透平压缩机组（精选7篇）
透平压缩机组 篇1
透平压缩机组具有转速高、功率大、结构紧凑、运行稳定、调速方便及便于余热回收利用等优点, 广泛应用于化工、炼油、石油化工、冶金、轻工和纺织等大型现代企业。润滑油是机组正常运行的必要条件, 润滑油进水, 会使油品性能下降, 影响机组安全稳定运行, 必须引起足够重视。
一、透平压缩机组润滑油作用及选用要求
透平压缩机组润滑油有润滑、冷却散热和调速等作用, 不仅向透平和压缩机的径向轴承、止推轴承、齿轮增速箱及联轴节供油, 而且向透平的调速系统供油, 有的还向压缩机低、高压汽缸轴封供油。
透平压缩机组由离心压缩机和汽轮机组成, 二者运转情况相似, 采用连续、强制润滑, 转速较高, 一般共用一套润滑油系统, 要求润滑油具有良好的粘温特性、抗氧化安定性、防锈防腐性、抗乳化性、抗泡性及相对黏度较小等性能, 所以选用优质汽轮机油, 由深度精制基础油并加抗氧剂和防锈剂等调制而成。目前使用较多的是L-TSA32抗氧防锈汽轮机油, 有增速箱的机组为满足齿轮承载需要选用L-TSA46抗氧防锈汽轮机油, 接触氨的机组须选用抗氨汽轮机油。L-TSA抗氧防锈汽轮机油应符合国家标准GB11120-89规定要求。
二、透平压缩机组润滑油进水危害
1.透平压缩机组润滑油进水, 在轴和轴承高速旋转搅动作用下, 润滑油和水混在一起, 水会促使润滑油乳化, 从而降低润滑油黏度和油膜强度, 容易造成轴承和轴颈严重磨损, 甚至引起轴瓦烧毁。
2.润滑油乳化, 将加速润滑油氧化变质, 使酸值升高, 产生较多的氧化沉积物, 进一步恶化了润滑油抗乳化性能。
3.乳化液妨碍油的循环, 容易导致供油不足, 影响散热, 导致轴瓦过热损坏。
4.在控制系统油中含水会使调节系统中滑阀及套筒等部件产生锈蚀, 造成滑阀卡涩, 降低了调节系统灵敏度, 容易造成机组超速跳车。
三、透平压缩机组润滑油进水防治
1.防止汽轮机汽封泄漏。蒸汽沿轴窜入轴承箱润滑油中。一是汽轮机汽封设计合理, 材质耐高温;零部件加工符合要求;严格按照质量标准组装汽封, 在保证汽封片不与轴摩擦的前提下, 尽量调小汽封间隙, 并且在运行中具有自动调整间隙的性能。二是在机组大修中, 对汽封进行认真检查, 如发现汽封片磨损、断裂、倒伏及弹簧片失效等缺陷, 进行修整或更换。三是在机组运行中当汽封泄漏量增大时, 可在端部汽封的外露轴段上加装阻汽环, 以阻止汽封泄漏蒸汽窜入轴承箱润滑油中。四是保证供给汽轮机端部汽封密封蒸汽压力、抽气密封真空度要适当, 保持管道畅通。
2.防止油箱蒸汽加热器盘管、油冷器管束泄漏, 润滑油进水。油箱蒸汽加热器盘管、油冷器管束泄漏, 导致润滑油进水, 在机组大修中, 应认真检查试漏, 及时消除设备缺陷。
3.使用充注氮气密闭油箱, 隔离空气中的水分。机组在运行中, 由于油液的抽吸作用, 油箱内部容易产生负压, 导致空气中的水分被吸进润滑油中。通过在油箱内充注经过处理的、压力合适的清洁干燥的氮气, 使油箱内保持轻微正压, 不仅可阻止空气中的水分进入油箱, 而且还能连续不断地吹走油中含有的水蒸气和有害气体, 从而降低水对润滑油的危害。同时, 轴承箱上的通气孔 (排气管) 应保持畅通, 避免轴承内产生负压而吸入空气中的水分。
4.防止油系统清洗后残留水分。在机组大修中, 润滑油系统油箱、油冷器、过滤器和管路等清洗结束后, 用压缩空气吹扫可能存留的残液或水珠, 确认干燥后再对设备进行恢复。
5.定期排除油箱水分。机组正常运行情况下每个月对油箱排一次水, 避免从油箱分离出的水重新进入油系统形成润滑液。
6.使用特殊滤油机过滤水分。机组在加注润滑油时, 要使用有脱水功能的滤油机, 进出口安装合格过滤网, 防止水分和机械杂质随润滑油进入润滑系统。
7.定期检测, 按质换油。每3个月利用润滑油检测仪器进行一次油品质量检测, 对润滑油含水量进行分析, 从而对机组润滑油品质进行监控, 当水含量 (按重量) 大于0.5%时, 应停止使用, 进行换油。
摘要：阐述了透平压缩机润滑油的选用, 分析了透平压缩机润滑油进水危害, 全面总结了润滑油进水防治措施。
关键词：透平压缩机组,润滑油进水,防治
透平压缩机组 篇2
1 基本情况
1.1 氧气透平压缩机的密封气主要起以下几个作用:
a.防止氧气外漏b.防止空气和润滑油通过间隙漏入机壳, 使氧透烧毁。密封气又分为氧气轴封和氮气轴封。
1.2 氧气轴封:
经平衡盘漏出的氧气一部分流回压缩机进口管, 回流量由混合气与进口管的压差来控制。另一部分氧气进入氧气腔, 压力略高于混合气腔的压力。
1.3 氮气轴封:
用户提供的密封氮气进入氮气腔, 该处的压力略高于混合气腔的压力。漏出的氧气和氮气一起进入混合气腔, 氧气的浓度因与氮气混合而降低。混合的气体在安全的地方排入大气。
1.4 氧气透平压缩机的轴封差压连锁及控制:
氧透有三个差压连锁, 分别是:a.PDIC3302混合气与压缩机进口氧气压差, 正常值是2.5Kpa, 控制混合气体排放阀V3309以保持混合气体的压力高于氧透进口氧气的压力为2.5Kpa。b.PDIC3303轴封氧气与混合气压差, 正常值是4.0Kpa, 报警值是≤1.0Kpa, 连锁停车值是≤0.5Kpa, 控制氧气回流阀V3308以保证氧气腔的压力高于混合气腔。c.PDICAS3304轴封氮气与混合气压差, 正常值是4.0Kpa, 报警值是≤1.0Kpa, 连锁停车值是≤0.5Kpa, 控制氮气压力调节阀V3312以保证轴封氮气的压力高于混合气腔。PDIC3302、PDIC3303、PDI-CAS3304三个轴封差压的自动调整都是直接或间接以氧气进口管道压力作为调整基准, 这说明氧气进口压力发生变化, 相关差压都要发生变化。
1.5 氧透进口氧气压力的控制。
PIS3301、PI-CA3302、PICA3303都是测量氧透的进气压力, 正常值是10Kpa报警值是≥27Kpa, 停车值是0Kpa。
