本申请要求2015年9月2日提交的美国专利申请号14/843486的优先权，通过引用而将其全部内容在此合并。
本说明书涉及涡轮机械控制及保护系统。
背景技术：
压缩机增加对流体的压力。由于气体为可压缩的，因而压缩机也减小气体的体积。压缩机失速是燃气涡轮或涡轮增压器压缩机中的空气流的局部中断。轴对称失速(也被称为压缩机喘振)是压缩中的故障，从而导致逆流，且导致先前被压缩的气体沿压缩机进气的方向剧烈地喷出。这种状况是压缩机不能抵抗其后方的已压缩的气体而持续工作的结果。结果，压缩机可能经历超过其压力上升能力的状况，或压缩机可能被加载得使得出现逆流，这能够在不到一秒钟内传播，以包括整个压缩机。
一旦压缩机压力比降低至压缩机能够维持稳定流动的水平，压缩机就将恢复正常流动。如果引起失速的状况仍然存在，则能够重复进行该过程。反复发生的喘振事件可能很危险，因为，这样的喘振事件可能导致高水平的振动、压缩机构件磨损以及可能对压缩机轴承、密封件、叶轮和轴造成的严重损伤，包括随之发生的包容壳的损耗和危险气体的爆炸。
技术实现要素：
本文献主要描述涡轮机械保护系统。
在第一方面，压缩机防喘振系统包含：第一促动器，配置成促动第一涡轮机械的第一阀；和第一控制器，至少部分地与第一促动器或第一阀集成，并且，包含电路，该电路配置成执行针对第一涡轮机械的控制操作或保护操作中的至少一个。
在第二方面，根据方面1，第一促动器配置成通过机械耦合器或流体回路促动第一阀。
在第三方面，根据方面1或2中的任一个，压缩机防喘振系统还包含第一现场传感器，该第一现场传感器配置成感测第一涡轮机械的第一涡轮机械参数，其中，第一控制器进一步配置成从第一现场传感器接收第一涡轮机械参数，并且，至少部分地基于所接收到的第一涡轮机械参数，执行针对第一涡轮机械的控制操作或保护操作中的至少一个。
在第四方面，根据方面1至3中的任一个，阀是滑杆式涡轮机械控制阀、旋转式涡轮机械控制阀或导叶。
在第五方面，根据方面1至4中的任一个，压缩机防喘振系统还包含一体或相邻的换热器，该换热器与阀流体连通，并且，配置成使经过阀的流体冷却。
在第六方面，根据方面1至5中的任一个，第一控制器还包含第一通信端口，并且，配置成通过第一通信端口而提供控制器操作信息，第二促动器配置成促动第二涡轮机械的第二阀，并且，第二控制器至少部分地与第二促动器或第二阀集成，第二通信端口配置成与第一通信端口通信，并且，接收控制器操作信息，并且，包含电路，该电路配置成至少部分地基于所接收到的控制器操作信息，执行针对第二涡轮机械的控制操作或保护操作中的至少一个。
在第七方面，根据方面1至6中的任一个，第一控制器还包含第一通信端口，并且，配置成通过第一通信端口而提供控制器操作信息，第二促动器配置成促动第一涡轮机械的第二阀，并且，第二控制器至少部分地与第二促动器或第二阀集成，第二通信端口配置成与第一通信端口通信，并且，接收控制器操作信息，并且，包含电路，该电路配置成至少部分地基于所接收到的控制器操作信息，执行针对第一涡轮机械的控制操作或保护操作中的至少一个。
在第八方面，响应于压缩机喘振的方法包含：在至少部分地与第一阀集成的第一控制器处且从第一现场传感器接收第一涡轮机械的第一涡轮机械参数；由第一控制器至少部分地基于所接收到的第一涡轮机械参数，确定针对第一涡轮机械的控制操作或保护操作中的至少一个；以及由至少部分地与第一阀或第一控制器集成的第一促动器促动第一阀，以执行针对第一涡轮机械的所确定的控制操作或保护操作。
在第九方面，根据方面8，第一促动器配置成通过机械耦合器或流体回路促动第一阀。
在第十方面，根据方面8或9中的任一个，阀是滑杆式涡轮机械控制阀、旋转式涡轮机械控制阀或导叶。
在第十一方面，根据方面8至10中的任一个，针对第一涡轮机械的控制操作或保护操作中的至少一个包含促动第一阀，以控制流向一体或相邻的换热器的流体的流动，其中，该换热器与阀流体连通，并且，配置成使经过阀的流体冷却。
