压缩空气制冷测控系统的防喘振方法

　　0 引言

　　压缩空气制冷系统的制冷部分由增压透平膨胀机组成。增压机在一定进口压力和转速下，当增压机进口流量小于一定数值时，机器会发生喘振，此时压力会大幅波动，并引起设备产生强烈的振动，导致增压机效率降低，严重时会造成设备损坏。喘振情况与管网特性有关。管网容量越大，喘振振幅越大，而频率越低;管网容量越小，则相反。原防喘振控制采用固定极限防喘振法，依据增压机特性曲线，选取固定流量值作为增压机喘振控制线，但存在以下缺陷：因固定极限防喘振法是保证机组在可预料的最坏工作状况下的安全，因此安全区域较大，导致系统效率降低。增压机能耗过大，对增压机负荷需经常改变的生产装置就不够经济。因此，笔者采用新型可变极限防喘振系统，设计多重防喘振方法，既解决了喘振问题，又提高系统效率。

　　1 喘振各种控制线

　　1.1 喘振特性曲线及经验公式

　　如图1，增压机的特性曲线是指：出口绝p2与入口绝压p1之比(或称压缩比)和增压机入口体积流量的关系曲线。

　　连接增压机不同转速下的特性曲线的最高点，所得的曲线为喘振特性曲线，其左侧部分称为喘振区，如图1 的阴影部分。

　　对于喘振极限线，可以通过理论推导获得数学表达式。这条喘振极限线可用一个抛物线方程近似，其经验公式为：

其中：Q 为增压机入口的体积流量;T 为增压机入口的绝对温度;p1，p2分别为增压机入口、出口压力;K，a均为常量，由增压机制造厂家提供。

　　1.2 喘振极限线

　　将喘振特性曲线近似为一条直线，即喘振极限线(surge limit line，SLL)，如图2 所示。增压机喘振极限线上的流量是增压机的喘振流量。

　　控制的要点是计算增压机喘振近似度SS，SS近似等于喘振流量值除以实际流量值。即：

　　当SS=1 时，操作点在喘振极限线上;当SS>1时，即增压机实际流量值小于喘振流量值，增压机会发生喘振;当SS<1 时，即增压机实际量值大于喘振流量值，增压机不会发生喘振。

　　1.3 喘振控制线

　　要防止喘振的发生，必须在操作点到达喘振极限线之前做出控制响应，增加增压机的流量。因此在SLL 线右边设置一条喘振控制线SCL，如图2。

　　SLL和SCL之间的区域称为喘振控制裕度(surge control nargin，SCM)。

式中：b1为初始控制偏置;CRD为微分响应，由dSS/dt决定;CRSO为安全保险响应，正常时为0;f4(Z)为控制线特性函数。

　　由式(3) 可知SCM 通常为常数，因此SCL 与SLL几乎平行，从而扩展了增压机安全运行区域。防喘振偏移量Dev(操作点与SCL 的距离)表示为: