用于控制涡轮压缩机的方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本公开内容设及压缩机系统，并且更具体地设及包括用于处理气流的轴流式和/ 或离屯、式压缩机的满轮压缩机系统。本公开内容的主题具体地关于用于控制压缩机布置来 防止超出运转包封线的现象如喘振和其它非期望的运转条件的方法和系统。
【背景技术】
[0002] 满轮压缩机为用于升高工作的气流的压力的吸收功的满轮机。工作流体的压力通 过支承一个或更多个叶轮和/或成圆形布置的一组或更多组叶片的转子的旋转将动能加 至连续工作流体流来升高。在油气应用、制冷系统、燃气轮机和其它应用中，满轮压缩机通 常用于天然气体的管线输送，例如，将气体从开采地点移动至消费者位置。
[0003] 穿过满轮压缩机的流体流可由各种状态影响，导致非稳定的运转，运可导致满轮 机的严重破坏。
[0004] 当流过压缩机的工作流体的压力增大到超过最大可允许输出压力和/或如果流 量下降超过最低限度，则发生压缩机喘振。
[0005] 大体上，在压缩机不可将足够能量加至工作流体W便克服系统阻力（即，越过系 统的压头下降，导致快速流动和排出压力减小的情形）时，喘振现象发生。喘振可由高振 动、溫度升高和压缩机轴的轴承上的轴向推力的快速变化实现。运些现象可严重地破坏压 缩机，且还破坏连接到压缩机上的系统的构件，诸如阀和管线。其它非期望的运转条件可在 满轮压缩机的运转期间出现。更具体而言，阻塞（有时也称为滞止）是增大的流动导致压 头快速下降的情况，即，流动的压缩比增大。在很高流量下运转具有对压缩机性能的不利影 响，且可导致压缩机的破坏。
[0006] 为了防止喘振和阻塞现象的出现，控制系统已经开发出，且目前用于满轮压缩机 设备。
[0007] 图1示意性地示出了系统1的示例性实施例，其包括由原动件5 (例如，电动机、燃 气轮机或汽轮机等）驱动而旋转的满轮压缩机3。参考标号7指出了吸入管线，从该处，工 作流体给送至满轮压缩机的吸入侧或入口侧。参考标号9表示输送管，压缩的流体经由该 处从压缩机3的排出侧输送。
[000引图2示意性地示出了压缩机性能图，通常是轴流式压缩机的压缩机性能图。性能 图显示了沿竖直轴线的压力比和在水平轴线上报告的入口体积流。入口流用字母Q表示。 取决于压缩机的运转条件，例如，旋转速度（rpm)，多个预计的性能曲线可在性能图中报告。 各个曲线可对应于不同的压缩机转速。因此，对于给定的压缩机装备，性能曲线族可在性能 图上报告。类似的曲线族可针对满轮压缩机的不同装备或运转条件绘制，例如，针对满轮压 缩机可设有的可变定子导叶（VSV)的不同位置。各个性能曲线由喘振点限制，即，穿过压缩 机的压力比和气流达到某一值的点，超过该值将生成喘振现象。各个性能曲线进一步由阻 塞点限制，超过该点将出现阻塞现象。线化L为所谓的喘振极限线，其由在性能图上报告的 各种性能曲线的喘振点形成。线化L为由阻塞点形成的阻塞极限线。化L和化L线限定包 络线，即性能图的一部分，压缩机的运转点必须保持在其内，w确保满轮压缩机的稳定运转 状态且防止喘振W及阻塞状态两者。
[000引S化和化L因此呈现出满轮压缩机的运转的极限，超过该极限，满轮压缩机将不会 运转来防止喘振和阻塞现象的风险。已知的压缩机系统由控制装置和布置构成，W控制满 轮压缩机，使得其将不断地在性能图的稳定区域内，即在喘振极限线化L与阻塞极限线化L 之间运转。
[0010] 在图1的图解表示中，控制单元11连接到包绕满轮压缩机的各种工具上，W确定 满轮机的运转状态，且提供抗喘振控制和抗阻塞控制，W用于防止出现喘振和阻塞现象。
