流体设备喘振监控方法和制冷系统与流程

文档序号:11817647阅读:301来源:国知局
流体设备喘振监控方法和制冷系统与流程

本发明涉及喘振控制技术领域,尤其涉及一种流体设备喘振监控方法和制冷系统,其中所述流体设备包括但不局限于离心式压缩机。



背景技术:

各种类型的压缩机、泵、风机等许多流体设备已经被人们广泛应用,然而,由于这些流体设备本身存在的固有特性,因此有可能会在运行过程中出现“喘振(surge)”现象。一旦发生喘振,就将会严重破坏流体设备内部介质的流动稳定性,不仅带来了机械噪声,而且还会引起相关工作部件、管道以及设备基础等产生强烈振动,从而加速零部件损坏,甚至导致整个机组报废,由此造成相当大的危害后果。因此,如果能够采用行之有效的手段来及时、有效地监控、防止并且避免流体设备发生喘振,那将是相当有意义的。

在这方面,现有技术已经提供了一些对应的解决方案。例如,在公开号为US2012/0207622A1的专利文献中公开了一种压缩机控制装置和控制方法,其通过仿真单元、控制参数调整单元、阀控制单元、控制参数设定单元来根据控制参数对防喘振阀进行控制,从而防止压缩机的工况点进入喘振区。再如,公开号为US20130309060的专利文献披露了通过安装在透平压缩机元件上的振动监测设备来提供振动信号,由此检测出喘振事件并提供防喘振控制。此外,公开号为US8342794、US20030105535等许多专利文献也都涉及到各种防喘振控制方案。然而,对于产品用户、设备维护人员、专业技术人员以及其他相关人士来讲,他们仍然缺乏直观、有效的手段来及时、快速地了解到机组设备的当前运行状态,而且也不能直接获取并充分利用历史性能数据,所以也就无法更好地了解系统的配置和运行情况以及如何实现最佳配置来预防并解决喘振问题的发生。



技术实现要素:

有鉴于此,本发明提供了一种流体设备喘振监控方法以及制冷系统,从而有效地解决了现有技术中存在的上述问题和其他方面的问题。

根据本发明的第一方面,它首先提供了一种流体设备喘振监控方法,所述流体设备被布置在工作机组中,所述流体设备喘振监控方法包括步骤:

提供并显示所述流体设备的喘振线,所述喘振线至少与所述流体设备的流体压力与流量之间特性相关;

基于预设时间间隔,依次提供并显示所述流体设备在当前运行状况下在所述喘振线所处坐标系中的工况点,并且当所提供的工况点数量超过预设值时,则去除其中最先提供的工况点,以使得被保留的工况点数量为所述预设值;以及

根据所显示出的工况点与所述喘振线之间的相对位置关系来监控所述流体设备的喘振状态,所述相对位置关系包括所述工况点处于喘振区、处于非喘振区,所述喘振区和所述非喘振区由所述喘振线在所述坐标系中划分;或者,所述相对位置关系包括所述工况点处于喘振区、处于非喘振区、处于近喘振区,所述近喘振区位于所述喘振区和所述非喘振区之间且其边界与所述喘振线之间的间距不大于设定值。

在上述的流体设备喘振监控方法中,可选地,所述流体设备喘振监控方法还包括步骤:

当监控出所显示出的最新工况点已经处于所述喘振区或所述近喘振区时,则执行防喘振操作处理,所述防喘振操作处理包括触发喘振告警、开启防喘振控制装置、增加所述流体设备的流量、调节所述流体设备的转速、关闭所述流体设备;和/或

将所提供并显示出的全部工况点的数据至少存储预设时长,以便通过查询分析所述数据来对所述工作机组的至少一部分配置参数进行优化调整,以防止所述流体设备发生喘振。

在上述的流体设备喘振监控方法中,可选地,所述预设时间间隔、和/或所述工况点数量的所述预设值、和/或所述设定值均为能调整设定的。

在上述的流体设备喘振监控方法中,可选地,所述喘振线和所述工况点被显示在与所述流体设备处于同地布置或远程布置的显示单元上,所述显示单元包括显示面板、电脑显示器、手持终端显示屏。

在上述的流体设备喘振监控方法中,可选地,在所述显示单元上,所述工况点被显示为具有与其提供先后次序呈反比关系的不同的亮度强弱等级,并且其中待去除的工况点以显示亮度最终为零的方式被去除;和/或