正常情况下, 控制氧透进口压力有两种可以同时作用的调节方式, 1.5.1通过PICA3302的设定值控制进口导叶GV3301的开度, 当PICA3302压力低于设定值, 通过输出信号自动控制导叶关小。1.5.2通过选择控制器PY3304来比较PIC3309和PIC3303的输出信号, 从而来控制V3303阀的开度。高压回流阀V3303的主要作用是在开车阶段全开, 形成高压出口和低压进口回路, 减小氮气消耗量。运行过程中防喘振。调整氧负荷。PIC3303和PIC3309 (氧透出口压力) 在各自设定值作用下输出信号, 经过信号选择器PY3304的选择比较, 使V3303开度大的信号优先作用在V3303阀上。组成选择控制系统。
系统组成如图1。
由二级自力式减压阀V3311及V3313来保持密封氮气压力PIAS3315在0.28MPA左右, PIAS3316在2.5KPA左右恒定。上述两级自力式减压阀是进口美国费希尔公司产品, 性能相当可靠。工艺要求:当PIAS3315≤0.15MPA报警, ≤0.12MPA则连锁停氧透;当PIAS3316≤1.0KPA时报警, ≤0.5KPA则连锁停氧透。氧透的密封气控制系统与氧透其他控制回路一样都是采用FOXBORO公司I/A.S DCS系统完成的。本控制系统的组态软件是成功的并在热负荷试车时进行了P、I、D参数整定, 调节也是可以的。
2 存在问题
2.1 在氧透投入运行后, 开始一段时间设备运行基本正常, 但当向用户输送气体, 特别是用户大量用氮气时, 氧透连续多次连锁跳车, 经查找设备运行记录, 及DCS系统的事件记录, 报警数据。大多是由于PDICAS3304的差压低于低低限值0.5KPA, 有一次是由于PDICAS3303, PIAS3316有低低限记录。使分析故障产生原因更加复杂, 影响了氧透的正常运转, 影响炼钢生产。
2.2 氧透进口压力随炼钢的节奏波动很大, 在炼钢间隙氧透放空阀打开造成出口压力瞬间波动使V3303阀随之波动, 进口压力也随之波动。
3 故障原因的分析及解决
要解决连续跳车的问题, 经我们反复分析, 仔细查找。造成PDICAS3304差压低低限的原因, 从系统图上看出, V3311阀及V3313阀之间有一个空气过滤器, 是否是由于管道有灰尘造成堵塞使压力降低造成。及V3312阀的控制调节也有一个过滤器, 也可能发生堵塞, 使压力降增大造成。为此将上述两过滤器拆下清洗后重新装上, 稳定了一段时间。但以后又出现同样的原因造成氧透跳车。为此我们将PIDC3302、PDICAS3303、PDICAS3304的P、I、D参数又进行了仔细整定, 同时调节V3311、V3313自力式减压阀的输出压力提高。PIAS3315提高到0.30MPA以上, PIAS3316提高3.5KPA左右, 此时氧透又正常运转一段时间, 我们观察运行过程中, PIAS3315、PIAS3316分时段压力下降较大, 经查操作记录, 与炼钢的生产节奏关系很大。在8月下旬氧透又一次由于PIAS3315压力降至0.12MPA以下连锁跳车。同时氧透的进口压力也有波动。再经过仔细查找分析, 发现工艺提供给氧透密封气的气源就不稳定, 波动很大, 特别是当用户大量使用氮气 (1.0MPA) 时, 波动更大, 是造成PIAS3315低于低限的根本原因, 也是PDI-CAS3304、PDICAS3303、PIAS3316突然降低的根本原因。同时由于炼钢间隙的氧气放空量较大造成了氧透进口压力的波动, 也间接的影响了差压值的波动。分析密封气的来源是由调压阀室的V310阀后仪表备用气源供给的, 此气源同时供给其他设备 (氮透、空透) 等, 而V310减压阀的上游气源是由供给炼钢厂、炼铁厂等许多用户V304阀后取得的。当上述用户突然同时大量使用氮气时, 使PC304压力由1.0MPA大大降低时, 使V310阀前压力变化很大, 加上控制V310阀的PIC310的调节回路的PID参数调整不十分合适, 使V310阀跟踪不上, 造成PDC310压力突然下降, PIC310由0.5MPA突然下降许多, 恢复较慢。造成V3311阀前压力突然下降许多, 而自力式减压阀的调整存在滞后性, 造成PIAS3315的压力下降, 低于0.12MPA造成停车。或使PIAS3316突然低下, 或PDICAS3304突然降低, 而V3312调节慢造成多次停车。当时工艺的设想, 因为氧透的密封气与氮透的密封气同用一个气源, 采用压力氮供给氮透, 该气源同时驱动其入口导叶与放空阀, 由于压力氮的压力低驱动PIC3303的设定值不灵活, 为此改为使用V310的仪表备用气源供给, 由原来的0.42MPA的压力氮改为V310阀的仪表备用气源的0.50MPA, 以满足氮透的需要, 这是正确的考虑。
但是未能考虑到氧透的密封气系统V3311阀要求阀前气源压力稳定, 不受其他因素的影响而波动或波动很小。经V3311及V3313自力式减压阀缓慢调节, 保持PIAS3315及PIAS3316恒定。同时用进口导叶GV3301和高压回流阀V3303调节保持仰头进口压力的基本稳定, 才能保证PDC3302及PDICAS3304、PDICAS3303差压不致有非常大的波动。调节相应的V3309、V3312、V3308阀使其差压值恒定在设定值上。
查明了故障原因, 针对上述特殊情况, 我们采用了如下措施:a.氧透密封气系统的气源改用压力相对稳定的空分系统下塔抽出的压力氮。b.精心调整了各调节器的PID参数c.从新调整了各调节阀的打开、关闭时间。d.将PIC3303设定在自调状态, PIC3309设在手动状态通过V3303的开度变化来保证氧透进口压力的稳定。e.精心操作, 保持氧透进口压力的稳定。经过几个月的运行, 氧透密封气压力稳定, 调节及时。设备运转正常。说明改造方案成功 (见图1) 。
摘要：氧气透平压缩机组在空分行业是为后续系统提供中压氧气的一台重要压缩设备。其运行正常与否, 直接影响到炼钢、轧钢的正常生产及高炉的富氧鼓风。而氧透的密封气控制系统稳定与否, 又是氧透正常运转的关键条件之一。
透平压缩机组 篇3
