專利名稱：壓縮系統(tǒng)喘振在線預(yù)報(bào)、自適應(yīng)調(diào)節(jié)方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓縮系統(tǒng)喘振在線預(yù)報(bào)、自適應(yīng)調(diào)節(jié)方法和裝置。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有的流體壓縮機(jī)械系統(tǒng)領(lǐng)域中，流體壓縮機(jī)械運(yùn)行過程中存在的喘振現(xiàn)象危及到系統(tǒng)的運(yùn)行安全，一旦發(fā)生將引起災(zāi)難性事故。這種強(qiáng)烈的流體震蕩將導(dǎo)致壓氣機(jī)重要部件(轉(zhuǎn)子、軸向推力、靜子、擴(kuò)壓器)的損壞、是壓縮系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行面臨的主要危害，嚴(yán)重時(shí)將造成機(jī)毀人亡的后果。近半個(gè)世紀(jì)來，壓縮系統(tǒng)喘振現(xiàn)象是葉輪機(jī)械研究和設(shè)計(jì)者普遍關(guān)心的難點(diǎn)課題。目前已成熟的技術(shù)是在設(shè)計(jì)和運(yùn)行時(shí)預(yù)留足夠的喘振預(yù)度，來預(yù)防這種現(xiàn)象的發(fā)生。體現(xiàn)在技術(shù)上的措施是將實(shí)際運(yùn)行的工況點(diǎn)設(shè)置在遠(yuǎn)離喘振邊界區(qū)域的工況點(diǎn)，而壓縮系統(tǒng)高參數(shù)、高效率運(yùn)行的區(qū)域又臨近喘振邊界。另一方面，壓縮系統(tǒng)外部流動(dòng)非均勻性的存在、四季進(jìn)口條件的變化、實(shí)際運(yùn)行工況的變化、單個(gè)部件或系統(tǒng)運(yùn)行特性退化、誤操作均有可能導(dǎo)致這類現(xiàn)象發(fā)生，在工業(yè)界已屢見不鮮。就多級壓氣機(jī)而言，也采用級間放氣、機(jī)匣處理技術(shù)、改變進(jìn)口導(dǎo)葉位置，來預(yù)防喘振的發(fā)生。在工業(yè)上，還廣泛采用末級快速放氣的技術(shù)。概括上述內(nèi)容，目前所采用的技術(shù)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面●實(shí)際運(yùn)行工況遠(yuǎn)離喘振邊界●級間放氣●機(jī)匣處理技術(shù)●壓縮機(jī)末級放氣●改變進(jìn)口導(dǎo)葉位置上述成熟技術(shù)的一個(gè)共同缺點(diǎn)是被動(dòng)預(yù)防和人工操作的因素占主導(dǎo)位置。
針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明的目的在于針對目前我國工業(yè)界被動(dòng)預(yù)防喘振現(xiàn)象的現(xiàn)狀，從交叉學(xué)科的角度出發(fā)，提煉一種喘振在線預(yù)防方法和自適應(yīng)調(diào)節(jié)的裝置。中國科學(xué)院工程熱物理研究所在積累近五年來在喘振先兆捕捉，動(dòng)態(tài)測試技術(shù)的應(yīng)用，和作動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的經(jīng)驗(yàn)，發(fā)明、并設(shè)計(jì)出喘振在線預(yù)報(bào)和自適應(yīng)調(diào)節(jié)裝置，其目的是提高我國流體壓縮機(jī)械避免喘振現(xiàn)象發(fā)生的災(zāi)難性事故，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，從而改變工業(yè)界“觸喘色變”的現(xiàn)狀。

發(fā)明內(nèi)容
在根據(jù)本發(fā)明的喘振在線預(yù)報(bào)方法和自適應(yīng)調(diào)節(jié)的裝置中，通過高頻響應(yīng)壓力傳感器實(shí)時(shí)采集壓氣機(jī)出口的靜壓和速度信號(hào)，在所構(gòu)成的信號(hào)數(shù)據(jù)分析模塊中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，在喘振先兆分析模塊中進(jìn)行整定值的分析和提煉，通過所匹配的高頻響應(yīng)作動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)施調(diào)節(jié)措施，控制機(jī)構(gòu)包括快速微量調(diào)節(jié)閥、進(jìn)口導(dǎo)葉、和快速放風(fēng)閥。這一方法主要體現(xiàn)在將內(nèi)流氣動(dòng)熱力學(xué)、流動(dòng)失穩(wěn)在線分析、電子技術(shù)、及自適應(yīng)控制技術(shù)有機(jī)地結(jié)合成一體，實(shí)現(xiàn)喘振在線預(yù)報(bào)和自適應(yīng)調(diào)節(jié)地目的。