在第十二方面，根据方面8至11中的任一个，方法还包含：由第一控制器通过第一通信端口而提供操作信息；在至少部分地与第二涡轮机械的第二阀或配置成促动第二阀的第二促动器集成的第二控制器的第二通信端口处，接收控制器操作信息；以及由第二促动器促动第二阀，以至少部分地基于所接收到的控制器操作信息，执行针对第二涡轮机械的控制操作或保护操作中的至少一个。
在第十三方面，根据方面8至12中的任一个，方法还包含：由第一控制器通过第一通信端口而提供操作信息；在至少部分地与第一涡轮机械的第二阀或配置成促动第二阀的第二促动器集成的第二控制器的第二通信端口处，接收控制器操作信息；以及由第二促动器促动第二阀，以至少部分地基于所接收到的控制器操作信息，执行针对第一涡轮机械的控制操作或保护操作中的至少一个。
在此描述的系统和技术可以提供以下的优点中的一个或更多个。第一，系统能够加宽涡轮机械作业范围。第二，系统能够提高涡轮机械安全性。第三，系统能够减小有效的阀尺寸。第四，系统能够缩短防喘振系统中的过程时滞。第五，系统能够改进涡轮机械系统动态性能的可靠性和可预测性。
在附图和下文中的描述中，阐明一个或更多个实现方案的细节。将从描述、附图和权利要求显而易见其它特征和优点。
附图说明
图1是示出现有技术的涡轮机械系统的示例的示意图。
图2是示出压缩机系统的示例的示意图。
图3是示出用于保护涡轮机械系统的过程的示例的流程图。
具体实施方式
本文献描述用于减少涡轮机械喘振的系统和技术。通常，在图2-3的描述中描述的涡轮机械防喘振系统使以下的部件中的全部或一些组合：一个或更多个快速且高动态性能电促动式防喘振阀；电子控制装置，完全地或部分地集成至阀组件中，并且，执行喘振防止和喘振保护控制算法；以及紧凑型换热器，与防喘振阀相邻，以使流过防喘振阀的介质冷却，并且，缩短防喘振控制环路中的过程时滞。
例如，如在输气压缩机站、石油化工精炼和加工设施中普遍地使用的压缩机系统可能经历被称为“喘振”的可能具有破坏性的现象。压缩机系统的运行状态能够由运行图(operatingmap)表示，其中，轴线表示压力变化(δp)和流量变化(δq)。当在某一压缩机端盖处，流动速率降低至运行条件接近沿着运行图的点的程度(其中，δp/δq=0)时，出现喘振。这些点作为线(有时被称为“喘振线”)而出现于运行图上。一旦进一步降低流动速率，压缩机的运行点就将在该喘振线的左右的点之间振荡。该振荡可能造成压缩机叶片和驱动轴的不期望的运动，以致于叶片与压缩机内的定子接触，这可能在非常短的时段内造成毁灭性的损伤。
图1是示出现有技术的涡轮机械系统100的示例的示意图。在图1中，涡轮机械系统100被图示为离心式压缩机，该离心式压缩机包括压缩机102a和压缩机102b，压缩机102a和压缩机102b由原动机104(例如，马达)驱动。压缩机102a、102b使在入口106(例如，吸入端口)处接收的气体加压，并且，在排放部108(例如，出口端口)处，排放加压后的气体。在气体从排放部109流出之前，过程气体冷却器107(例如，换热器)使气体冷却。
为了防止喘振状况，系统100一般包括：控制器110；热再循环阀112，控制沿着热再循环管道114的顺流；冷再循环阀116，控制沿着冷再循环管道118的回流；以及促动器旁通环路，具有气体中间冷却器107(换热器)。流体促动器113(例如，液压、气动)配置成促动热再循环阀112，并且，流体促动器117配置成促动冷再循环阀116。
控制器110配置成对一批喘振参数值中的一个或多个进行监测。喘振参数值基于从一批系统传感器和反馈装置接收的测量信号。在所图示的示例中，控制器110从流量传感器130a、吸入压力传感器130b以及排放压力传感器130c接收测量信号。
如果控制器110确定发生喘振事件，则控制器110可以直接地或间接地控制保障操作。例如，控制器110可以触发排放部108处的压缩后的气体通过冷再循环阀116而流回到入口106，以减轻喘振状况。在另一示例中，控制器110可以触发入口106处的未压缩的气体通过热再循环阀112而顺流至排放部108，以减轻喘振状况。