该设备是青岛碱业股份有限公司纯碱生产线上运行的设备, 长期运行使用, 若需短暂停车。如果更换壳体, 需要联系生产厂家, 再加工备件, 需要很长时间;补焊修复壳体较快, 但该件材料为灰口铸铁, 焊接难度较大, 以前几乎没做过铸铁件的焊接, 而且大面积的铸铁件裂纹补焊很难成功, 极易出现焊后裂纹。
铸铁的焊接主要应用于铸件的补焊。灰口铸铁补焊时, 容易出现裂纹等问题。当焊缝强度较高而母材强度较低时, 容易产生剥离。尤其对于大面积的裂纹补焊不容易获得成功。因此在制定补焊工艺时, 对铸件的缺陷要具体分析, 尽量减小熔合比, 调整热影响区, 松驰焊接应力, 才能使大面积裂纹补焊获得成功。
1. 焊条选择
选用纯镍的铸308焊条, 有较好的抗裂性和切削加工性。镍是扩大奥氏体区的元素, 当铁镍合金中镍量大于30%时, 合金凝固后一直到室温都保持硬度较低、塑性较好的奥氏体组织, 不发生相变。它也是非碳化物形成元素, 不会与碳形成高硬度的碳化物, 而且以镍为主要成分的奥氏体, 能溶解较多的碳。纯镍在1 300℃时可溶解2%的碳。温度下降后, 少量碳由于过饱和而析出细小的石墨, 故焊缝有一定的塑性和强度, 且硬度较低。
镍又促使石墨化形成元素。液态时镍的扩散能力较强, 可扩散到半熔化区, 对减弱半熔化区的白口宽度起到作用。所以采用纯镍焊条焊接, 白口区宽度最小呈断续分布, 机加工性能和抗裂性能均较好。
选用直径φ3.2mm小直径焊条, 小电流、快速焊, 其优越性: (1) 可使熔池小、熔深浅, 减少母材中碳和硫等有害元素进入焊缝。 (2) 其线能量小, 降低了焊接应力, 使焊接区出现裂纹的倾向减小。 (3) 可缩小热影响区宽度, 其中包括最易形成白口的半熔化区宽度, 使白口层变薄, 提高接头机械性能。
2. 焊前准备
(1) 钻止裂孔:在距离裂纹末端2～3 mm处钻一个直径为6～8mm的止裂孔。
(2) 开坡口:采用机械方法, 在裂纹开裂部位用磨光机磨出坡口, 并打磨光滑, 开坡口时要排除裂纹, 坡口底部呈圆弧状, 坡口尺寸如图1所示。
(3) 焊前清理:坡口表面两侧各20mm应将氧化皮、水、铁锈、油污、积渣和其他杂质清理干净, 直到露出金属光泽。
3. 焊接工艺规程 (WPS) 及工艺重点分析
(1) 焊前预热, 焊前将坡口周围预热, 温度为200～250℃, 以使工件与焊缝的温差缩小, 减慢冷却速度, 防止热影响区产生淬硬组织, 并可有效防止裂纹产生。
(2) 焊条烘干, 采用铸铁焊条铸308, 直径φ3.2 mm。焊前经150℃左右烘焙2h。
(3) 焊接顺序, 采用合理的焊接顺序 (1、2、3……) , 如图2所示。采用手工电弧焊, 采用直流正接, 电流为90～100 A。
(4) 采用多层多道焊, 补焊工件较厚, 坡口截面较大, 采用多层多道焊。焊缝截面较大, 产生的收缩应力很强, 容易形成焊缝剥离, 故采用合理的焊接顺序。
采用合理的焊接顺序, 也是为了分散热量, 关键是在坡口两侧与母材交界的那一层焊道上。要严格控制电流, 运条要快, 必须使焊缝与母材熔合良好。中间的焊道, 因为使用纯镍焊条, 其焊缝金属的塑性会较好。采取了合理的焊接顺序, 并配合锤击焊缝, 这样就能有效地防止半熔化区的“焊缝剥离”。
(5) 锤击焊缝, 锤击焊缝时温度在400℃以上进行, 效果较好, 用小圆头锤击焊缝, 使焊缝金属延展, 松驰焊补区的应力, 减少焊接应力。但需注意:第一层因焊肉较薄不宜锤击, 最后一层也不要锤击, 以防止冷作硬化, 其他各层均要锤击。
(6) 采用断续焊、分散焊、逐步退焊法。断续焊, 即焊一段后停留片刻, 待工件冷到50～60℃时再焊下一道焊缝, 以防止热量集中。分散焊, 即在一个部位焊一段后再到另一部位焊接, 以减少温差, 降低应力。逐步退焊法与连续焊相比, 可使焊缝的拉应力峰值大大减低, 以防焊缝裂纹的产生。
调整焊接热输入。采用分散焊、断续焊、多层多道焊, 其目的是防止局部金属过热, 避免因热应力而诱发裂纹产生。
(7) 对接焊缝低于母材时必须补焊, 其增高量不应大于3mm。
(8) 每层焊后清熔渣, 多层多道焊时, 应注意道间和层间清理, 将焊缝表面熔渣、有害氧化物、油脂、锈迹等清除干净后再继续施焊。
(9) 焊后热处理及缓冷措施, 在焊接区周围200mm范围内, 加热到300～350℃, 用岩棉板覆盖保温, 使之缓慢冷却。
焊后热处理及缓冷措施, 能使工件与焊缝的温差缩小, 减慢冷却速度, 防止热影响区产生淬硬组织, 并有效防止裂纹产生。
(10) 检验焊接接头外观。
4. 结束语
通过对HT250灰口铸铁的补焊, 证明选定的工艺方案是可行的。采用正确的焊接工艺规程, 合理锤击焊缝, 调整焊接热的输入, 可避免因热应力诱发裂纹的产生。正确的焊前预热和焊后热处理, 可避免接头产生淬硬组织, 并有效防止裂纹产生。
采用以上工艺补焊后, 经焊缝质量检查, 成形良好, 没有发现裂纹及渗漏现象, 达到了使用质量要求。
摘要：阐述采用灰口铸铁补焊工艺对透平压缩机壳体加强筋部位裂纹进行补焊, 可有效防止裂纹产生, 使焊缝有一定的塑性和强度, 并有较好的抗裂性能和机加工性能。
透平压缩机组 篇4
透平压缩机中所使用的扩压器有叶片扩压器和无叶扩压器两种型式, 其功用主要是扩压和导向, 使从叶轮出来的具有较大动能的气流减速, 使动能有效地转化为压力能, 并将气体导向蜗壳, 是透平压缩机的重要元件[1]。
当压缩机在设计工况下运行时, 由叶片扩压器引起的压力扰动可向上游传播, 影响到叶轮的工作, 严重时可能导致对叶轮叶片的冲击, 引发较严重的安全事故[2]。影响叶片扩压器制造质量的关键因素是叶片分布的均匀性和隔板通流端面的变形量大小:叶片分布不均匀容易引起气流不均匀, 严重时会导致高速气体产生涡流, 从而引起压缩机的强烈振动而无法正常工作;隔板通流端面的变形可导致气体扩压效果降低, 从而影响整台机器的效率。
1 叶片扩压器的结构、制造工艺及存在问题
透平压缩机叶片扩压器由若干均匀分布的叶片 (厚度3~8 mm) 与隔板端面焊接而成, 扩压器的直径与隔板的厚度比非常大 (一般直径为1000 mm左右, 厚度为20~40 mm) , 且形位公差要求严格, 常用的规格见图1。
