专利名称：借助于一种流体机械确定气体性能的方法
技术领域：
本发明涉及借助于一种流体机械确定气体性能的方法。
背景技术：
流体机械可以通过组合特性曲线来描述，其由各自机器的运行点构成。例如对于一种涡轮压縮机来说，在一定的压縮比时出现一定的流量。如果压縮机在转速，导向叶片位置和抽吸管线节流位置不变时，以另一种压縮比运行，那么运行点就扩展成特性曲线。通过转速或者抽吸管线节流的变化，或者通过导向叶片的调整，产生了另外的特性曲线，它们在一起就构成组合特性曲线。 通过改变调整参量转速，抽吸管线节流和/或导向叶片的位置，可以在组合特性曲线中达到不同的运行点。通过相应的调整干预实现的喘振调节尤其是可以确保一种运行，它与涡轮压縮机的喘振界限线具有足够的距离。 然而组合特性曲线取决于流过流体机械的气体的性能，例如取决于气体的分子量或者摩尔质量，它的进入温度和它的进入压力。如果流体机械用一种气体工作(该气体的性能与所应用的组合特性曲线的气体的性能不同)，那么这尤其可能导致基于所应用组合特性曲线的调节的功能失效。 专利DE35 44 822A1因而为涡轮压縮机的喘振界限调整建议计算求出扬程和抽
吸流量，其中对于气体常数，等熵指数和压縮系数来说，这些值都是以输送气体的正常组成
成分为基础的。由这种正常组成成分的组合特性曲线则可以求出一个计算转速，并与实际
测量的机器转速比较。由计算的和实际测量的机器转速之间的差求出喘振调节器的一个修
正值。因此有意地将一个组合特性曲线作为基础，这与实际的，取决于进入温度，进入压力
和摩尔质量的组合特性曲线有不同，并在调节后进行修正，以便对其补偿。 专利EP 1 450 046 Bl和US5， 195， 875B则相反，将一种通用的喘振界限线作为喘
振调节的基础，它适合于具有不同性能或不同组合特性曲线的气体。 US 2002/0062679A1建议输送气体的分子量作为实际和想象的反映的流动_和扬程值的函数被计算。 US4， 825， 380建议一种用于确定分子量的迭代过程，其中这分子量由计算的和测量的出口压力之间的比值来逼近。
发明内容
本发明的任务是，提出一种借助于一种流体机械来确定气体性能的方法。 这任务通过一种具有权利要求1所述特征的方法来解决。从属权利要求涉及到有
利的改进设计方案。 本发明基于以下认识一个运行点在组合特性曲线中的位置由两个参数就明确地确定了，因此系统通过第三个参数就超定了。这种超定被利用来确定未知的参量。通过不同的组合特性曲线的迭代应用可以考虑到组合特性曲线与所寻找的气体性能之间的关系。
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在初始化时首先规定一个用于所寻找的气体性能，例如其分子量或者确定这分子量的气体成分的起始值。 在每个迭代过程中，在气体性能的规定值的基础上，选出多个存储的组合特性曲线中的一个。起始值的设定和/或组合特性曲线的选择，在第一迭代过程中也可以通过一种默认占用对应的存储位置来实现。如果对于气体性能的一个值，并没有存储组合特性曲线，那么可能适合地，尤其是线性地在两个组合特性曲线之间进行内插。对于气体性能的不同值，例如对于不同的分子量的组合特性曲线例如可以作为表格、折线族束、函数的或者相关的逻辑连接(Verknilpf皿gen)等存储起来，并且为此尤其是可以预先由测量采用具有各自性能的气体按经验求出。 在迭代过程中确定第一参数，例如流体机械上的一个焓差或者扬程，和第二参数，例如具有可变转速的流体机械的转速，具有可调整的前导向_和/或后导向叶片的流体机械的导向叶片位置，或者具有抽吸管线节流的流体机械的抽吸节流管线附件的位置，它们规定了在一个组合特性曲线中的流体机械的一个运行点。 焓差Ah尤其可以在以下值的基础上来确定一个优选测量的进入流体机械的进入温度Te、一个优选地测量的在流体机械前的进入压力pe、一个优先测量的，在流体机械后的出口压力pa、一个单位气体常数(spezifischen Gaskonstante)R、一个实际等熵指数k和/或一个压縮系数z，它们可能取决于分子量，尤其可以按以下公式来确定 <formula>formula see original document page 5</formula>
或者一个近似值。 在组合特性曲线中在第一和第二参数的基础上确定一个组合特性曲线参数，例如确定流体机械的一个抽吸流量。如果通过第一和第二参数所定义的运行点不在所存储的组合特性曲线的一条特性曲线上，那么可以适合地，尤其是线性地内插。 在迭代过程中也确定组合特性曲线参数的一个计算值，并将这组合特性曲线参数与这计算的参数对比。 如果计算的参数是流体机械的一个抽吸流量Vf ，那么这流量可以在以下参数的基础上来确定进入流体机械的进入温度、在流体机械前的进入压力、单位气体常数、压縮系数和在流量测量装置上的，尤其是一个流量测量孔板上的压差Ap，尤其是按公式 <formula>formula see original document page 5</formula>