图2是示出压缩机系统200的示例的示意图。在图2中，涡轮机械系统200被图示为离心式压缩机，该离心式压缩机包括压缩机202a和压缩机202b，压缩机202a和压缩机202b由原动机204(例如，马达)驱动。压缩机202a、202b使在入口206(例如，吸入端口)处接收的气体加压，并且，在排放部208(例如，出口端口)处，排放加压后的气体。在气体从排放部209流出之前，过程气体冷却器207(例如，换热器)使气体冷却。
流量传感器230a配置成测量入口气体流量。吸入压力传感器230b配置成测量入口206处的气体压力。排放压力传感器230c配置成测量排放部208处的气体压力。入口206通过再循环阀212和气体冷却器250(例如，换热器)而与排放部208流体连通。在一些实施例中，再循环阀能够是滑杆式涡轮机械控制阀、旋转式涡轮机械控制阀、导叶或任何其它适当的涡轮机械阀。
在示例性的压缩机系统200中，电促动器213配置成促动再循环阀212。电促动器213是全电式高性能促动器。在一些实施例中，电促动器213能够比利用图1的流体促动器113和117可能实现的更迅速地(例如，典型地，大约25ms)开始移动再循环阀212。在一些实施例中，电促动器213能够在大约0.3至0.6秒钟内将再循环阀212从关闭移动至完全地打开，虽然在一些实施例中当促动更大的阀时，可能耗费更长的时间。在一些实施例中，电促动器213可以通过机械耦合器或流体回路促动再循环阀212。
在一些实施例中，使用电促动器213而非图1的相对较慢的流体促动器113和117，这允许压缩机系统200比压缩机系统100更高效地运行。通常，压缩机系统100、200能够在运行图上越接近于δp/δq喘振线而运行，而未实际上达到零，压缩机系统100、200就能够越高效。然而，为了防止流动速率降低至运行条件实际上达到δp/δq=0的沿着运行图的点的程度，通常使用远离喘振线的安全裕度。这些安全裕度的大小至少部分地与在δp/δq达到零之前，对应的压缩机系统采取校正防喘振动作所需要的时间量成比例。电促动器213的使用减少响应指示喘振的状况而需要的时间量(例如，与流体促动器113和117相比)，并且，允许压缩机系统200接近于喘振线而安全地运行。通过接近于δp/δq=0的位置而运行，使得压缩机系统200能够比压缩机系统100更高效地运行。
在一些实施例中，再循环阀212能够是如下的高度节阻阀(highturndownvalve)：能够在完全地关闭的位置附近调制，而不因高度节流状况而对再循环阀212的内部计量元件造成损伤。在一些实施例中，再循环阀212能够包括降噪阀内件(noisereductiontrim)，其取决于运行要求而位于再循环阀212内或外部。
为了防止喘振状况，示例性的压缩机系统200的电促动器213包括至少部分地集成的防喘振控制器，该控制器配置成接收喘振参数值，计算相对于喘振控制线的接近性，并且，采取校正控制动作。喘振参数值基于从一批系统传感器和反馈装置接收的测量信号。在所图示的示例中，电促动器213从传感器230a-230c接收测量信号。
为了保护压缩机免受反复的喘振，示例性的压缩机系统200的电促动器213包括至少部分地集成的喘振检测系统，该系统配置成接收喘振参数值，检测喘振状况，且/或采取校正安全动作。喘振参数值基于从一批系统传感器和反馈装置接收的测量信号。在所图示的示例中，电促动器213从传感器230a-230c接收测量信号。在一些实施例中，可以使用不同和/或另外的传感器(例如，温度、转矩、速度、振动)。
示例性的压缩机系统200的电促动器213的完全地集成的喘振控制器被编程，且与示例性的压缩机系统200的再循环阀212和流量测量系统(例如，传感器230a-230c)的特性动态地匹配，以致于压缩机系统200的总系统动态被良好地控制，且可预测。
如果电促动器213确定发生喘振事件，则电促动器213可以直接地或间接地控制保障操作。例如，电促动器能够促动再循环阀212，以允许排放部208处的压缩后的气体通过再循环阀212和气体冷却器250而流回到入口206，以减轻喘振状况。在另一示例中，电促动器213可以提供信号，该信号能够用于触发其它补救动作，例如，诸如原动机204的受控制的减慢或关机。在一些实施例中，电促动器213还可以包括功能，诸如，喘振控制、阻塞控制、蒸汽涡轮提取控制、燃气涡轮速度控制、蒸汽涡轮速度控制、压缩机导叶容量控制、压缩机入口节流阀容量控制或这些功能和/或用于压缩机系统控制的任何其它适当的功能的组合。