同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述的喘振在線的預(yù)報(bào)方法，提出了一種喘振在線自適應(yīng)調(diào)節(jié)裝置，其由十三個(gè)主要部分組成，其中包含動(dòng)態(tài)壓力傳感器、直流電源、前置放大器模擬電路、低通濾波模擬電路、FFT分析DSP模塊、開關(guān)模擬電路、快速電磁裝置、積分模擬電路、鋸齒波模擬輸出電路、伺服電機(jī)、進(jìn)口導(dǎo)葉、開關(guān)模擬電路、微量調(diào)節(jié)閥和快速放風(fēng)閥構(gòu)成。
通過上述的將喘振先兆捕捉，動(dòng)態(tài)測試技術(shù)的應(yīng)用所設(shè)計(jì)出的喘振在線預(yù)報(bào)和自適應(yīng)調(diào)節(jié)裝置和方法，可提高流體壓縮機(jī)械避免喘振現(xiàn)象發(fā)生的災(zāi)難性事故，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，從而改變工業(yè)界“觸喘色變”的現(xiàn)狀。


下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，其中圖1為根據(jù)本發(fā)明的喘振預(yù)報(bào)與自適應(yīng)調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)方框圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的喘振預(yù)報(bào)與自適應(yīng)調(diào)節(jié)的工作流程示意圖。
具體實(shí)施例方式
首先參考圖1，動(dòng)態(tài)壓力傳感器1采集壓縮機(jī)械出口的壓力信號(hào)，提供給預(yù)報(bào)和調(diào)節(jié)模擬電路，直流電源2用于提供整個(gè)裝置的電源。前置放大器模擬電路3將傳感器的毫伏級電壓信號(hào)放大成2.5伏級范圍的動(dòng)態(tài)信號(hào)，其目的是提高動(dòng)態(tài)信號(hào)的分辨率，然后低通濾波模擬電路4將動(dòng)態(tài)信號(hào)中與喘振先兆有關(guān)的低頻信號(hào)提煉出來，為后續(xù)模擬數(shù)據(jù)模塊的分析打下基礎(chǔ)，接著，F(xiàn)FT分析DSP模塊5對動(dòng)態(tài)信號(hào)進(jìn)行傅利葉在線分析，捕捉與喘振先兆有關(guān)的頻率信息，為開關(guān)模擬電路和鋸齒波模擬輸出模塊提供控制信號(hào)，且開關(guān)模擬電路6在接受到DSP模塊的控制信號(hào)后，打開高電平，觸發(fā)快速電磁閥工作，然后快速電磁裝置7發(fā)出調(diào)節(jié)信號(hào)，控制微量調(diào)節(jié)閥和快速放風(fēng)閥工作，使系統(tǒng)自適應(yīng)退出喘振，接著積分模擬電路8對來自低通濾波器的動(dòng)態(tài)信號(hào)進(jìn)行分時(shí)逐段處理，從喘振低頻信號(hào)的能量積分的角度出發(fā)，一旦動(dòng)態(tài)信號(hào)中有微幅值脈動(dòng)信號(hào)出現(xiàn)，以采樣時(shí)間為積分模擬電路的橫坐標(biāo)數(shù)據(jù)，以減除平均壓力信號(hào)的脈動(dòng)特征的能量譜為縱坐標(biāo)，獲取控制信號(hào)，控制鋸齒波模擬輸出模塊和模擬開關(guān)電路工作。
鋸齒波模擬輸出模塊9接收積分模擬分析模塊和FFT分析DSP模塊的控制信號(hào)，發(fā)出50Hz的鋸齒波信號(hào)，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)工作。伺服電機(jī)10發(fā)出微量調(diào)節(jié)信號(hào)，調(diào)節(jié)壓縮系統(tǒng)的進(jìn)口導(dǎo)葉位置，從而快速微量改變系統(tǒng)穩(wěn)定的運(yùn)行工況點(diǎn)，達(dá)到自適應(yīng)避免系統(tǒng)發(fā)生喘振的目的。進(jìn)口導(dǎo)葉11喘振控制的方案要實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)的措施，需要對目前工業(yè)界現(xiàn)有的進(jìn)口導(dǎo)葉進(jìn)行機(jī)械銜接的加工。開關(guān)模擬電路12在接受到DSP模塊的控制信號(hào)后，打開高電平，觸發(fā)快速電磁閥工作?？焖匐姶叛b置13發(fā)出調(diào)節(jié)信號(hào)，控制微量調(diào)節(jié)閥和快速放風(fēng)閥工作，使系統(tǒng)自適應(yīng)退出喘振。接著微量調(diào)節(jié)閥14采用微量調(diào)節(jié)方式，可在實(shí)現(xiàn)在線預(yù)報(bào)和自適應(yīng)調(diào)節(jié)過程的同時(shí)，使系統(tǒng)維持在穩(wěn)定運(yùn)行的工況點(diǎn)?？焖俜棚L(fēng)閥15為確保系統(tǒng)不發(fā)生喘振現(xiàn)象，通過快速電磁裝置控制其工作。保證系統(tǒng)的安全。上述裝置已在中國科學(xué)院工程熱物理研究所的實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。獲得了實(shí)際驗(yàn)證。