在所述显示单元上,所述工况点根据其与所述喘振线之间的所述相对位置关系进行区别性显示,所述区别性显示至少包括颜色、尺度、形状、闪烁频率中的一个;和/或

在所述显示单元上,所述工况点中的最新工况点与其余工况点之间以所述区别性显示方式进行显示。

根据本发明的第二方面,它还提供了一种制冷系统,其中布置有流体设备,所述制冷系统还包括:

第一单元,其被设置成用于提供所述流体设备的喘振线,所述喘振线至少与所述流体设备的流体压力与流量之间特性相关;

第二单元,其被设置成用于基于预设时间间隔,依次提供所述流体设备在当前运行状况下在所述喘振线所处坐标系中的工况点,并且当所提供的工况点数量超过预设值时,则去除其中最先提供的工况点,以使得被保留的工况点数量为所述预设值;以及

显示单元,其与所述第一单元和所述第二单元相连,用于在需要时显示出所述喘振线和所述工况点,以便根据所述工况点与所述喘振线之间的相对位置关系来监控所述流体设备的喘振状态,所述相对位置关系包括所述工况点处于喘振区、处于非喘振区,所述喘振区和所述非喘振区由所述喘振线在所述坐标系中划分;或者,所述相对位置关系包括所述工况点处于喘振区、处于非喘振区、处于近喘振区,所述近喘振区位于所述喘振区和所述非喘振区之间且其边界与所述喘振线之间的间距不大于设定值。

在上述的制冷系统中,可选地,所述制冷系统还包括:

控制单元,其与所述第一单元和所述第二单元相连,用于当所显示出的工况点中的至少一部分已经处于所述喘振区或所述近喘振区时,则输出防喘振操作处理命令,所述防喘振操作处理命令包括触发喘振告警、开启防喘振控制装置、增加所述流体设备的流量、调节所述流体设备的转速、关闭所述流体设备;和/或

存储单元,其与所述第二单元相连,用于将所提供并显示出的全部工况点的数据至少存储预设时长,以便通过查询分析所述数据来对所述工作机组的至少一部分配置参数进行优化调整,以防止所述流体设备发生喘振。

在上述的制冷系统中,可选地,所述预设时间间隔、和/或所述工况点数量的所述预设值、和/或所述设定值均为能调整设定的。

在上述的制冷系统中,可选地,所述显示单元与所述流体设备处于同地布置或远程布置,所述显示单元包括显示面板、电脑显示器、手持终端显示屏。

在上述的制冷系统中,可选地,在所述显示单元上,所述工况点被显示为具有与其提供先后次序呈反比关系的不同的亮度强弱等级,并且其中待去除的工况点以显示亮度最终为零的方式被去除;和/或

在所述显示单元上,所述工况点根据其与所述喘振线之间的所述相对位置关系进行区别性显示,所述区别性显示至少包括颜色、尺度、形状、闪烁频率中的一个;和/或

在所述显示单元上,所述工况点中的最新工况点与其余工况点之间以所述区别性显示方式进行显示。

本发明所提供的流体设备喘振监控方法具有操作简便、喘振监控效果直观醒目、易于获取并可视化展示历史性能数据、系统优化配置便捷高效等优点,因此非常适合将本发明方法广泛应用到例如压缩机、泵、风机等各类流体设备上,尤其是可将其应用到设置有离心式压缩机的制冷系统中,以便能够为产品用户、设备维护人员、专业技术人员以及其他相关人士提供更容易被其接受的非常直观、清晰的用户界面,从而便于他们来实时了解设备的当前运行性能状态,并且在需要时及时地采取相应的防喘振措施,或者根据历史性能数据来对系统进行更佳的优化配置,从而可以有效防止并杜绝设备发生喘振问题,充分保障机器设备及人身财产安全。

附图说明

以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述,但是应当知道,这些附图仅是为解释目的而设计的,因此不作为本发明范围的限定。

图1是一个在根据本发明的流体设备喘振监控方法中使用的用户界面的示例性视图。

图2是一个根据现有已知方式绘制的压缩机的喘振线。

具体实施方式

首先,需要说明的是,以下将以示例方式来具体说明本发明的流体设备喘振监控方法和制冷系统的具体步骤、构造、特点和优点等,然而所有的描述仅是用来进行说明的,而不应将其理解为对本发明形成任何限制。此外,在本文所提及示例中予以描述或隐含的任意单个技术特征,或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征,仍然可在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或删减,从而获得可能没有在本文中直接提及的本发明的更多其他实施例。

