導(dǎo)葉調(diào)節(jié)與防喘振控制中的解偶

【摘要】介紹了離心鼓壓縮機性能調(diào)節(jié)中，入口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)與防喘振控制中的反向偶合的消解，因為離心鼓壓風(fēng)機由于入口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)過程中是壓力、流量雙重參數(shù)控制，而防喘振控制也是壓力、流量有此兩參數(shù)的聯(lián)全控制，在采用兩者并聯(lián)控制時，在運行防喘振線時，如果仍然保持并聯(lián)獨立的調(diào)節(jié)，就會加速喘振，為了避免了在防喘振線及以左時導(dǎo)葉調(diào)節(jié)與防喘振控制反向效果，就必須在導(dǎo)葉調(diào)節(jié)和防喘振控制時，加入合理有效的解偶控制，以達(dá)到優(yōu)化智能可靠控制。本項目從問題的提出，到解決方案，內(nèi)容進(jìn)行了全面分析和解偶設(shè)計，并有實際應(yīng)用與效益收益。

【關(guān)鍵詞】入口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)；防喘振控制；解偶

一、問題的提出

入口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)，在壓縮機葉輪的入口前，安裝入口可動導(dǎo)葉葉片，導(dǎo)葉葉片形成一組，安裝于壓縮葉入口，再由驅(qū)動裝置拉動導(dǎo)葉葉片同時按角度變化，叫入口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)。入口葉片的截面形狀根據(jù)空氣動力學(xué)設(shè)計成機翼型，并徑向排列在入口周圍。入口葉片的開度由執(zhí)行器驅(qū)動完成調(diào)節(jié)。執(zhí)行器的作用是接受控制器的輸出信號，直接調(diào)節(jié)生產(chǎn)過程中相關(guān)介質(zhì)的輸送量，從而使溫度、壓力、流量等過程參數(shù)得到控制。入口葉片的開度大小與流量調(diào)節(jié)范圍的比例關(guān)系是根據(jù)空氣動力學(xué)的原理進(jìn)行設(shè)計，使鼓壓風(fēng)機能有較寬的、高效的流量調(diào)節(jié)范圍。導(dǎo)葉調(diào)節(jié)：是在壓縮機的對于許多離心鼓壓風(fēng)機采用入口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)方式進(jìn)行壓縮機的流量、壓力調(diào)節(jié)，是目前高效、寬范圍調(diào)節(jié)的主要壓縮機結(jié)構(gòu)。從帶導(dǎo)葉角度的性能曲線（圖1）可以看出，D1、D2、D3……D5是導(dǎo)葉不同開度的曲線，轉(zhuǎn)速是不變的，曲線坐標(biāo)中橫軸是機組的流量，縱軸是機組的出口壓力（或進(jìn)出口壓比），導(dǎo)葉的角度變化，機組的流量、壓力性能是變化的，在曲線上S1、S2、S3……S5是喘振點，所以導(dǎo)葉角度的變化，喘振點也是變化的。由喘振點連成的線，叫喘振線。喘振線左側(cè)叫喘振區(qū)，喘振振右側(cè)叫運行區(qū)。機組是嚴(yán)禁在喘振區(qū)運行的。因此要做防喘振控制。所謂喘振（surge）：是由于嚴(yán)重失速導(dǎo)致在壓氣機和連接管道中，出現(xiàn)工質(zhì)流量以較低的頻率振蕩為特征的不穩(wěn)定流動的有害工況。當(dāng)壓縮機中，氣流在排出時形成嚴(yán)重的分離時，引起壓氣機出口氣流壓力和流量強烈脈動的現(xiàn)象。其本質(zhì)是氣流出現(xiàn)的一種沿軸向的自激振蕩。在喘振線右移一定裕度做的線，叫防喘振控制線。防喘振控制是將壓縮機控制運行在機組的防喘振線右線即為成功。下圖為機組的性能曲線。

