开题报告-离心压缩机防喘振控制系统的设计

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1、1绪论12国内外研究动态22.1离心压缩机喘振发生的机理22.2喘振产生的鈿牛22.3自动控制系统概述42.4防喘振控制原理52.5防喘振控制技术的发展与现状63.1研究内容83.2实施方案84完成擬的主要困难及解决办法10参考文献121编仑离心压缩机是一种将电机或汽轮机等拖动装置的机械能转换成工艺气体压力能的装置，是压缩工艺气的气压发生装置。主要服务于冶金工业如高炉鼓风、氧气炼钢、氧气制取和烧结风机等；石油化学工业如油出注汽、合成氨、尿素、甲醇、乙烯、石油精炼及加氢脱硫等领域。它是上述领域企业的心脏设备，是彰显一个国

2、家工业基础实力水平的重大技术装备。随着石油、石化行业技术的迅速发展，如何使离心压缩机能够安全、有效、长时间稳定运行，已经成为目前化工机械工程的首要问题。离心压缩机的性能特点使其在石化、冶金以及化工企业中被广泛采用。然而，离心压缩机的结构特点决定了其对所输送介质的压力、流量、温度变化的敏感性相对较大，容易发生喘振⑴。发生喘振时流量大幅波动、机组剧烈振动，如不及时采取措施加以控制，会造成压缩机内部零件（如叶轮等）损伤，严重时会导致设备严重损坏甚至发生气体爆炸事故。由于喘振现象的严重危害性，在生产屮应严格杜绝。防喘振控制是保

3、证压缩机正常运行和延长压缩机寿命的关键⑵，但防喘振控制系统要求严格，系统安全运行主要取决于开发人员木身对控制算法的理解和对离心压缩机性能的了解阳」。本文旨在建立离心压缩机的防喘振控制系统，提高离心压缩机的可靠性、安全性、耐用性等性能指标，以实现对压缩机喘振的口动预警与控制，达到降低损失的目的。2国内外研究动态2.1离心压缩机喘振发生的机理在离心压缩机系统中，由于工况条件(p,T,Q)的改变，介质流量明显减少，离心压缩机出现严重的旋转脱离，形成突变型失速。此时，叶轮虽旋转，但不能提高气体压力，压缩机出口压力显著下降。由于

4、输出管网容量较大，反应不灵皱，管网压力并不能迅速降低。由此可能出现管网压力反大于压缩机出口压力的情况，因而管网中的气体就向压缩机倒流，育到管网压力下降到低于压缩机出口压力为止。此时倒流现象停止，气体又在叶片作用下正向流动，压缩机乂开始向管网供气，管网压力不断回升，当乂回复到原有水平时，压缩机止常排气又受到阻碍，流量又下降，系统中的气体又产生倒流。如此周而复始，在整个系统发生了周期性的轴向低频大振幅的气流振荡现彖，这种现彖称Z为喘振⑴。气流脉动和机内温度上升会危及叶片和轴承的正常工作，压缩机内的气流和附属管网的压力和流量

5、脉动可能发展成增幅振荡，形成周期性的气流倒流和排出气体压力时高时低的现象，并产生巨大的噪声和急剧的温升。流量和压力的大幅振荡会导致压缩机从正的流量特性跃变到负的流量特性，使其运行不稳定，导致压缩机进入逆流工况⑹。由于压缩机本身具有喘振、失速的特性，所以在实际操作中必须采用防喘振控制和安全保护措施，使压缩机工作在稳定的工作区。因此，防喘振控制是压缩机正常工作的关键。2.2喘振产生的条件喘振现象是离心压缩机I古I有的特性，尽管压缩机喘振发生时会产生严重的后果，但是只要我们对喘振现彖产生的征兆加以快速和准确的预测与判断，喘振

6、现彖完全可以得到有效的控制。如图2-1所示，根据离心压缩机在不同工况条件下的性能曲线，只要我们把压缩机的最小流量控制在工作区(控制线以内)压缩机即可正常工作⑺。图2・1离心压缩机性能曲线与防喘振控制原理Fig.2-1Performancecurveofcentrifugalcompressorandtheprincipleofanti-surgecontrol喘振的标志是一最小流量点，低于这个流量即出现喘振。因此，需要有一个防止压缩机发生喘振的控制系统，限制压缩机的流量不会降低到这种工况下的最低允许值，即不会使压缩机进

7、入喘振工况区域内。压缩机的防喘振条件为Ap>a(p2±bpl)式中Ap进口管路内测量流量的孔板前后压差pl进口处压力p2出口处压力a,b与压比、温度、孔板流量计的孔板系数有关的参数，可通过热工计算和试验取得2.3自动控制系统概述自动控制系统是随着生产需求的变化和科学技术的进步而不断发展的。上世纪40年代到50年代，采用气动、电动模拟仪表组成过程控制系统，实现了集中监视、操作、控制，较好地适应了工艺设备大型化和牛产过程连续化的发展需要。但该系统硬件过多，自动化程度不高，难以实现整个系统的最优控制。60年代初，人们开始将电

8、子计算机用于过程控制，试图利用计算机所具有的能执行复杂运算、处理速度快、集中显示操作、易于通讯、易于实现各种控制算法、易于改变控制方案、控制精度高等特点，克服常规仪表的局限性。其优点是硬件成本较低，便于信息的采集分析，易实现系统的最优控制。70年代初，大规模集成电路的问世及微处理机的诞牛，为新型控制系统的研制创造了物质基础。目前，