一種基于隸屬函數(shù)模型離心壓縮機喘振保護方法
【專利摘要】一種基于隸屬函數(shù)模型離心壓縮機喘振保護方法涉及離心壓縮機喘振保護領(lǐng)域。離心壓縮機是化工生產(chǎn)過程中的核心動力設(shè)備，喘振是離心壓縮機運行過程易發(fā)生故障，對離心壓縮機進行喘振保護具體重要的意義。該方法通過在實驗臺采集運行參數(shù)標定其性能曲線，確定喘振保護控制范圍并確定隸屬函數(shù)控制模型。采集現(xiàn)場投用的離心壓縮機運行參數(shù)，通過性能曲線確定其運行工況，根據(jù)所選控制模型，利用控制器控制喘振保護閥，從而達到喘振保護目的。
【專利說明】
一種基于隸屬函數(shù)模型離心壓縮機喘振保護方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及離心壓縮機喘振保護領(lǐng)域，特別是涉及離心壓縮機喘振保護閥控制算 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 離心壓縮機是化工生產(chǎn)過程中的核心動力設(shè)備，其運行狀態(tài)直接影響到整個工藝 生產(chǎn)過程的進行。在離心壓縮機運行過程中，易發(fā)生喘振故障，喘振對離心壓縮機轉(zhuǎn)子和靜 部件的交變應(yīng)力嚴重影響其壽命，對離心壓縮機密封以及軸承也有極大的損壞作用。因此， 對離心壓縮機進行喘振保護是整個運轉(zhuǎn)正常進行的重要保證。
[0003] 工業(yè)中常用的離心壓縮機喘振保護常用的方法有:單回路循環(huán)法，出口放空方法， 固定極限法等，上述方法考慮單一的因素，對離心壓縮機喘振保護安全性和可靠性較低，無 法有效地達到離心壓縮機喘振保護的目的。
[0004] 本專利對離心壓縮機具體運行參數(shù)設(shè)計了針對性的喘振保護方案，根據(jù)離心壓縮 機性能曲線和喘振保護閥流量特性，確定隸屬函數(shù)模型，通過對閥的控制達到對離心壓縮 機喘振保護的效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 1.-種基于隸屬函數(shù)模型離心壓縮機喘振保護方法，其特征在于，該方法包括如 下步驟：
[0006] 1)離心壓縮機性能曲線標定，通過離心壓縮機實驗，使用數(shù)據(jù)采集器采集壓縮機 不同運行工況時參數(shù)，從而得到離心壓縮機性能曲線，并將性能曲線劃分為不同工況區(qū)。
[0007] 2)離心壓縮機喘振保護控制模型確定，根據(jù)所使用的離心壓縮機喘振保護閥的流 量特性，選擇能準確反映閥流量特性的隸屬函數(shù)模型，結(jié)合標定的離心壓縮機性能曲線，確 定隸屬函數(shù)模型參數(shù)范圍。
[0008] 3)離心壓縮機喘振保護控制，通過采集的離心壓縮機運行參數(shù)和性能曲線對比， 確定壓縮機運行工況，根據(jù)確定的控制模型，使用控制器控制閥門，從而實現(xiàn)喘振保護。 [0009] 2.根據(jù)權(quán)利要求1所示的一種基于隸屬函數(shù)模型離心壓縮機喘振保護方法，其特 征在于，所述步驟1中：
[0010]實時采集的離心壓縮機的數(shù)據(jù)包括流量，進、出口壓力，記錄多個轉(zhuǎn)速下離心壓縮 機發(fā)生不同流量和對應(yīng)的壓縮比，將所記錄的工況點數(shù)據(jù)在以流量為橫軸、以壓縮比為縱 軸的坐標系中標點，再將工況點依次連接成喘振線和阻滯線，設(shè)置喘振裕度為5%_10%，獲 得喘振控制線。
[0011]喘振線、阻滯線和喘振控制線將離心壓縮機工況區(qū)劃分為：喘振區(qū)、正常工況區(qū)、 阻滯區(qū)。
[0012] 3.根據(jù)權(quán)利要求所述的一種基于隸屬函數(shù)模型離心壓縮機喘振保護方法，其特征 在于，所述步驟2中：
[0013] 喘振保護閥按照流量特性可分為:快開閥，線性閥和等百分比閥。
[0014] 隸屬函數(shù)模型分為以下：
[0015] 偏小型函數(shù)包括：
[0016] 降半矩形分布：
[0017]
[0018]降半梯形分布：
[0019]
[0020] 降嶺形分布：
[0021] V
[0022]偏大型函數(shù)包括：
[0023]升半矩形分布：
[0024]
[0025]升半梯形分布：
[0026]
[0027] 升嶺形分布：
[0028]
[0029] 中間型函數(shù)包括：
[0030] 矩形分布：
[0031]
[0032] 根據(jù)喘振保護閥的流量特性，選擇能準確反映閥流量特性的隸屬函數(shù)模型，開度A (X)視為流量差X的隸屬函數(shù)。
[0033] 結(jié)合標定的離心壓縮機性能曲線中的流量與壓縮比的范圍，確定隸屬函數(shù)模型中 A(x)、x、a、b范圍。
[0034] 4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于隸屬函數(shù)模型離心壓縮機喘振保護方法，其特 征在于，所述步驟3中：
[0035]實時采集的離心壓縮機數(shù)據(jù)包括流量，進出口壓力。
[0036] 對比離心壓縮機相同壓縮比下工況點流量XQ與喘振控制線上流量X1、以及阻滯線 上流量X2大小，判斷離心壓縮機運行工況。
[0037] 當(dāng)幼彡幻時，離心壓縮機運行為喘振工況；
[0038] iX1<XQ<X2時，離心壓縮機運行為正常工況；
[0039] 當(dāng)xo彡X2時，離心壓縮機運行為阻滯工況。
[0040] 對于喘振保護調(diào)節(jié)閥控制模型，開度A(X)視為流量差X的函數(shù)，其中：X = X1-XQ，將X 輸入到上述確定的隸屬函數(shù)模型中，控制器運算得出對應(yīng)的開度A(x)，并控制調(diào)節(jié)閥達到 對應(yīng)開度A(x)。從而調(diào)節(jié)離心壓縮機流量，達到喘振保護的目的。
【附圖說明】
[0041 ]圖1離心壓縮機喘振保護方案圖 [0042]圖2 P而振線標定結(jié)果圖 [0043]圖3喘振保護閥開度計算方法
[0044] 圖4為離心壓縮機發(fā)生喘振時對應(yīng)的7.5Hz的振動頻譜
[0045] 圖5為通過控制閥達到喘振保護的效果圖
[0046] 圖6本發(fā)明流程圖
【具體實施方式】
[0047] 下面對本發(fā)明的離心壓縮機喘振保護方法作進一步介紹。
[0048] 1、離心壓縮機性能曲線標定
[0049] (1)離心壓縮機數(shù)據(jù)采集
[0050]通過離心壓縮機實驗，使用數(shù)據(jù)采集器采集離心壓縮機運行工藝量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)類 型包括離心壓縮機進出口壓力，以及流量。
[0051 ] (2)離心壓縮機性能曲線標定
[0052] 通過改變離心壓縮機運行狀況，記錄多個轉(zhuǎn)速下離心壓縮機不同工況的流量和對 應(yīng)的壓縮比，再將所記錄的工況點數(shù)據(jù)在以流量為橫軸、以壓縮比為縱軸的坐標系中標點， 再將工況點依次連接成喘振線和阻滯線，設(shè)置喘振裕度為10%，獲得喘振控制線。
[0053] (3)離心壓縮機性能工況區(qū)劃分
[0054] 喘振線、阻滯線和喘振控制線將離心壓縮機工況區(qū)劃分為：喘振區(qū)、正常工況區(qū)、 阻滯區(qū)。
[0055] 喘振線與喘振控制線之間區(qū)域為喘振區(qū)；
[0056] 喘振控制線與阻滯線之間區(qū)域為正常工況區(qū)；
[0057] 阻滯線以外為阻滯區(qū)。
[0058] 2、隸屬函數(shù)模型分為以下：
[0059]偏小型函數(shù)包括:降半矩形分布、降半梯形分布、降嶺形分布；
[0000]偏大型函數(shù)包括:升半矩形分布、升半梯形分布、升嶺形分布；
[0061]中間型函數(shù)包括:矩形分布。
[0062] (1)喘振保護閥函數(shù)模型選取
[0063] 該離心壓縮機喘振保護方案中選用兩個閥，一個是線性調(diào)節(jié)閥，其流量與閥門開 度線性關(guān)系，另一個是電磁閥，其運行狀態(tài)為閥門開啟，相反閥門關(guān)閉。從上述的隸屬函數(shù) 中選取模型：
[0064] 線性調(diào)節(jié)閥函數(shù)模型選取為升嶺形分布；
[0065] 電磁閥函數(shù)模型選取為升半矩形分布。
[0066] (2)模型參數(shù)范圍確定
[0067] 對于線性調(diào)節(jié)閥模型升嶺形分布，根據(jù)閥流量特性和壓縮機性能曲線得:開度A (x)e[0，l]，a = 0，b = 500;
[0068] 對于電磁閥模型升半矩形分布，根據(jù)閥流量特性和壓縮機性能曲線得:開度A(x) =0或A(x) = la = 500
[0069] 3、離心壓縮機喘振保護控制
[0070] (1)離心壓縮機數(shù)據(jù)采集
[0071]通過離心壓縮機和可編程邏輯控制器采集離心壓縮機運行工藝量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)類型 包括離心壓縮機進出口壓力，以及流量。
[0072] (2)離心壓縮機運行工況判斷
[0073] 對比離心壓縮機相同壓縮比下工況點流量XQ與喘振控制線上流量X1、以及阻滯線 上流量X2大小，判斷離心壓縮機運行工況。