传统的制造工艺是先进行隔板、叶片等单个零件的预加工, 加工隔板时在厚度及其内、外圆直径、叶片高度等处留适当的余量;在隔板已加工到尺寸的端面上均布划出叶片装焊的位置线, 并按线装焊叶片;去应力热处理和校平后机加工成形。经实际测量、分析, 用这样的方式加工出的叶片扩压器存在以下问题:
1) 叶片分布的均匀性和进出口边位置的一致性超差, 且无规律可循。测量按图1加工的一件扩压器, 发现各叶片出口边至外圆的尺寸数值大小不一, 差值最大在1 mm以上;在相邻两叶片出口处的同一圆周上测量同一个方向的等分弦长尺寸, 其差值绝大部分超公差范围, 见表1。检测其它规格的扩压器, 情况与之类似。
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2) 叶片焊接过程中产生的焊接应力使成品工件变形超差。把成品扩压器的隔板定位端面放在检验平台上, 用高度游标卡尺检查隔板同一径向内孔、外圆处相应位置的高度尺寸, 发现其差值均超公差范围, 并且是外高内低, 呈凹心状。高度差值见表2。
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2 原因分析
通过研究分析扩压器制造工艺的每一个工序, 跟踪监测多个工件的每一个中间环节, 发现造成上述问题的因素主要有以下两方面:
1) 装焊时未把叶片精确定位, 仅按划线组装焊接, 是造成叶片分布不均匀和进出口位置不一致的主要原因。
2) 叶片焊接过程中产生巨大的焊接应力, 使隔板外圆按相同的方式向中心收缩, 造成外高内低的凹心变形。不同的工件在消应力热处理后检测, 凹心的深度值在2.8~4.5 mm不等, 但相同尺寸的工件其凹心深度值比较稳定 (差值不大于0.5 mm) 。此现象说明焊接后工件的变形无法避免, 但变形方向及数值有一定的规律。虽经压力机校平, 但校平的精度较低, 且校平时产生新的应力, 在后序的机加过程中逐渐释放出来, 会引起工件的二次变形。
3 创新制造工艺并设计叶片焊接定位模具
3.1 创新制造工艺
叶片扩压器是隔板、叶片组焊而成的结构件, 焊接过程中产生变形不可避免。根据其变形是凹心并且变形量较稳定的这一特点, 从制造工艺上采取措施:在加工隔板时预先在焊叶片的一面上留出反变形量, 即隔板外圆处的厚度比内孔处厚度薄一些, 焊完叶片后因焊接应力的作用把隔板通流端面拉至平整状态;而隔板定位端面因为有加工余量, 可通过机加的方式加工至平整状态;同时取消校平工序, 从而消除二次应力对工件产生的影响, 有效解决了焊接过程中产生的隔板变形问题。考虑隔板和叶片的厚度及焊缝的长度等主要的影响因素, 把实验中测得的数据进行归纳、对比、分析, 确定出与隔板相对应的反变形数值, 见表3。
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为了把焊接变形控制在工艺要求的范围内, 焊叶片前把已预加工的隔板从内、外圆用多个压板和螺钉压紧在焊接平板上, 用模具精确定位叶片并点焊后, 采用船形对称焊接的方式焊接叶片, 施焊过程中控制好焊接电流的大小和焊角高度;焊接完成后工件连同焊接平板一起进行消应力热处理。
3.2 设计叶片焊接定位模具
为了保证叶片在隔板上分布均匀且进出口位置一致, 设计了叶片焊接定位模具, 如图2所示。其中定位挡板3结构如图3所示。
1.螺钉2.芯轴3.定位挡板4.铜套5.定位板6.螺栓7.定位销8.回转工作台9.键10.螺钉11.底座
1) 芯轴2采用过盈配合方式装入底座11中心孔内, 回转工作台8通过中心孔和底部键槽定位装在底座上并用螺钉紧固。
2) 定位板5内孔压入铜套4, 用铜套内孔定位装在回转工作台上并用螺钉压紧。铜套内孔与芯轴的配合间隙为0.05~0.08 mm。
3) 定位挡板3抱在芯轴上, 根据隔板的厚度不同可上下调整位置。定位面外圆半径与叶片内圆半径相同。
4) 定位销7装在定位挡板的圆弧定位面上, 用以准确定位叶片的出口位置。
5) 模具使用时先按图示的位置关系组装各零部件, 然后在定位板上装上隔板, 预留反变形的面向上;调整定位挡板的上下位置, 拧紧螺钉1抱紧芯轴。叶片利用定位挡板外圆和定位销定位, 并点焊两端固定。按顺序装点下一个叶片时, 转动回转工作台并带动隔板精确旋转产品图纸要求的等分角度, 然后把叶片定位、点焊。依次类推, 全部叶片点焊完成后去掉模具, 把带有均布叶片的隔板压紧在焊接平板上焊接焊缝。
4 工艺验证与应用效果
按新的制造工艺完成叶片扩压器加工后, 经过多规格、多批次检验, 叶片分布的均匀性、进出口边位置的一致性和隔板变形量均控制在产品图纸要求的公差范围以内。采用原检测方法测量按图1加工的工件的弦长差值和内、外圆高度差值, 完全满足设计图纸的要求。具体数据见表4、表5。将此工艺方法应用到不同规格的叶片扩压器上, 各项检测结果均满足设计要求。
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5 结语
通过对叶片扩压器传统制造工艺的研究分析, 结合大量的实物测量数据, 找到了制造过程中影响其质量的关键因素。采取独特的工艺方法, 设计专用的定位模具, 创新了透平压缩机叶片扩压器的制造工艺, 并应用于全部不同规格零件的生产过程中, 保证了该工件的制造质量, 同时也给类似工件的加工在技术和实践两方面提供了一种新的思路和方法。
摘要：简述了透平压缩机叶片扩压器在整台机器中的功用、结构形式和制造工艺方法。通过对扩压器制造过程中叶片的等距分布和隔板变形量的跟踪测量和分析研究, 利用专用的定位模具, 采取独特的工艺方法, 使加工结果能完全符合设计图纸要求, 充分保证了产品质量。
关键词：透平压缩机,叶片扩压器,制造工艺方法,专用定位模具
参考文献
[1]冀春俊.离心压缩机小流量级扩压器的分析与优化[J].风机技术, 2005 (2) :15.
