[发明专利]一种轴流压缩机喘振边界测定系统

说明书

技术领域

本发明涉及透平压缩机喘振边界测定领域，特别是涉及一种安装在连续式高速风洞主回路中的轴流压缩机的喘振边界测定系统。

背景技术

常规工业装置轴流压缩机大多处于开式管网，压缩机的转速、入口流量、入口压力均相对稳定、变化较小，而连续式风洞是一种特殊管网，具有区别于常规工业工况的明显特点：风洞与轴流压缩机形成闭环回路、管网阻力变化频繁、压缩机运行转速范围大、运行工况多变、个别工况点靠近喘振区等，更加容易发生喘振，且一旦发生喘振，对风洞回路内的设备和轴流压缩机本体的危害极大。

为避免压缩机发生喘振，确保风洞试验安全进行，必须设法获得准确的压缩机喘振边界线，以界定出压缩机的安全运行范围。理论计算的喘振边界线受数值计算准确度、机组加工误差等因素影响，与实际的喘振边界线往往存在一定偏差，这就需要在风洞现场人工实施喘振测试，以测定出压缩机实际喘振边界线，再在此基础上留有适量裕度设置相应的防喘振线。

但是，现阶段透平压缩机喘振边界测定领域，特别是连续式高速风洞应用场合，尚没有一套能够应用于用户现场的喘振边界测定系统。即使能够完成喘振边界测定的装置或方法，也存在设备和操作界面分散、岗位设置多、程序繁琐等缺陷，安全风险大、测定效果不佳；喘振判定装置和判据的普适性、可靠性不强，给风洞回路内的设备带来极大危险；无法模拟今后风洞试验模型产生气流阻塞、马赫数粗/精调节、总压变化等实际工况，使用工况范围小、功能少，研究和生产价值不佳；相似工况已采用的方法，得到的喘振边界对应的曲线组成又极其复杂，可视化效果差、保护应用设置复杂，不便人员监控。

可见，现有装置和方法已不适应于我国不断提高的连续式风洞建设、使用需求。因此，亟需开发一种压缩机喘振边界测定系统，以达到操作方便、结果准确、应用便捷、安全可靠地测定出连续式风洞中轴流压缩机喘振边界的效果。

发明内容

本发明的目的是为了避免现有技术的不足之处，提供一种轴流压缩机喘振边界测定系统。

为实现上述目的采用如下技术方案：

一种轴流压缩机喘振边界测定系统，该系统由监控系统与PLC控制系统组成，所述PLC控制系统与监控系统之间通过以太网TCP/IP协议双向通信；所述PLC控制系统包括PLC、压力测量子系统、静叶调节子系统、压缩机转速调节子系统、逼喘子系统、喘振判定子系统、快速脱喘子系统、总压调节子系统，每个子系统通过数据线与PLC进行通信；所述监控系统包括基于WinCC组态软件的监控界面和快速脱喘按钮，脱喘按钮与PLC控制系统连接。

在上述技术方案中，所述压力测量子系统包括设置在风洞稳定段的若干总压传感器、总温传感器和设置在风洞试验段的若干静压传感器，以及设置在压缩机进出口的若干静压传感器、温度传感器。

在上述技术方案中，所述压缩机转速调节子系统采用高压交流变频器驱动异步电动机，PLC通过与变频器的modbus通信和硬接线。

在上述技术方案中，所述逼喘子系统采用防喘振阀和二喉道型面机构作为逼喘机构，所述二喉道型面机构包括二喉道中心体与三段调节片。

在上述技术方案中，所述二喉道中心体与三段调节片通过型面调节来减小或增大二喉道通流截面积。

在上述技术方案中，所述快速脱喘子系统，采用风洞回路上的防喘振旁路和防喘振阀作为快速脱喘动作的执行机构，所述防喘振阀直接与脱喘按钮连接，由脱喘按钮控制防喘振阀的快开功能。

在上述技术方案中，所述脱喘按钮通过PLC控制系统中PLC与脱喘按钮连接，在监控界面上设置虚拟脱喘按钮与防喘振阀快开功能联锁。

一种轴流压缩机喘振边界测定系统的喘振边界测定方法，包括以下步骤：

步骤一：喘振边界测定开始后，通过在监控界面依次输入目标静叶角度、目标压力，利用静叶调节子系统、风洞总压调节子系统分别将静叶角度和风洞总压调整至目标值，并在测定过程中保持；

步骤二：在监控界面输入目标转速，利用压缩机转速调节子系统，采取从低转速开始，每一个阶梯转速稳定后，再通过控制参数设置界面逐渐关闭防喘振阀、调节二喉道中心体和调节片的方式进行逼喘，通过喘振判定子系统确认是否喘振，发生喘振则立即按下快速脱喘按钮，压缩机快速脱离喘振区，进入安全工作状态；

步骤三：步骤二结束后此时体积流量Q和压比ε对应的工况点（流量最小、压比最高）即为压缩机在当前转速阶梯的喘振点；否则，以失速点或流量最小、压比最大的工况点作为“替代”喘振点；当得到当前转速对应的喘振点后，升速至下一个转速阶梯并重复逼喘过程；