權(quán)利要求
1.一種喘振預(yù)報(bào)和自適應(yīng)調(diào)節(jié)裝置，其特征在于包含動(dòng)態(tài)壓力傳感器，采集壓縮機(jī)械出口的壓力信號(hào)，提供給預(yù)報(bào)和調(diào)節(jié)模擬電路；直流電源，提供整個(gè)裝置的電源；前置放大器模擬電路，將傳感器的毫伏級電壓信號(hào)放大成2.5伏級范圍的動(dòng)態(tài)信號(hào)，其目的是提高動(dòng)態(tài)信號(hào)的分辨率；低通濾波模擬電路，將動(dòng)態(tài)信號(hào)中與喘振先兆有關(guān)的低頻信號(hào)提煉出來，為后續(xù)模擬數(shù)據(jù)模塊的分析打下基礎(chǔ)；FFT分析DSP模塊，對動(dòng)態(tài)信號(hào)進(jìn)行傅利葉在線分析，捕捉與喘振先兆有關(guān)的頻率信息，為開關(guān)模擬電路和鋸齒波模擬輸出模塊提供控制信號(hào)；開關(guān)模擬電路，在接受到DSP模塊的控制信號(hào)后，打開高電平，觸發(fā)快速電磁閥工作；快速電磁裝置，發(fā)出調(diào)節(jié)信號(hào)，控制微量調(diào)節(jié)閥和快速放風(fēng)閥工作，使系統(tǒng)自適應(yīng)退出喘振；積分模擬電路，對來自低通濾波器的動(dòng)態(tài)信號(hào)進(jìn)行分時(shí)逐段處理，從喘振低頻信號(hào)的能量積分的角度出發(fā)，一旦動(dòng)態(tài)信號(hào)中有微幅值脈動(dòng)信號(hào)出現(xiàn)，以采樣時(shí)間為積分模擬電路的橫坐標(biāo)數(shù)據(jù)，以減除平均壓力信號(hào)的脈動(dòng)特征的能量譜為縱坐標(biāo)，獲取控制信號(hào)，控制鋸齒波模擬輸出模塊和模擬開關(guān)電路工作；鋸齒波模擬輸出模塊，接受積分模擬分析模塊和FFT分析DSP模塊的控制信號(hào)，發(fā)出50Hz的鋸齒波信號(hào)，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)工作；伺服電機(jī)，發(fā)出微量調(diào)節(jié)信號(hào)，調(diào)節(jié)壓縮系統(tǒng)的進(jìn)口導(dǎo)葉位置，從而快速微量改變系統(tǒng)穩(wěn)定的運(yùn)行工況點(diǎn)，達(dá)到自適應(yīng)避免系統(tǒng)發(fā)生喘振的目的；進(jìn)口導(dǎo)葉，喘振控制的方案要實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)的措施，需要對目前工業(yè)界現(xiàn)有的進(jìn)口導(dǎo)葉進(jìn)行機(jī)械銜接的加工；開關(guān)模擬電路，在接受到DSP模塊的控制信號(hào)后，打開高電平，觸發(fā)快速電磁閥工作；微量調(diào)節(jié)閥，采用微量調(diào)節(jié)方式，可在實(shí)現(xiàn)在線預(yù)報(bào)和自適應(yīng)調(diào)節(jié)過程的同時(shí)，使系統(tǒng)維持在穩(wěn)定運(yùn)行的工況點(diǎn)；快速放風(fēng)閥，為確保系統(tǒng)不發(fā)生喘振現(xiàn)象，通過快速電磁裝置控制其工作，保證系統(tǒng)的安全。
2.一種一種喘振預(yù)報(bào)和自適應(yīng)調(diào)節(jié)的方法，其特征在于包含如下的步驟高頻響應(yīng)動(dòng)態(tài)信號(hào)實(shí)時(shí)采集；信號(hào)數(shù)據(jù)分析模塊建立；喘振先兆在線判別模塊建立；快速作動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；和與喘振自適應(yīng)機(jī)構(gòu)的銜接。
全文摘要
一種壓縮系統(tǒng)喘振在線預(yù)報(bào)、自適應(yīng)調(diào)節(jié)方法和裝置,其包含:動(dòng)態(tài)壓力傳感器、直流電源、前置放大器模擬電路、低通濾波模擬電路、FFT分析DSP模塊、開關(guān)模擬電路、快速電磁裝置、積分模擬電路、鋸齒波模擬輸出電路、伺服電機(jī)、進(jìn)口導(dǎo)葉、開關(guān)模擬電路、微量調(diào)節(jié)閥和快速放風(fēng)閥構(gòu)成。通過上述的喘振在線預(yù)報(bào)和自適應(yīng)調(diào)節(jié)裝置,可提高流體壓縮機(jī)械避免喘振現(xiàn)象發(fā)生的災(zāi)難性事故,提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性,從而改變工業(yè)界“觸喘色變”的現(xiàn)狀。
文檔編號(hào)F04D29/66GK1330229SQ0112020
公開日2002年1月9日 申請日期2001年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月6日
發(fā)明者聶超群, 蔣駿 申請人:中國科學(xué)院工程熱物理研究所