透平压缩机组 篇5
目前,国内外主要按工业用离心泵的设计方法,结合液力回收透平的特点,设计对应工况下的液力透平机。其中关键的问题是找出泵反转作为液力透平使用时,泵和透平工况性能参数的关系,为液力透平的选型提供参考[3]。
工业生产中的余压能是可再生能源,用液力透平机代替减压阀,避免了余能的浪费[4]。针对广州石化炼油加氢装置中高压液体的实际情况,考虑到高压富胺液压力能的回收与利用,中国石油化工股份有限公司广州分公司、天华化工机械及自动化设计研究院有限公司、沈阳太平洋水泵股份有限公司和上海众深科技股份有限公司,共同承担了中国石油化工股份有限公司广州分公司年产120万吨加氢裂化装置能量回收多级液力透平机组的研制设计开发任务,并作为中国石油化工股份有限公司的国产化课题。
该能量回收多级液力透平机组的成功研制对于石油加氢裂化系统的节能降耗,生产成本的缩减有积极作用,可为今后液力回收透平性能的研究、运行工况的调整和机组配套装置的选择提供参考。
1 液力透平操作条件和主要技术指标1
液力回收透平输送介质为含H2S的水(H2S含量2.4%V,具有腐蚀性),密度0.997 8g/cm3,操作温度60℃,额定流量40m3/h,最小流量35m3/h,最大流量45m3/h,液力回收透平入口额定压力13.43MPa,出口额定压力0.60MPa。
能量回收多级液力透平机组国产化的技术指标为:液力透平机叶轮级数为9级,单级扬程142m,总扬程1 283m,转速3 000r/min,比转速27.98,效率不小于40%,单级回收功率不小于6.3k W,总回收功率不小于56.7k W。
液力透平机组的主要零部件所用材料为:
筒体、端盖 20(锻件)
叶轮 ZG0Cr18Ni12Mo2Ti
导流器 ZG0Cr18Ni12Mo2Ti
中段 0Cr18Ni12Mo Ti(锻件)
轴 17-4PH(锻件)
平衡盘/鼓 0Cr18Ni12Mo2Ti(堆焊斯泰利合金)
叶轮和壳体密封环 0Cr18Ni12Mo2Ti
2 能量回收多级液力透平机组HT3002概况
中国石油化工股份有限公司广州分公司年产120万吨加氢裂化装置中,贫液泵原配置的液力回收透平为进口日本产品,原设计流量126m3/h,实际操作中流量仅约50m3/h,最小时只有35~40m3/h,小于最小流量要求,因此不能正常投入使用。本次为国产化改造。
多级液力回收透平通过超越离合器、主电机向贫液泵(被驱动设备)传递机械能;液力回收透平(API610标准中的BB5结构)为卧式径向剖分双壳体多级结构(内泵体径向剖分),吸入口和排出口均垂直向上布置,水平中心线支撑。液力透平自带超速跳闸装置。平衡方式采用平衡鼓+平衡套的联合结构,并配置平衡管;叶轮与轴的固定采用每个叶轮单独固定(采用卡环固定)。径向轴承采用多油楔滑动轴承(可倾瓦),推力轴承采用推力可倾瓦结构,轴承采用压力供油润滑。透平轴端密封采用串联式平衡型集装式机械密封,密封冲洗方案按API610标准PLAN53A+61方案。叶轮按API610要求做动平衡,平衡等级为G2.5级;转子部件整体做高速动平衡,平衡等级为G1.0级。
被驱动贫液泵组采用双驱动方案,如图1所示,三相异步电机和液力透平共同驱动[5]。主电机的额定功率在无液力透平的驱动下足以驱动贫液泵,液力透平与贫液泵组之间设有超速离合器,并分别布置在主驱动电机两侧。其中贫液泵配套电机的参数如下:
电机型号 AMB560L2A BSTEH
额定功率 1 100k W
相数 3
额定电压 6k V
额定频率 50Hz
额定电流 119A
额定转速 2 991r/min
功率因数 0.94
防护等级IP55
3 液力回收透平HT3002回收功率的测试
高压富胺液经过透平叶轮和导叶时将大部分压力能转换为动能,流过叶轮时冲击叶轮叶片,推动叶轮转动,从而驱动透平转子旋转[6]。透平转子输出旋转机械功。
3.1 计算方法
电机额定转速为2 991r/min,设定超越离合器在液力回收透平转速达到2 991r/min时闭合。因此,当透平转速低于2 991r/min时,液力回收透平对外不做功,电动机单独驱动贫液泵(转动设备),所测电流值为电机带动贫液泵运转时的实际电流值。当液力透平投运后,电动机和液力透平共同做功,电动机电流会下降,利用电动机前后电流差即可估算液力透平的回收功率(节能功率)[7]。电流差法计算液力回收透平实际回收功率(节能功率)P的计算式为:
式中I1———液力回收透平投用后的电流,A;
I2———液力回收透平投用前的电流,A;
U———电机额定电压,k V;
cosφ———电机功率因素。
液力回收透平可回收功率P0的计算式为:
式中H———扬程,m;
Q———液体介质流量,m3/s;
ρ———介质比重,kg/m3。
液力回收透平效率η的计算式为:
3.2 测试方法
回收功率的测试方法和步骤如下:
a.使用电机驱动贫液泵,测量电机的三相电流值,取平均值,记录I。
b.加氢裂化装置总控室通过控制塔内液体压力,调节进入液力回收透平的液体压力,使其达到入口额定压力pin(13.43MPa),并记录出口压力pout。
c.由调节阀调节进入液力回收透平的流量值,使得液力透平转速高于电机额定转速,并由液力透平和电机共同驱动贫液泵。
d.当液力透平泵的转速高于超越离合器设定的2 991r/min时,测量电机的三相电流值,记录电流平均值。逐步增大进入液力回收透平的流量,直至调节阀达到最大开度,即流量每增加1m3记录电机电流值和液力透平泵的机械运行状况。
e.根据测试数据整理计算。
4 液力回收透平能量回收效果评价
中国石油化工股份有限公司广州分公司年产120万吨加氢裂化装置的液力能量回收透平自投运以来,在满足工艺操作要求的前提下,稳定运行且能回收一部分能量。
根据现场试验数据,液力回收透平HT3002水力性能数据中,入口压力13.39MPa,出口压力0.85MPa,流量51m3/h,扬程1 282.41m(图2);总回收功率61.54k W(图3),高于设计值56.7k W;回收效率34.63%,较理论值略低。泵反转作液力透平运行对流量变化十分敏感,流量高于最优工况的10%时能量回收效率下降50%,流量低于最优工况的40%时液力透平无回收功率[8]。
从图2、3中可以看出,年产120万吨加氢裂化装置液力能量回收透平已满足业主的基本要求。但在额定点的性能和回收效率均与要求存在一些偏差。究其原因,可能是原要求指标较高;在小流量工况下,液力回收透平的效率很难达到较高效率(这与低比转速离心泵设计原理类似),设计理论目前为前沿科技,但水力部件设计与加工工艺有待进一步研究与提高。
5 结束语
从中国石油化工股份有限公司广州分公司年产120万吨加氢裂化装置HT3002液力回收透平性能试验数据可以看出,随着流量的降低,扬程与功率快速降低。因此,建议在现场运行时,在满足工艺要求的前提下,应尽量保证流量高于设计流量,使其处于最优工况点附近,并保持工况稳定,否则将会降低液力回收透平的回收功率,导致高压流体压力能的浪费。
摘要：结合生产工艺流程与现场实际要求,研制了年产120万吨加氢裂化装置能量回收多级液力透平机组,入口额定压力13.43MPa,出口额定压力0.60MPa。单级回收功率不低于6.3k W,总回收功率不低于56.7k W。现场运行试验结果表明:该装置各项性能基本满足设计要求,由于处于小流量工况下运行,在额定点的性能和回收效率与要求存在一些偏差。
关键词：多级液力透平机,石油加氢裂化系统,能量回收,节能降耗
参考文献
[1]关醒凡,张大恩,李焰东,等.能量回收液力透平开发设计[J].通用机械,2012,(11):55~56.