其中，C是一个常数。在这迭代过程中，在计算的和组合特性曲线的参数之间这种对比的基础上，规定一个用于气体性能的新的值。例如存储的分子量(这被作为所选择的组合特性曲线以及也优选地所用的单位气体常数、压縮系数和/或所用的等熵指数的基础)，提高或者减小一个规定的或者取决于对比的增量。 接着用气体性能的这改变了的值实施一种新的迭代过程，通过这种值使所选的组合特性曲线和优选地也使第一参数，第二参数和/或计算的参数发生改变。
这一直重复进行，直到组合特性曲线参数和计算的参数之间的差值小于规定的迭代极限_或中断值。这种迭代在流体机械的运行过程中周期地重复进行，以便了解气体成分和所要确定的气体性能，例如其分子量的变化。 在一种优选的实施形式中，在对测量值和参照值对比的基础上，对第一参数，第二 参数和/或组合特性曲线参数进行校正。 一个组合特性曲线还取决于进入温度和进入压 力。通过例如分别用一个校正系数来校正第一参数和组合特性曲线参数，例如相乘，这校正 系数对于由一个测量的进入温度或测量的进入压力与一个进入温度或一个进入压力得出 的比值(对此建立组合特性曲线)由一个表格查出，这就可以加以考虑。
其它的优点和特征见从属权利要求和实施例。此处示出了唯一的
图1 一种按照本发明的一种实施形式的方法的流程简图。
具体实施例方式
图1简略表示了一种借助于涡轮压縮机来确定一种输送气体的分子量和成分的 方法流程。 为了实现初始化，在步骤(a)里，用一个默认值或起始值MO占据用于分子量M的 存储器位置。 在这分子量的基础上，在步骤(b)里，由多个作为用于不同分子量M1， M2， M3的折 线或者函数发送器存储的组合特性曲线中选出一个。如果对于一个分子量没有存储组合特 性曲线，那么可以在两个存储的组合特性曲线之间进行内插。 也优选地在分子量的值M的基础上规定以下的值单位气体常数R、等熵指数k和 /或压縮系数z。如果等熵指数或者压縮系数可以近似地看作为常数的话，那么这里也可以 应用一个不变的，恒定的值。 在步骤(c)和(e)中，对应于公式(1)， (2)，应用了在分子量的值M的基础上确定 了的单位气体常数R、等熵指数k和压縮系数z，作为第一参数确定一个焓差A h，并作为计 算的参数确定一个抽吸流量Vf，并且确定涡轮压縮机的进入温度Te的，在涡轮压縮机前的 进入压力pe的，在涡轮压縮机后的出口压力pa的和流量测量孔板上的压力差Ap的测量 值。 这样求出的焓差Ah接着乘以校正系数Kp，KT，这些系数由一个表格查到，其中对 于相应由测量的进入温度Te和参照温度TO，这时建立组合特性曲线
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的进入压力pe和参照压力p0，这时建立组合特性曲
《4》 得出的比值存储校正系数以便考虑抽吸_或进入温度和_压力的组合特性曲线的 影响。 在一个步骤(d)中，由这样校正的烚差Ah和作为第二个参数的测量的涡轮压縮 得出的比值或者说，由效 线<formula>formula see original document page 6</formula>机的转速n，在对于分子量M的所选的组合特性曲线中，确定一个抽吸流量Vk作为组合特性 曲线的参数。如通过虚线或点划线所示，这里在这折线形状存储的组合特性曲线里，可以在 恒定转速nl， n2的特征线之间对于测量的转速n进行内插。 与焓差Ah类似地，也将由组合特性曲线确定的抽吸流量Vk接着乘以校正系数 Kp' ， KT'，这些系数由一个表格查到，其中对于各自由测量的进入_和参照温度T0，或者说， 进入_和参照压力p0得出的比值存储了校正系数，以便考虑抽吸_或进入温度和_压力的 组合特性曲线的影响 <formula>formula see original document page 7</formula> 备选地也可以用这样的校正系数来校正用于抽吸流量的计算值Vf 。
在一个步骤(f)中，将组合特性曲线参数Vk与计算的参数Vf比较，并在步骤(g) 中，将用于分子量的存储值M对应于在计算的和组合特性曲线的参数之间的差值AV = Vk-Vf增加，其方法是将新的值M —M+AM(AV)存入在用于分子量的存储位置里。
因此迭代过程结束，之后存储入的，用于分子量的值M接近于实际的值，对此，在 步骤(f)中可能就没有偏差了 (忽略计算和表格不准确性)。 用这新的用于分子量的值M，接着可以开始一个新的迭代过程，在这过程中首先在 步骤(b)里在新值的基础上选出一个组合特性曲线，并且优选地规定新的值用于单位气体 常数R、等熵指数k和压縮系数z 。 这种迭代优选地在涡轮压縮机的整个运行中实施。这里分子量的值M逐渐接近正 确值。如果分子量M例如由于输送气体成分的变化而发生变化的话，那么值M在以下的迭 代过程中就接近于这新的分子量，因此例如总是在一个校正的分子量的基础上使一个喘振 调节器运行，或者指示出分子量，并且因此可以探测到气体成分的变化。附图标记表Ah焓差，扬程KT， Kp，KT，， Kp，校正系数k等熵指数M分子量n转速p0参照压力pa出口压力pe进入压力△P在测量孔板上的压差R气体常数T0参照温度Te进入温度Vf计算的参数(抽吸流量)Vk组合特性曲线参数(抽吸流量)Z压縮系数。