[0074]當(dāng)xo彡幻時，離心壓縮機運行為喘振工況；
[0075] iX1<XQ<X2時，離心壓縮機運行為正常工況；
[0076] 當(dāng)XQ彡X2時，離心壓縮機運行為阻滯工況。
[0077]圖3離心壓縮機運行狀態(tài)為喘振工況，圖4為離心壓縮機發(fā)生喘振時對應(yīng)的7.5Hz 的振動頻譜。
[0078] (3)離心壓縮機喘振保護閥控制
[0079] 對于調(diào)節(jié)閥的升嶺形分布控制模型，如下：
[0080]
[0081] 此時，χ = χι_χ2 = 1000-800 = 200
[0082] 將x = 200代入上述模型中，可以計算到：
[0083]
[0084]因而可編程邏輯控制器輸出調(diào)節(jié)閥開度為0.345。
[0085] 對于電磁閥的升半矩形分布控制模型，如下：
[0086]
[0087] 此時x = 200,將其代入上述模型中，可以計算到:A(x) =0 [0088]因而控制器控制喘振保護電磁閥關(guān)閉狀態(tài)。
[0089]圖5為通過控制閥達到喘振保護的效果，7.5Hz的低頻振動消失。
【主權(quán)項】
1. 一種基于隸屬函數(shù)模型離心壓縮機喘振保護方法，其特征在于，該方法包括如下步 驟： 1) 離心壓縮機性能曲線標定，通過離心壓縮機實驗，使用數(shù)據(jù)采集器采集壓縮機不同 運行工況時參數(shù)，從而得到離心壓縮機性能曲線，并將性能曲線劃分為不同工況區(qū)； 2) 離心壓縮機喘振保護控制模型確定，根據(jù)所使用的離心壓縮機喘振保護閥的流量特 性，選擇能準確反映閥流量特性的隸屬函數(shù)模型，結(jié)合標定的離心壓縮機性能曲線，確定隸 屬函數(shù)模型參數(shù)范圍； 3) 離心壓縮機喘振保護控制，通過采集的離心壓縮機運行參數(shù)和性能曲線對比，確定 壓縮機運行工況，根據(jù)確定的控制模型，使用控制器控制閥門，實現(xiàn)喘振保護。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所示的一種基于隸屬函數(shù)模型離心壓縮機喘振保護方法，其特征在 于，所述步驟1中： 實時采集的離心壓縮機的數(shù)據(jù)包括流量，進、出口壓力，記錄多個轉(zhuǎn)速下離心壓縮機發(fā) 生不同流量和對應(yīng)的壓縮比，將所記錄的工況點數(shù)據(jù)在以流量為橫軸、以壓縮比為縱軸的 坐標系中標點，再將工況點依次連接成喘振線和阻滯線，設(shè)置喘振裕度為5%_10%，獲得喘 振控制線;喘振線、阻滯線和喘振控制線將離心壓縮機工況區(qū)劃分為:喘振區(qū)、正常工況區(qū)、 阻滯區(qū)。3. 根據(jù)權(quán)利要求所述的一種基于隸屬函數(shù)模型離心壓縮機喘振保護方法，其特征在 于，所述步驟2中： 喘振保護閥按照流量特性可分為:快開閥，線性閥和等百分比閥； 隸屬函數(shù)模型分為以下： 偏小型函數(shù)包括：降半矩形At· 降半梯形 降嶺形分 偏大型函數(shù)包括： 升半矩形·升半梯形 升嶺形分 中間型函 矩形分布 根據(jù)喘振保護閥的流量特性，選擇能準確反映閥流量特性的隸屬函數(shù)模型，開度A(X) 視為流量差X的隸屬函數(shù)； 結(jié)合標定的離心壓縮機性能曲線中的流量與壓縮比的范圍，確定隸屬函數(shù)模型中A (X)、x、a、b范圍，其中a為流量下限，b為流量上限。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于隸屬函數(shù)模型離心壓縮機喘振保護方法，其特征在 于，所述步驟3中： 實時采集的離心壓縮機數(shù)據(jù)包括流量，進出口壓力； 對比離心壓縮機相同壓縮比下工況點流量XO與喘振控制線上流量X1、以及阻滯線上流 量X2大小，判斷離心壓縮機運行工況； 當(dāng)xoSxdt，離心壓縮機運行為喘振工況； iX1<XQ<X2時，離心壓縮機運行為正常工況； 當(dāng)XQ彡X2時，離心壓縮機運行為阻滯工況； 對于喘振保護調(diào)節(jié)閥控制模型，開度A(X)視為流量差X的函數(shù)，其中：X = Xl-XQ，將X輸入 到上述確定的隸屬函數(shù)模型中，控制器運算得出對應(yīng)的開度A(X)，并控制調(diào)節(jié)閥達到對應(yīng) 開度A(x)。
【文檔編號】F04D27/02GK105889112SQ201610219347
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月10日
【發(fā)明人】馮坤, 謝林, 張明, 江志農(nóng)
【申請人】北京化工大學(xué)