[2]毕智高,杨军虎,赵维元.能量回收液力透平的研究现状及展望[J].流体机械,2014,42(8):41~45.
[3]周榕,唐晓晨,王辉,等.离心泵作液力透平的数值模拟[J].化工机械,2013,40(5):642~647.
[4]杨军虎,张雪宁,王晓晖,等.能量回收液力透平的研究进展[J].化工机械,2011,38(6):655~658.
[5]盛树仁.利用水泵逆转及水轮机回收能量的研究[J].流体机械,1984,12(6):41~45.
[6]Bansal P,Marsh N.Feasibility of hydraulic Power Recovery from Waste Energy in Bio-gas Scrubbing Processes[J].Applied Energy,2010,87(3):1048~1053.
[7]吴应德,祁应军,边元立,等.液力透平回收能量影响因素分析及措施[J].化工机械,2011,38(5):607~609.
透平压缩机组 篇6
1 WOODWARD 2301调速系统
WOODWARD 2301调速系统包括一个由7个分立式模块 (磁性传感器、速度变送器、斜波发生器、24V放大器、电源、MOP马达操作电位计和负荷限制器) 组成的控制盘、检测透平转速的磁性探头和执行机构 (接收2301控制盘输出信号并将其转换成蒸汽阀的位置) 。该调速系统控制功能简图如图1所示。
该系统的磁性传感器产生一个与传动齿轮转速成正比的脉冲信号, 此信号由速度放大器放大后送给速度变送器, 转换成与输入信号频率成正比的直流电压信号, 该电压送到24V放大器的求和点, 作为负信号输入。MOP马达操作电位计用来选择给定转速信号 (正常时30%～105%, 超速试验时30%～120%) 。给定值可通过调速开关进行调节, 如果给定某个速度信号作为正的输入电压信号加到24V放大器的求和点, 与速度变送器的检测信号相比较。24V放大器为一个微分放大器, 增大或者减小输出信号取决于求和点的电压代数和。当给定信号大于检测信号时, 放大器输出增大, 驱动执行机构, 阀操作器增大蒸汽阀开度, 提高透平转速, 探头检测信号增大, 传至放大器的求和点, 从而使实际转速与给定转速相吻合。
2 WOODWARD 505数字调速器
WOODWARD 505数字调速器用来控制蒸汽透平的转速, 采用菜单方式编程操作。它将透平控制器和操作面板集中成一个综合的操作、控制面板, 包括一个双行显示屏 (每行24个字节) 和一组功能键盘 (30个键) 。这个面板用于设置505内部参数、编制在线程序并操作透平。在运行模式下可以通过显示屏观察实际转速和设定转速的数值, 并在线修改某些参数, 显示屏还可以显示故障和诊断信息。505调速器具有程序模式和运行模式, 程序模式是对透平操作进行参数设置;运行模式就是透平的正常控制过程, 用来显示操作参数并控制透平的转速。
3 升级方案的制定和难点分析
此次改造的原则是现场的磁性传感器及执行机构均不变更, 整个调速系统的输入、输出信号基本不变。在原有调速系统功能的基础上, 由WOODWARD 505替代原来的WOODWARD 2301。因此改造的难点有:输入、输出信号的匹配;合理、正确的接线;通过正确的组态和编程实现原来的功能。
根据原调速器的接线和功能以及机组的自身特性, 结合505调速器的特点得出其实际应用功能图 (图2) 。基本控制功能可简单概述为速度PID接收现场采集来的透平速度信号, 并将此信号和速度设置值比较后产生一个输出信号, 该信号和阀门限制器的输出通过低信号选择总线后输出给执行机构。依照该功能图, 可进行相应的接线和编程, 图中P表示可编程。
3.1 信号的匹配
改造过程中, 需要匹配的信号包括:转速信号、输出信号、开关量输入和输出信号、模拟量输入和输出信号, 以下对这些信号加以简单介绍:
a. 转速信号。与2301配套的转速信号的频率最大不超过12kHz, 电压幅值最小1.5V;505所需的信号为频率最大不超过12kHz, 电压幅值最小1.5V, 因此频率、电压相符。
b. 输出信号。505和2301均具有20～160mA的标准输出。
c. 开关量输入和输出信号。开关量的输入和输出信号均兼容。
d. 模拟量输入和输出信号。模拟量的输入和输出信号均为4～20mA的标准信号。
3.2 调速系统接线
要保证调速系统合理、正确地接线, 需要做到以下几点:
a. 转速信号。转速信号从2301的速度放大器的OUTPUT端子接出, 连到505的SPEED SNSR1 (速度传感器1) 端子。
b. 允许启动。选取可编程输入点的1号作为505的启动许可输入信号, 此信号从机组仪表盘上的启动信号接出, 在盘后加一继电器。开机时, 按下“启动”按钮, 信号送入继电器, 继电器输出一组常开接点, 连到505的1号接点端子作为其启动信号。
c. 紧急停机。紧急停机是505的专用接点, 是不可编程的。此信号从机组仪表盘上的停机信号接出, 在盘后加一继电器。停机时, 按下“停机”按钮, 信号送入继电器, 继电器输出一组常开接点, 连到505的EMERGENCY SHUTDOWN (紧急停机) 接点端子。
d. 执行器输出。K-102现场执行器接收的是20～160mA信号, 通过编程选择执行器的输出信号为20～160mA。由505的ACTUATOR1号端子接到原2301输出去执行器的端子上。现场蒸汽调节阀由电动阀操作系统和蒸汽调节阀组成, 电动阀操作系统接收505输出的电流信号并将其转换成机械传动, 以控制蒸汽调节阀的开度, 从而控制进入透平的蒸汽量, 并稳定透平的转速。
e. 模拟量读出。选取ANALOG READOUT (模拟量读出1) 作为阀位输出连接到记录仪上, 记录高压阀的开度趋势, 以便在转速出现波动的情况下分析高压阀的开关情况。4～20mA分别对应高压阀开度0%～100%, 这有利于工艺人员的操作, 尤其是开机时, 可以随时监测高压阀的开度。
f. 继电器输出。505共有8个中继器输出可用。其中有两个是专用的, 一个从505发出系统关机命令 (SHUTDOWN) , 另一个报警显示 (ALARM) , 另外6个中继器可以被编程用于各种显示和系统功能。关机命令和报警显示接到PLC的DI输入, PLC的输出接到报警盘上报警。
3.3 505的参数配置