权利要求
借助于流体机械，尤其是涡轮压缩机，确定气体性能的方法，它包括有以下步骤(a)设定气体性能的值(M)；(b)在气体性能的设定的值的基础上，选择组合特性曲线；(c)确定第一参数(Δh)和第二参数(n)，它们确定了在组合特性曲线中流体机械的运行点；(d)在第一和第二参数(Δh，n)和组合特性曲线的基础上，确定组合特性曲线参数(Vk)；(e)确定计算的参数(Vf)；(f)将组合特性曲线参数(Vk)与计算的参数(Vf)对比；(g)在将计算的参数与组合特性曲线参数对比的基础上，设定气体性能新的值(M)；并重复步骤(b)至(g)。
2. 按权利要求l所述的方法，其特征在于，在取决于气体性能的值(R，k，z)的基础上， 确定第一参数(Ah)，第二参数和/或计算的参数(Vf)。
3. 按上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在测量值和参照值的对比(Te/T0， pe/pO)的基础上，在步骤(c)里校正第一参数(Ah)和/或第二参数，在步骤(d)里校正组 合特性曲线参数(Vk)和/或在步骤(e)里校正计算的参数(Vf)。
4. 按权利要求3所述的方法，其特征在于，测量值和参照值包括有进入流体机械里的 进入温度(Te)和/或在流体机械之前的进入压力(pe)。
5. 按上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，气体的性能包括它的分子量(M)，它 的单位气体常数(R)，等熵指数(k)和/或它的压縮系数(z)。
6. 按上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，第一参数包括在流体机械上的焓差 (Ah)。
7. 按权利要求6述的方法，其特征在于，焓差(Ah)在步骤(c)中，在以下值的基础上 来确定进入流体机械的进入温度(Te)，在流体机械前的进入压力(pe)，在流体机械后的 出口压力(pa)、单位气体常数(R)，等熵指数(k)和/或压縮系数(z)。
8. 按上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，第二参数包括有转速(n)，导向叶片 位置和/或流体机械的抽吸节流管路附件的位置。
9. 按上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，组合特性曲线参数(Vk)和计算的参 数(Vf)包括有流体机械的抽吸流量(V)。
10. 按权利要求9所述的方法，其特征在于，计算的参数(Vf)在步骤(e)中，在以下 数值的基础上确定进入流体机械的进入温度(Te)，在流体机械前的进入压力(pe)，单位 气体常数(R)，在流量测量装置上的，尤其是流量测量孔板上的压差(Ap)和/或压縮系数 (z)。
11. 按上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，使步骤(b)至(g)重复进行，直到在 步骤(f)里，组合特性曲线参数(Vk)和计算的参数(Vf)之间的差值小于一个规定的迭代 极限值。
12. 按上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在流体机械运行时周期地重复步骤 (b)至(g)。
13. 按上述权利要求之一所述的方法，其特征在于， 一个值，尤其是组合特性曲线参数(Vk)，等熵指数(k)和/或压縮系数(z)，通过内插由表格确定。
14. 按上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，组合特性曲线在步骤(b)中通过内插来确定。
15. 计算机程序，它实施按上述权利要求之一所述的方法，如果它在一个计算机里运行的话。
16. 数据载体，在其上面存储了按权利要求15所述的计算机程序。
全文摘要
本发明涉及借助于一种流体机械确定气体性能的方法。借助于一种流体机械，尤其是一种涡轮压缩机，确定气体性能的方法，它包括有以下步骤(a)设定一个气体性能的值(M)；(b)在气体性能的设定值基础上，选择一个组合特性曲线；(c)确定第一参数(Δh)和第二参数(n)，它们规定了在组合特性曲线中流体机械的运行点；(d)在第一和第二参数(Vk)和组合特性曲线的基础上，确定一个组合特性曲线参数(Δh，n)；(e)确定一个计算的参数(Vf)；(f)将组合特性曲线参数(Vk)与计算的参数(Vf)对比；(g)在将组合特性曲线参数与计算的参数对比的基础上，设定一个气体性能新的值(M)；并重复步骤(b)至(g)。
文档编号F04D27/02GK101793660SQ20101000205
公开日2010年8月4日 申请日期2010年1月7日 优先权日2009年1月7日
发明者U·格布哈特, W·布洛滕伯格 申请人:曼涡轮机股份公司