总体来讲,本发明提供了针对布置在工作机组中的流体设备的喘振状态进行有效监控的方法。作为举例,这样的流体设备可以典型地是叶片式压缩机(尤其是离心式压缩机),当然也可能是诸如泵、风机等其他类型的流体设备。此类流体设备在工作机组运行期间,有可能在介质受到周期性吸入和排出的激励作用下而发生非正常工况的机械振动,即出现“喘振”现象。对此,采用本发明的流体设备喘振监控方法能够非常有效地防止这些流体设备发生喘振。

具体而言,请参阅图1,在该图中示意性地图示出了一个在根据本发明的流体设备喘振监控方法中使用的用户界面,通过这个附图能够基本上理解本发明方法的基本内容。

在本流体设备喘振监控方法中,它包括以下步骤:

首先,提供并显示出布置于工作机组中的流体设备的喘振线,这样的喘振线在图1中以符号S进行示意性标示。在现有技术中,已经充分公开了关于获取此类喘振线的许多方法。例如,可以根据流体设备的流体压力与流量之间特性来获取该喘振线;或者,还可以根据流体设备的制造商所提供的转速-流量-压力曲线来计算出一系列喘振点,然后通过将这些喘振点相连来获得上述喘振线;或者,还可以通过流体设备的流体压力与流量之间特性,并且结合安装管道的特性来获得此类喘振线。

再作为举例说明,在本申请人于2012年11月15日递交、国际申请号为“PCT/US2012/065194”、题为“Surge Prevention During Startup Of A Chiller Compressor”的专利申请文件中公开了涉及喘振线等方面的相关内容,通过引用将该专利文件全文并入到本文中。

更详细来讲,请参考图2展示出的喘振线绘图,在上述专利文件中指出每一个压缩机都具有独特的喘振线,这决定了该压缩机可在无喘振下运行的运行区域。如图2所示,喘振线400从低引导叶片位置GV_Low延伸到了高引导叶片位置GV_High,并且在该图中还示出了在GV_High处的升程DTs_High、在GV_Low处的升程DTs_Low。在该图2中,引导叶片位置GV_Pos被示出在X轴上。在理想化的系统中,0代表垂直于入口轴线和阵列轴线的叶片弦,而100代表平行于上述轴线的叶片弦。由于交错的物理约束,0可代表0°的取向,而100可代表与其成小于90°的取向。可使用其它的等级,其中GV_Low和/或GV_High是从0和100开始。Y轴代表被定义为升程DTs_Sat,即用该专利文件中的冷凝器的饱和温度减去冷却器或蒸发器的饱和温度。

需要特别指出的是,本发明方法显然不必受限于仅通过以上方式来获取喘振线,而是允许采用任何适用的方式来获取并提供工作机组中的流体设备的喘振线。

在获取了喘振线之后,接下来就根据预设的时间间隔(例如,每间隔1分钟、3分钟、45分钟或者任何其他的适宜数值)来依次提供工作机组中的流体设备在当前运行状况下的工况点,并将这些工况点显示在图1所示的喘振线S所处坐标系中。在本发明方法中,为了能将显示界面信息清晰地展示给阅读者,因此当累积提供的工况点数量超过了预设值时(例如,10、30、45、60或者任何其他的适宜数值),就去除其中最先提供的工况点,这样就可以在显示界面仅保留所期望数量的工况点,保证了监控图面直观、醒目,易于被产品用户、设备维护人员、专业技术人员以及其他相关人士快速、及时了解。

可以理解的是,在本发明的流体设备喘振监控方法中,在可选的情形下,以上所提及的获取工况点的预设时间间隔是可以根据具体应用需要来进行调整设定的,同样也允许针对被保留在显示界面上的工况点的数量预设值进行灵活地调整设定。

请继续参阅图1,当将喘振线和工作机组中的流体设备的实际工况点同时可视化地展示在显示界面上时,就可以根据这些工况点与喘振线之间的相对位置关系来非常直观、便捷地监控并掌握到该流体设备的喘振状态,即该流体设备在当前以及过往一段时间(其与前述的预设时间间隔和被保留工况点的数量预设值相关)是否发生过喘振、临近于发生喘振或者从未发生喘振等情况。

在图1中已经示例性地图示出了若干个工况点,通过它们与喘振线之间的相对位置关系可以给出详细的解释和说明。

举例而言,如该图1所示,在这个示例中,流体设备被具体化为叶片式压缩机以便进行图示说明,图1中的X轴和Y轴分别表示与该叶片式压缩机相关的叶片裕度和升程,而通过喘振线S可将该图面划分出喘振区和非喘振区,即位于喘振线S上方的区域为会发生喘振的喘振区,以及位于喘振线S下方的区域为不会发生喘振的非喘振区。