在使用505操作透平前必须进行程序组态。控制器加电、CPU自检完成后, 控制器显示待机状态。操作过程被分为程序模式和运行模式两部分。程序模式用来设置操作参数, 运行模式用来检查操作参数和运行透平。505的程序经过配置, 在透平没有运行时, 是可以被改变的。一旦透平开始运行, 程序将不能改变也不能选择, 但是可以被访问, 所有编程的数值可以被监测。505的参数配置清单如下:
a. 透平启动。505有3种可供选择的启动方式 (手动、半自动和自动) 。一旦“RUN”命令发出, 根据所选择的运行模式, 速度限制点和阀门限制器会由505控制仪自动操作或者操作者进行手动操作。鉴于K-102机组的具体情况, 采用手动启动模式。由于透平和离心式压缩机均存在固有特性——危险转速, 因此开机过程必须避开危险速度范围, 或者尽快通过这个速度范围, 以免造成机组振动过大或者机械损坏;另外, 在透平冷启动时, 必须执行暖机, 然后才能升速。因此空载/额定功能必须被编程以执行临界速度避开程序。速度设置点也不能停止在临界速度带内。根据这个要求, 参数设置包括到最小速度的速率400r/min;使用空载/额定设置, 空载设置值2 000r/min, 额定设置值为8 000r/min;空载/额定速率50r/min;阀门限制器速率2%。阀门限制器可用来限制执行器输出信号 (调节阀位置) , 以帮助透平启动和关机, 阀门限制器的输出、速度PID输出二者中低选值控制透平阀门。阀门限制器也可以用于对系统动态特性问题进行故障寻找。如果确定505是系统不稳定的根源, 可以手动控制阀门限制器来控制蒸汽调节阀的位置。但是, 在这种情况下必须小心操作阀门限制器, 以避免系统达到危险的操作点。
b. 速度控制。MPU探测的齿轮齿数30;齿轮比例为1∶1;在线比例增益17.464;在线积分增益1.552。505的PID设置, 对整个系统的调节质量起着举足轻重的作用。在505初次启动时, 所有PID动态增益项都需要调整, 使之得到最优的控制结果。上述PI参数是在试机过程中反复试验才得出的。当透平在操作状态时, PI参数可以在运行模式下改变。
c. 速度设置点的数值。速度设置点的范围必须在编程模式下设定, 程序通过设置最小调速器速度和最大调速器速度来确定透平正常的操作范围。除非是执行超速实验, 速度设置点不超过最大调速器速度的设置。根据K-102具体情况, 设定过速实验极限为14 000r/min;最大调速器速度13 500r/min, 最小调速器速度8 000r/min;速度设定值的低速率20r/min;使用临界速度;临界速度速率50r/min;最大临界速度7 000r/min;最小临界速度4 500r/min。各种速度之间的关系如图3所示。
d. 驱动器配置。505有两个执行器输出, 都可以编程来和WOODWARD GOVERNOR公司的执行器 (20～160mA或4～20mA) 相连接。K-102执行器接收的是20～160mA信号, 因此将505输出去执行器1号设置为20～160mA。
e. 接点输入。505共有12个可编程输入点, 选取节点输入1功能为外部启动, 接点输入使用功能必须被编程才能被执行。
f. 功能键。功能键F3、F4在505的前面板上, 可以被独立编程为一个功能键。这些功能键可以通过505的前面板来设置各种功能为可用或者不可用, 而无需要求使用外部接点开关。F3键功能为IDLE/RATED (空载/额定) , 这个功能主要被用于开/停机。按下F3键, 屏幕上显示:“PushYes=Rate, No=Idle”“Idle/Rtd Stopped”, 按下YES键, “F3”灯亮后, 转速则会自动越过临界转速升至8 000r/min (最小控制转速) 后停止升速。按下NO键, 转速则自动降至2 000r/min (空载设置值) 。
4 505的试运行
调速系统改造完后, 正式投运之前需进行试运行 (包括单机试运和整机试运) , 以便根据试运行过程中出现的问题对参数配置进行调整。
单机试运是在调速系统改为505后, 由505来控制透平的运行, 透平单机运行时, 转速平稳。根据出现的问题, 对程序做出了相应修改, 如:把执行器0.1%的高频脉动去掉, 越过临界转速的速率由300r/min改为50r/min等。
整机带负荷运行遵循单机试运的开机步骤, 在转速升至8 000r/min以后, 转速出现了波动, 高压阀上下振动, 经判断是PID参数的配置不合适, 调整PID参数, 从记录仪上观察高压阀曲线, 直至在每个速度段都运行平稳。整个调速系统试运行完成后, 正式投入运行。
5 结束语
透平压缩机组 篇7
在国民经济的很多领域,特别是石油、石化、天然气、煤化工、动力和冶金等,广泛使用压缩机来输送气体和提高气体压力。
透平式压缩机是一种叶片式旋转机械,它利用叶片和气体的相互作用,提高气体的压力和动能,并利用相继的通流元件使气体减速,将动能转变为压力的提升。正是因为透平式压缩机的这个特点,不同段之间会因为气体压力和流量等工艺参数的瞬间变化而导致气体阻塞,引起压缩机轴温、轴振动、轴位移等参数剧烈变动,这就是压缩机的喘振现象,严重时会引起机组停车或损坏设备。合理的防喘振方案能有效保护机组远离喘振,为机组的安全平稳运行提供保障。
北京康吉森自动化设备技术有限公司(以下简称北京康吉森公司)提供的透平式压缩机的防喘振控制方案具有响应速度快、安全性高,能以最少的放空量或回流量防止机组的喘振,减少对工艺的干扰和能源的消耗等特点。其实现的主要功能有:通过防喘振线计算模块消除了分子量变化的影响;温度、压力补偿;任意折现函数;抗积分饱和;在喘振线附近进行控制;根据需要设置喘振控制快开线;安全裕度重校;可变增益;喘振预防;纯比例控制;快开慢关;电磁阀安全失电。
1 防喘振控制的基本原理和算法简介
1.1 防喘振控制基本方法
透平式压缩机发生喘振的原因有很多种,从实际应用中防喘振的原理来讲,主要有两类方式来避免压缩机喘振的发生:工艺介质压缩机的防喘振采取介质打回流的方法来避免入口流量的减小而引起的喘振;空气压缩机则采用放空的方式来避免出口压力过高引起的喘振。图1为透平式压缩机的防喘振示意图。
1.2 压缩机防喘振的控制原理
康吉森公司提供的防喘振控制功能,基于喘振线和控制线两条基本性能曲线,根据实际工况计算出当前工作点坐标、当前裕度、安全裕度、回旋裕度等关键参数,并根据这些参数的实时变化进行自适应计算得到防喘振PID功能块的增益和积分,从而进行PID计算,做为防喘振阀门的主要输出值。
防喘振控制示意图如图2所示,主要参数:
(1)压比:压缩机出口压力和入口压力的比值,是工作点的纵坐标的值。
(2)流量(%):流量的百分数,由当前流量经过温度压力补充后的流量与流量最大值的比值乘以100得到,是工作点的横坐标。
(3)工作点:由当前压比和流量(%)为纵坐标和横坐标所确定的点。
(4)喘振线:由压缩机厂家实际测定的一条折线,在图2中,工作点位于喘振线以左即表示发生喘振,工作点位于喘振线以右表示没有发生喘振。因此,工作点在喘振线以左区间时,防喘振阀门应该全开,从而保护压缩机设备不受损坏。
(5)控制线:由喘振线的横坐标加上总安全裕度后得到。控制线以右区域为安全区域,工作点在此区间,防喘振阀门要慢慢地关闭,直至全关;控制线和喘振线之间为防喘振区域,工作点在此区间时,防喘振阀门打开以便将工作点拉回到控制线以右。
(6)当前裕度:工作点的横坐标减去当前对应的喘振线横坐标得到的值,表示当前工作点到喘振线的距离。
(7)总安全裕度:控制线到喘振线的距离,正常情况下,防喘振控制总试图将工作点控制在控制线上,这是最节省能源的一种工况。
(8)回旋裕度:根据当前裕度和总安全裕度经过回旋点计算功能块得到,是防喘振PID的设定值。
(9)回旋点:由回旋裕度加上当前喘振线的横坐标得到,是工作点的下一个目标位置。
根据图2,一般都希望将工作点控制在喘振线以右,最佳位置在控制线上,但实际操作中,由于对安全性的考虑,能完全控制在控制线的情况很少,大多的时候都在控制线右边,并根据工况的变化而游动。
1.3 防喘振控制算法
北京康吉森公司为实现图2中的防喘振控制原理,用自己特定的功能块来实现各个参数的计算,并融入了先进合理的控制理念,形成了一套完整的防喘振控制算法,该算法的逻辑方块图如图3所示。防喘振算法由各个独立的功能模块组成,每个模块都有各自定义的功能,并通过输入输出变量与其它功能模块相互连接。
2 防喘振算法的功能实现
2.1 防喘振算法的功能
防喘振算法的功能:在工作点向喘振线窜动时及时打开防喘阀;如果喘振发生,喘振安全裕度可以自动调整;特殊的喘振控制器带有适应增益及快开/慢关响应等功能;比例调节功能可以“迫使”防喘阀独立于控制过程而打开;可选择手动控制帮助设定、测试和故障排除;当喘振逼近或透平跳车时,电磁阀触点输出可“打开”防喘阀。
2.2 主要功能块
(1)流量补偿功能块:将当前流量经过压力和温度的补偿后转换为设计工况下的流量值。流量补偿公式为:
式中,M_FLOW为补偿后的流量;MFLOW_max为变送器最大量程;H_pct由M_FLOW除以MFLOW_max后再乘100得到;Pfo为入口压力;Tfo为入口温度;Pfob为孔板设计压力;Tfob为孔板设计温度;P_abs_cor为绝压转换常数,通常为标准大气压值;T_abs_cor为绝压值,通常取273。
(2)工作点计算功能块:根据流量补偿功能块的输出M_FLOW和设计的温度与压力,计算出当前工况的工作点位置。计算公式:
式中,Hc_4为计算后的工作点,在图2中则表现为工作点的横坐标,其量程为0~100;补偿前的流量,Ps为入口压力,Ts为入口温度,MFLW_max为入口流量的最大值,Psb为性能曲线设计压力,Tsb为性能曲线设计温度。
(3)压比计算功能块:将出口压力和入口压力都转换为绝对压力后相除,得到的比值即为压力比,在图2中表现为工作点的纵坐标。计算公式:
式中,Pd为压缩机出口表压;Ps为压缩机入口表压。
(4)喘振函数功能块:用来将压缩机实测后得到的喘振线用折线函数的形式来表现,其输入变量为压比,输出变量为该压比所对应的在喘振线上的点的横坐标,即该压比对应的喘振点的流量(%)。
(5)安全裕度校正功能块:具有对安全裕度的校正功能,当工作点向左穿越喘振线,表明喘振发生,该功能块会自动增加安全裕度,使控制线向右移动相应的值;同时该功能块可以记录喘振发生次数累积值、安全裕度增加累积值;并具有人工复位功能,将累积值清零,控制线回到原来的位置。
(6)安全裕度计算功能块:计算初始安全裕度。该功能块的输出加上安全裕度校正功能块的输出则为总安全裕度。
(7)回旋点计算功能块:根据当前裕度和总安全裕度,计算出回旋裕度做为防喘振PID的设定值。该功能块保证了工作点在结构化的速率下接近和远离喘振线,使阀门的动作在PID的控制下更加具有连续性。
(8)自适应计算功能块:提供了一种适应性增益(积分)特性。当工作点在喘振控制线右方时,该特性减少了比例动作。当工作点在喘振控制线右方的操作裕度超过设定距离,则调用适应性增益特性。自适应的公式和原理图如图4所示。
(9)防喘振PID功能块:即防喘振PID控制器,根据自适应块计算适应性的增益和积分,测量值为当前裕度,设定值为回旋裕度,输出值为防喘振阀门的开度,PID作用方式为反作用。PID计算公式为:
式中,K为增益,是PID反应的速率;Reset为积分,是PID反应的频率,次/分钟;Error是测量值和设定值之间的偏差;Scan T是控制系统的扫描周期,s。
(10)超驰输出功能块:该功能块独立于正常PID控制器打开防喘阀。当工作点移到喘振控制线左方,而正常PID控制器无法提供足够响应,可能导致严重的过程失序时,则进入该阶段。即工作点进入喘振控制线及喘振线之间时,该功能块使防喘阀按纯比例打开。超驰功能块原理如图5所示。
如果当前的安全裕度为10%,那么工作点从安全裕度为7%到0%的过程中,该功能块输出为0~100%,在喘振PID的输出值比较小时,可以使控制更安全可靠。
(11)阀门输出选择功能块:具有阀门输出的选择功能,可以同时接受防喘振PID输出值、超驰输出值、手动输出值等阀门开度命令,并通过手自动模式来决定最终的阀门输出值的大小。全自动模式和半自动模式适合在正常工艺使用;全手动模式适合在压缩机停车时用于对防喘振阀门的调校。阀门输出的选择结果和手自动命令之间的关系如表1所示。
阀门选择功能块具有阀门开关速率设置参数,可以设置开阀和关阀的速度,从而起到快开慢关的效果。
(12)电磁阀控制功能块:根据当前裕度的大小提供电磁阀失电的合适时机,保证工艺在喘振发生时及时切断防喘振阀门的气路,使防喘振阀门全开,加强安全性。
2.3 防喘振控制画面
康吉森公司根据防喘振算法,合理利用各个功能块的搭配,利用安全控制系统TRICONEX TS3000进行组态,组态画面简洁清晰,易于操作。防喘振控制画面如图6所示。
画面提供手自动操作选择软开关、喘振复位软按钮和手动输出操作按钮。所有操作都实行二次确认,提高了系统操作安全性。
3 结语
该系统提供的防喘振方案和算法,反应快速准确,满足实际操作需要,为工厂的正常生产提供了高效安全的保障。
摘要：介绍透平式压缩机发生喘振的原因、防喘振的基本方法和防喘振控制的原理,并对该防喘振功能的实现进行了具体说明。