[发明专利]离心式压缩机的启动控制装置及方法

说明书

本公开提供了一种离心式压缩机的启动控制装置和方法。该离心式压缩机的启动控制装置，包括：测量单元，用于测量轴向力模拟信号、转子振动模拟信号和转速模拟信号；信号转换单元，用于将所述轴向力模拟信号、转子振动模拟信号和转速模拟信号进行模数转换，得到轴向力数字信号、转子振动数字信号和转速数字信号；控制单元，用于根据所述轴向力数字信号、转子振动数字信号和转速数字信号，得到并输出转速控制信号、进口压力控制信号和进口流量控制信号；以及调整单元，用于根据转速控制信号、进口压力控制信号和进口流量控制信号对离心式压缩机进行控制。本公开可以解决离心式压缩机启动过程中轴向力过大以及转子刚度变化引起的转子动力学问题。

技术领域

本公开涉及发电、制冷和化工领域，尤其涉及一种离心式压缩机的启动控制装置及方法。

背景技术

压缩机(Compressor)是热力循环系统的核心部件之一，为循环中的流体工质提供能量，将动能转变为流体工质的压力能，提高流体工质的压力，主要分为离心式压缩机、活塞式压缩机、螺杆压缩机等，均具有其各自的特点，分别适用于不同的场合。本专利所讨论的离心式压缩机具有以下优点：结构紧凑，尺寸小，重量轻；排气连续、均匀；除轴承外，机器内部不需润滑，不污染被压缩的流体。

近年来，超临界/跨临界二氧化碳压缩机作为特定化工循环、制冷循环、动力循环的核心部件，成为了叶轮机械领域的研究热点。目前，国内外研究的超临界/跨临界二氧化碳压缩机规模都在10MW级以下，形式上大多采用离心式压缩机。超临界二氧化碳压缩机进口压力在7.38MPa以上，出口压力在20MPa左右，仅叶轮前后压力差引起的轴向力就可达10kN以上。由于超临界二氧化碳工质密度大，使得压缩机叶轮尺寸小，转速高，所能选择的推力轴承额定轴向载荷远不能满足超临界二氧化碳压缩机10kN以上的平衡要求，为此采用了背叶片结构，该结构能够在工作状态下能较好地平衡轴向力，但在启动过程中平衡能力不足，残余的轴向力仍大于轴承的承载力。此外，在启动过程中为尽量避免转子跨越临界转速，需要保持轴承有较大的支承刚度，而角接触球轴承的径向刚度与轴向力成正比，故在启动过程中需要保持适当的轴向力。

公开内容

(一)要解决的技术问题

本公开的目的在于提供一种离心式压缩机的启动控制装置及方法，以解决上述的至少一项技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一方面，提供了一种离心式压缩机的启动控制装置，包括：测量单元，用于测量轴向力模拟信号、转子振动模拟信号和转速模拟信号；信号转换单元，用于将所述轴向力模拟信号、转子振动模拟信号和转速模拟信号进行模数转换，得到轴向力数字信号、转子振动数字信号和转速数字信号；控制单元，用于根据所述轴向力数字信号、转子振动数字信号和转速数字信号，得到并输出转速控制信号、进口压力控制信号和进口流量控制信号；以及调整单元，用于维持数值模拟得到的初始压力不变时，根据所述转速控制信号，控制转速从零逐渐增长直至达到该离心式压缩机的转速参数；维持转速参数不变时，根据所述进口压力控制信号，控制进口压力从所述初始压力逐渐增长直至达到该离心式压缩机的压力参数；以及同时根据所述进口流量控制信号，调整进口流量，以保持稳定。

在本公开的一些实施例中，所述数值模拟指通过计算流体力学软件进行仿真模拟。

在本公开的一些实施例中，所述测量单元包括：轴向力测量器件，用于测量所述轴向力模拟信号；转子振动测量器件，用于测量所述转子振动模拟信号；转速测量器件，用于测量所述转速模拟信号。

在本公开的一些实施例中，所述调整单元包括：驱动组件，用于根据所述转速控制信号，控制转速从零逐渐增长直至达到所述转速参数；进口压力控制阀，用于根据所述进口压力控制信号，控制进口压力从所述初始压力逐渐增长直至达到所述压力参数；进口流量控制阀，用于根据进口流量控制信号，调整进口流量，以达到稳定。

在本公开的一些实施例中，所述驱动组件包括变速箱和变频电机。