从图1中可以清楚看到,工况点c1、c2、c3和c4处于喘振线S上方的喘振区,这非常直观、醒目地表明了在与以上这些工况点相对应的时刻,被示例说明的叶片式压缩机已经处于会发生喘振的状态。对比之下,工况点a1、a2和a3则处于喘振线S下方的非喘振区,这就清晰地表明了在与这三个工况点相对应的时刻,上述的叶片式压缩机处于不会发生喘振的工作状态下。

此外,在图1中还图示出了一些位于喘振线S附近的工况点b1、b2和b3,虽然从总体来看,可以将这些工况点分别划归落入到上述的喘振区或非喘振区中,然而更为可选地是,可以在喘振线S所处的坐标系图面中再增加一个位于喘振区和非喘振区之间的近喘振区,以便更细化地表明当工况点落入该区域时就应当给予充分警示,因为这标示着流体设备在很大程度上可能发生喘振问题。对于近喘振区来讲,可以根据应用需求情况来设定该区域的范围大小,例如可将它设定为其边界与喘振线S之间的间距不大于一个设定值,该设定值例如可以是0.5℉、1.5℉、2℉或者任何其他的适宜数值,并且在本发明方法中,上述设定值是可以根据具体需求来进行调整设定的。

在实际应用中,本发明的流体设备喘振监控方法还允许采用单独地或者彼此结合的方式来增加一些步骤,从而能够更为理想地防范并解决喘振问题,将流体设备发生喘振的风险降至最低或彻底消除。

例如,在一些实施方式中,可以一旦通过监控发现了最新工况点已经处于喘振区或者近喘振区,就执行相应的防喘振操作处理来及时、高效地解除已发生或潜在发生的喘振,从而减少或杜绝对机器设备和人员造成伤害。作为举例来讲,所采用的防喘振操作处理可以包括但不局限于以下这些措施:触发喘振告警、开启防喘振控制装置、增加流体设备的流量、调节流体设备的转速、关闭流体设备等。

又比如,在一些实施方式中,可以根据需要将已经提供并显示出的全部工况点的数据存储所期望的预设时长,以便提供给产品用户、设备维护人员、专业技术人员等人士进行分析利用,他们可以通过查询分析这些数据来充分了解包括流体设备和其他相关零部件、管路等在内的工作机组运行情况,这样就可以基于这些分析结构来对工作机组的一些配置参数进行优化调整,从而有助于更好地预防并阻止流体设备发生喘振,显著降低流体设备发生喘振的风险。

在本发明的流体设备喘振监控方法中,通过将流体设备的喘振线、工况点同时展示在显示界面上,因此能够使得阅读者充分地了解到机组设备的运行性能状态,及时监控并避免出现喘振问题。

举例而言,可以将上述的喘振线和工况点直接显示在与流体设备处于同地布置的显示单元上,也可以将它们远程显示在不与流体设备同地布置的显示单元,例如采用后一方式可以方便专业技术人员对现场设备进行远程操作、维护或者其他方面的相应技术指导。

还需要特别说明的是,上述用于显示喘振线、工况点等的显示单元可采用多种形式,例如可以是安装在工作机组(如流体设备)中的显示面板,也可以是布置在工作机组本地或者远程布置的电脑设备(如PC、服务器、工控机等)的显示器,还可以是一些采用有线接口方式或者采用无线方式进行通信连接的手持终端(如Table PC、维护终端机等)的显示屏等。

此外,就流体设备工作运行中的工况点来讲,在本发明方法中可以采用多种形式来对其进行展示,以便不仅实现可视化的目的,而且还能进一步实现更为清晰、醒目的良好效果。应当指出的是,以下所举例说明的这些方式可以单独使用,也可以彼此结合使用。

例如,可以根据提供这些工况点的先后次序,将它们分别显示为具有不同的亮度强弱等级。在可选情形下,可将最新提供的工况点显示为具有最高亮度,而被保留在显示界面上的相对最先的工况点则被显示为具有最低亮度,即这些被保留的工况点的亮度强弱等级与它们各自的出现次序呈反比关系。对于当前亮度最低而有待被随后去除的工况点来讲,它最终是以显示亮度为零的方式被消除去除。在本发明方法中,通过采用上述这样具有显示亮度梯级的方式,非常有助于阅读者清楚监测并快速辨析出流体设备在当前及之前一段时间内的运行状况及其发展趋势,从而能够整体性掌握该流体设备乃至整个工作机组的最近运行性能表现,明确判断出发生喘振的可能性。

