。此处也使用麦克风或相似的压力传感器。但不利的是，这种传感器在更高的环境温度中仅具有有限的寿命。

发明内容

因此，本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于避免压缩机中的泵喘振的方法和一种压缩机或流体机械，它们即使在比较高的运行功率下也可靠地防止压缩机的喘振。

就方法而言，该技术问题按本发明如下解决：多个特性参数包括与压缩机的转动噪声对应的特性参数。

在此，本发明基于的思考是，为了即使在流体机械的更高的运行功率下也能可靠地避免泵喘振，应当不仅要参考先前确定的特征曲线和可调节的运行参数，也应当使用当前的、适合预测性识别威胁性的泵喘振的测量参数。在通过相应的测量已识别到接近旋转失速，亦即旋转流动分离形式的喘振线时，可以实现预测性识别。在这里识别到，这种流动分离产生在压缩机级中的振动，这些振动导致增大的压力脉冲和进一步振动。该压力脉冲和振动改变压缩机的转动噪声，以便转动噪声的变化相应地预测性地表明威胁性的喘振。因此，应当测量与压缩机的转动噪声对应的特性参数并且使用这些特征参数来避免泵喘振。