由曲線可見，在機組流量小，或壓力高時機組會進(jìn)入防喘振區(qū)甚至喘振區(qū)。但在導(dǎo)葉調(diào)節(jié)中導(dǎo)葉的開大又會提高機組的增加流量，同時提高出口壓力。到FCZ時，防喘振控制動作，使運行P0點向S方向運行，使機組回到安全運行區(qū)。入口導(dǎo)葉是按流量或壓力調(diào)節(jié)的，是兩條直線，如果當(dāng)導(dǎo)葉是按流量調(diào)節(jié)時，運行點P0如果向S運行時，壓力變低，使流量變大，導(dǎo)葉的控制正常就到關(guān)小，使流量不變大。這就出現(xiàn)了，喘振是向右運行，導(dǎo)葉是向左運行，使本獨立的導(dǎo)葉調(diào)節(jié)與防喘振控制出了反向干擾。這就給我們控制提出了一個問題，在導(dǎo)葉調(diào)節(jié)和防喘振控制中，必須解偶，否剛會反向干擾加劇。

二、問題的解決

導(dǎo)葉調(diào)節(jié)與防喘振控制中有同樣的變量受控，這種特殊性叫偶合，當(dāng)偶合參數(shù)在偶合控制中，發(fā)生了不是控制方向的干擾，叫負(fù)偶合，解除這種負(fù)偶合的干擾的控制，叫解偶控制。針對上述問題的解決辦法就是在導(dǎo)葉控制和防喘振控制之間采用解偶控制。

為了避免導(dǎo)葉調(diào)節(jié)與防喘振控制的反向干擾，達(dá)到解偶的目的。通常的做法有三種：

1、入口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)的控制的PID加“限門”控制條件。

這一條件就是，當(dāng)入口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)正常是正作用，但在特殊干擾時，可采用限制性的取反作用進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣將均會使防喘振控制時，是右下方向拉動，使受控制壓縮機迅速回到運行區(qū)。

2、在防喘振控制模塊中，加入導(dǎo)葉調(diào)節(jié)控制的嵌制控制。

這一辦法是，在防喘振控制模塊中，把入口導(dǎo)葉欲調(diào)節(jié)控制的輸出，做入防喘振控制的混合條件，在防喘振控制時，允許入口調(diào)節(jié)控制嵌制在一個點不動，當(dāng)防喘振控制到非嵌制控制區(qū)時，再恢復(fù)導(dǎo)葉調(diào)節(jié)的嵌制，這樣避免了導(dǎo)葉調(diào)節(jié)和防喘振控制的反向干擾。

3、在入口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)與防喘振控制模塊調(diào)節(jié)，加入間隔周期，在干擾時，采用取優(yōu)控制。

采用加入間隔周期，也是解決干擾的一種常用辦法，當(dāng)控制條件中，給干擾的控制加上周期控制，這樣會使控制簡單化，而且周期的頻率是不要計算的，其共振點的周期>2秒，<4秒。這樣就會在入口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)和防喘振控制時，各自之間不同時調(diào)節(jié)，使本來有負(fù)偶合現(xiàn)象的存在，變成了不存在。

壓縮機性能曲線是壓縮機變動工況性能的圖像表示，它清晰的表明了各種工況下的性能，穩(wěn)定工作范圍，是操作運行、分析變工況性能的重要依據(jù)。所以，穩(wěn)定地控制機組運行在運行區(qū)，是控制的核心。

三、控制方案的實際應(yīng)用

針對帶入口導(dǎo)葉控制的鼓風(fēng)機，考慮到防喘振控制與其的負(fù)偶合，現(xiàn)在經(jīng)調(diào)整在污水處理、轉(zhuǎn)爐控制中，其應(yīng)用得到了廣泛應(yīng)用。也得到了穩(wěn)定的控制。解決了控制中的干擾。

此方案的控制，在調(diào)速與防喘振中，也是同等有效的，出口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)也是如此。

四、經(jīng)濟效益及技術(shù)水平

經(jīng)濟效益：本控制方案的研究，提供多種偶合參數(shù)控制的引申解決控制，在壓縮機的控制中，即完成了機組的大流量調(diào)節(jié)，又可靠的控制了機組的安保運行。為用戶既節(jié)省了調(diào)節(jié)時間，減少了資源浪費，增加了設(shè)備的維護(hù)運行壽命。通過這一設(shè)計方案可以避免采用單一措施的不足，避免了控制中負(fù)偶合的損壞設(shè)備、浪費能源等問題，還可以解決多種控制中的問題，具有很高的應(yīng)用價值，保證了壓縮機的長周期穩(wěn)定運行，經(jīng)濟效益顯著。

參考文獻(xiàn)

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