又如,可以根据工况点与喘振线之间的相对位置关系来对它们进行区别性显示,例如可以将分别落入前述的喘振区、近喘振区、非喘振区中的工况点在诸如颜色、尺度、形状和/或闪烁频率等方面进行区别显示。举例而言,针对位于上述不同区域中的工况点,可以分别采用不同的颜色来进行差异性显示,具体颜色的选择设定标准可遵照人们的常规习惯,例如对于已处于喘振区的工况点如c1等可用红色标识,处于非喘振区的最新工况点a1等可用绿色标识,等等,从而能够达到一目了然、直观易懂的视觉显示效果。再举例来讲,可将落入喘振区中的工况点均显示为红色的五角形状,将落入近喘振区中的工况点均显示为黄色的三角形状,并且将落入非喘振区中的工况点均显示为绿色的圆形形状。

再如,对于工况点中的最新工况点来讲,由于它标志着流体设备乃至整个工作机组的最当前运行状况,因此可以考虑将该最新工况点与其余的工况点在诸如颜色、尺度、形状和/或闪烁频率等方面进行区别显示,以便清晰提醒阅读者给予其充分关注。例如,如图1所示,在这个给出的示例中就将其中的最新工况点a1在其外形尺度大小方面与其他工况点进行了区别性的突出显示,由此能够使其更容易被人们快速注意到。

相应地,根据本发明的设计思想还提供了制冷系统,在这种制冷系统中布置有流体设备,由此可以使用本发明有效防范并阻止流体设备发生喘振问题。

具体而言,在一个本发明的制冷系统实施例中,它可以包括第一单元、第二单元和显示单元,下面就对它们进行具体说明。

其中,对于第一单元来讲,它被设置成用于提供制冷系统中的流体设备的喘振线,而第二单元则被设置成用来基于预设时间间隔,由其来依次提供该流体设备在当前运行状况下在喘振线所处坐标系中的工况点,并且当这些工况点的数量超过预设值时,则去除其中最先提供的工况点,从而使得被保留的工况点数量为预设值。就显示单元而言,它与上述的第一单元和第二单元相连,以便用来在需要时显示出上述喘振线和工况点,从而便于使用者通过显示出的工况点与喘振线之间的相对位置关系来监控流体设备的喘振状态。

关于喘振线、工况点、预设时间间隔、工况点数量的预设值、工况点与喘振线之间的相对位置关系、显示单元以及区别性显示等方面内容,均可以参考前文相应处的描述说明,由于限于篇幅而不再赘述。

此外,在可选的情形下,还可以在本发明的制冷系统中继续设置其他一些组成部件,从而使得该制冷系统具备更多的可用功能。需要指出的是,本发明完全允许采用单独或者彼此结合的方式将这些增设部件可选地设置到该制冷系统中。

例如,可以在本发明的制冷系统中设置控制单元,该控制单元与上述的第一单元和第二单元相连,它被用来当最新工况点被显示出已经落入喘振区或者近喘振区时,则由其输出防喘振操作处理命令。这样的防喘振操作处理命令可以包括但不仅限于:触发喘振告警、开启防喘振控制装置、增加流体设备的流量、调节流体设备的转速、关闭流体设备等。

又比如,可以在本发明的制冷系统中设置存储单元,该存储单元与第二单元相连,它被用来将已提供并显示出的全部工况点的数据至少存储预设时长(例如,24小时、48小时、72小时或任何其他的适宜时长),由此来方便产品用户、设备维护人员、专业技术人员以及其他相关人士等通过查询分析这些历史性能数据来充分了解设备的运行性能状态,以便能够针对整个系统的一些参数进行有针对性的优化配置和更佳的调整,从而可以有效预防并及时消除设备发生喘振,降低潜在喘振的风险,这样有利于充分保障机器设备以及人身财产安全。

以上仅以举例方式来详细阐明本发明的流体设备喘振监控方法和制冷系统,这些个例仅供说明本发明的原理及其实施方式之用,而非对本发明的限制,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,本领域技术人员还可以做出各种变形和改进。例如,尽管在前文中提及了以预设的时间间隔来依次显示工况点,但是这样的预设时间间隔在本发明中有可能是非等距间隔,例如可以针对白天时段和夜晚时段、工作日时段和非工作日时段等采用并不相同的时间间隔,以便获得更期望的工况点数据,并且降低这些数据的存储量。又如,虽然在前文中单独列出了第一单元、第二单元等组成部件,但是应当理解的是,这完全是从功能上进行划分的,本发明允许在实际应用中将它们制成在一个单独的电子器件中来加以实现。因此,所有等同的技术方案均应属于本发明的范畴并为本发明的各项权利要求所限定。

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