[0011] 更具体而言，如在图1中所示，控制单元11连接到流动测量装置上，也称为流动元 件13,其设计和构造成确定满轮压缩机3的入口体积流量。入口侧或吸入侧的溫度传感器 提供了溫度值Ts，且压力传感器提供了输送压力值Pd和吸入压力值Ps，或直接提供压缩比 Pd/Pso
[0012] 基于输入数据，控制单元11能够确定压缩机3的每个运转时刻的入口体积流量 和压力比。运两个参数限定了图2的压缩机性能图上的运转点。由于压缩机的旋转速度 N(rpm)可提供为附加参数，使得可选择校正的运转曲线来确定性能图中的压缩机运转点的 实际位置。如果运转点移动接近喘振极限线化以则喘振控制系统作用于抗喘振旁通阀15 上。阀15布置在连接压缩机3的输送侧和吸入侧的旁通管线17上。由满轮压缩机3输送 的工作流体的一部分可再循环穿过防喘振阀15(如果需要），W防止喘振现象。当输送压力 增大使得运转点接近喘振极限线化L时，抗喘振控制布置打开抗喘振旁通阀15,使得穿过 压缩机的流量可增大且输送压力可减小。
[0013]在再循环穿过喘振阀15之前，工作流体可在换热器19中冷却。
[0014]在一些实施例中，喘振控制布置可提供放出管线，抗喘振阀沿其布置且其设计成 将过程气体（如果气体的性质允许运样）排出到环境中。
[0015]压缩机的阻塞可通过闭合沿吸入管线7或沿满轮压缩机3的上游或下游的排放管 线布置的抗阻塞控制阀来防止。
[0016]实际的已知的解决方案需要流动元件13来出于防止喘振现象的目的确定压缩机 的运转点。在一些应用中，流动元件13可能很笨重，且需要其上游和下游的相对较长的管， W便提供入口流量的正确测量。将测量元件或装置设在满轮压缩机（具体是空气满轮压缩 机）的入口侧或吸入侧可能是很难的。
【发明内容】
[0017]本文公开的主题关于用于提供由至少一个压缩机组成的压缩系统的抗喘振控制 的改善的方法和设备。在一些实施例中，该方法和设备提供了压缩机的抗喘振和/或抗阻 塞巧制。
[0018]在一些实施例中，限定了至少一个运转包络线，控制压缩机使得其运转点落入运 转包络线内。如果运转点落出运转包络线或落到运转包络线的边界上，或者如果运转点接 近包络线的边界，则将采取行动。运转包络线基于压缩机的两个运转参数的性能图来限定： 压缩机的校正速度和压力比。压力比为压缩机的输送压力与吸入压力之间的比。校正速度 限定为由压缩机处理的气体的吸入溫度和压缩机的转速的函数。校正速度因此与W下比成 比例
其中： Ts为压缩机入口处的处理流体溫度，W及N为压缩机的转速。
[0019] 如果气体成分恒定，则校正速度由上文提到的比限定。因此，本文公开的方法适用 于处理具有已知且恒定的成分（例如，二氧化碳等）的气体的压缩机的抗喘振/抗阻塞控 制。
[0020] 运转包络线可由吸入极限线、阻塞极限线，W及由最大可容许校正速度和由最小 可容许校正速度界定。
[0021] 如果压缩机设有可动入口导叶，即设有可变定子导叶，则运转包络线可对于可变 定子导叶的各个位置限定。因此，根据一些，多个运转包络线在校正速度对压缩比图或性能 图中限定。取决于可变定子导叶的实际位置，选择对应的运转包络线W用于抗喘振和/或 抗阻塞控制。由于可变定子导叶的位置通常可连续方式改变，故根据一些实施例，确定 有限数目的运转包络线，其对应于可变定子导叶的有限数目的不同位置。如果可变定子导 叶的实际位置不同于已经确定包络线的那些和为了控制目的而储存的其相关数据，则例如 通过内插数据可用的两个最接近的运转包络线的数据来计算。
[0022] 因此，根据一些实施例，提供了一种用于调节满轮压缩机来防止喘振的方法，包括 W下步骤： 提供前述满轮压缩机的至少一个运转状态的至少一个喘振极限线和/或至少一个阻 塞线； 连续地确定压缩机的运转点，其测量压缩机