在一些实施例中，电促动器213的喘振控制器能够包括通信端口，该通信端口配置成通过通信端口而提供控制器操作信息。第二促动器能够配置成促动第二涡轮机械的第二阀，并且，第二控制器能够至少部分地与第二促动器或第二阀集成。第二控制器能够包括第二通信端口，该第二通信端口配置成与第一通信端口通信，并且，接收控制器操作信息，并且，第二控制器能够包括电路，该电路配置成至少部分地基于所接收到的控制器操作信息，执行针对第二涡轮机械的控制操作或保护操作中的至少一个。例如，电促动器213可以向另一压缩机系统的电促动器提供信息。
在一些实施例中，电促动器213的喘振控制器能够包括通信端口，该通信端口配置成通过通信端口而提供控制器操作信息。第二促动器能够配置成促动压缩机系统200的第二阀，并且，第二控制器能够至少部分地与第二促动器或第二阀集成。第二控制器能够包括第二通信端口，该第二通信端口配置成与第一通信端口通信，并且，接收控制器操作信息，并且，第二控制器能够包括电路，该电路配置成至少部分地基于所接收到的控制器操作信息，执行针对压缩机系统200的控制操作或保护操作中的至少一个。
图3是示出用于保护涡轮机械系统的过程300的示例的流程图。在一些实现方案中，过程300能够用于保护图2的示例性的压缩机系统200。
在310，至少部分地与第一阀集成的第一控制器从第一现场传感器接收第一涡轮机械的第一涡轮机械参数。例如，压缩机系统200包括电促动器213，电促动器213配置成从传感器230a-230c接收反馈。
在320，第一控制器至少部分地基于所接收到的第一涡轮机械参数，确定针对第一涡轮机械的控制操作或保护操作中的至少一个。例如，电促动器213能够从传感器230a-230c接收反馈，并且，确定喘振事件在进行中(例如，δp/δq是在喘振线附近的预定的安全裕度内)。
在330，至少部分地与第一阀或第一控制器集成的第一促动器促动第一阀，以执行针对第一涡轮机械所确定的控制操作或保护操作。例如，为了补救喘振状况，电促动器213能够促动再循环阀212。在一些实现方案中，针对第一涡轮机械的控制操作或保护操作中的至少一个能够包括促动第一阀，以控制流向一体或相邻的换热器的流体的流动，其中，该换热器与阀流体连通，并且，配置成使经过阀的流体冷却。例如，能够促动再循环阀212，以允许压缩后的气体经过气体冷却器250而继续传递至入口206。
在一些实施例中，过程300能够包括：由第一控制器通过第一通信端口而提供控制器操作信息；在至少部分地与第二涡轮机械的第二阀或配置成促动第二阀的第二促动器集成的第二控制器的第二通信端口处，接收控制器操作信息；以及由第二促动器促动第二阀，以至少部分地基于所接收到的控制器操作信息，执行针对第二涡轮机械的控制操作或保护操作中的至少一个。例如，电促动器213能够向另一压缩机系统200的另一电促动器提供控制信号，以促动另一再循环阀。
在一些实施例中，过程300能够包括：由第一控制器通过第一通信端口而提供控制器操作信息；在至少部分地与第一涡轮机械的第二阀或配置成促动第二阀的第二促动器集成的第二控制器的第二通信端口处，接收控制器操作信息；以及由第二促动器促动第二阀，以至少部分地基于所接收到的控制器操作信息，执行针对第一涡轮机械的控制操作或保护操作中的至少一个。例如，电促动器213能够向压缩机系统200的另一电促动器提供控制信号，以促动压缩机系统200的另一再循环阀。
虽然在上文中详细地描述了一些实现方案，但有可能是其它修改。例如，图中所描绘的逻辑流程不要求所示出的特定的顺序或相继的顺序来达到理想的结果。另外，可以提供其它步骤，或可以从所描述的流程排除步骤，并且，可以将其它构件添加至所描述的系统，或从所描述的系统去除其它构件。因此，其它实现方案属于以下的权利要求的范围内。