專利名稱：渦輪式壓縮機(jī)及其運(yùn)行方法
技術(shù)區(qū)域本發(fā)明涉及渦輪式壓縮機(jī)及其運(yùn)行方法，特別涉及一種防止喘振并改善渦輪式壓縮機(jī)運(yùn)行的渦輪式壓縮機(jī)及其運(yùn)行方法。
背景技術(shù)：
在化學(xué)工廠等地使用的渦輪式壓縮機(jī)中，在多數(shù)情況下，大約一定的排出壓力為額定壓力。在渦輪式壓縮機(jī)中，如果吸入氣體的溫度和壓力等發(fā)生了變化，則即使旋轉(zhuǎn)速度一定，排出壓力也發(fā)生變化。其結(jié)果是，存在無(wú)法達(dá)到所規(guī)定的排出壓力的危險(xiǎn)。這里，如特開昭56-121898號(hào)公報(bào)所記載的，盡早檢測(cè)出工作氣體的吸入溫度和壓力，對(duì)應(yīng)所檢測(cè)的吸入溫度和壓力改變驅(qū)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，從而控制渦輪式壓縮機(jī)，使渦輪式壓縮機(jī)的排出壓力達(dá)到規(guī)定排出壓力。
特開平1-200095號(hào)公報(bào)中記載有以往渦輪式壓縮機(jī)的其它的例子。在該公報(bào)中記載的多級(jí)離心式壓縮機(jī)中，通過(guò)對(duì)應(yīng)吸入溫度的變化而改變驅(qū)動(dòng)機(jī)的最小旋轉(zhuǎn)速度，從而避開被稱為喘振的不穩(wěn)定現(xiàn)象，使得壓縮機(jī)在較廣的工作范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。另外，在特開平10-89287號(hào)公報(bào)中，檢測(cè)渦輪式壓縮機(jī)工作氣體的吸入溫度，且以檢測(cè)到的吸入溫度與預(yù)先求出的基準(zhǔn)吸入溫度之比的約1/3乘方成比例，改變壓縮機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，從而在使渦輪式壓縮機(jī)的排出壓力維持一定的定風(fēng)壓控制中降低軸動(dòng)力。
與這些改變壓縮機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度、進(jìn)行定風(fēng)壓控制的各以往例子不同，特開昭62-96798號(hào)公報(bào)中記載的是對(duì)應(yīng)渦輪式壓縮機(jī)吸入氣體的吸入溫度而改變?cè)O(shè)在壓縮機(jī)吸氣側(cè)的入口導(dǎo)流葉片的葉片角度，可精確地調(diào)整流量。
而在上述特開昭56-121898號(hào)公報(bào)、特開平1-200095號(hào)公報(bào)和特開平10-89287號(hào)公報(bào)中記載的渦輪式壓縮機(jī)中，雖然對(duì)應(yīng)吸入溫度而控制壓縮機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，但是，在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的渦輪式壓縮機(jī)中，為了改變旋轉(zhuǎn)速度，需要變頻驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，有價(jià)格高的缺點(diǎn)。而且，特開昭62-96798號(hào)公報(bào)中所記載的壓縮機(jī)中，沒(méi)有考慮在控制容量時(shí)要避免喘振，同時(shí)擴(kuò)大壓縮機(jī)穩(wěn)定工作區(qū)域的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述以往技術(shù)的缺點(diǎn)，其目的是在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的渦輪式壓縮機(jī)中，控制排出壓力大致保持一定，同時(shí)，確保較寬工作區(qū)域不發(fā)生喘振。本發(fā)明的另一個(gè)目的是，用簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)確保渦輪式壓縮機(jī)的較寬工作范圍。而且，本發(fā)明以至少達(dá)到以上任何一個(gè)目標(biāo)為目的。
為達(dá)到上述目的本發(fā)明的渦輪式壓縮機(jī)的特征是，具有葉片角度可變的入口導(dǎo)流葉片及排氣閥，還具有吸入狀態(tài)檢測(cè)裝置和控制裝置；所述吸入狀態(tài)檢測(cè)裝置，檢測(cè)被該渦輪式壓縮機(jī)吸入的工作氣體的吸入溫度與吸入壓力中的至少一個(gè)；所述控制裝置，具有與吸入狀態(tài)和目標(biāo)壓力對(duì)應(yīng)的、有關(guān)上述入口導(dǎo)流葉片最小角度的數(shù)據(jù)庫(kù)。
為達(dá)到上述目的本發(fā)明的渦輪式壓縮機(jī)的其它特征是，具有葉片角度可變的入口導(dǎo)流葉片、渦輪式壓縮機(jī)本體、檢測(cè)渦輪式壓縮機(jī)排出壓力的排出壓力檢測(cè)裝置、位于比該排出壓力檢測(cè)裝置靠近渦輪式壓縮機(jī)本體側(cè)的止回閥、排出被渦輪式壓縮機(jī)壓縮的氣體的排氣閥、位于入口導(dǎo)流葉片上游側(cè)并檢測(cè)被渦輪式壓縮機(jī)吸入的工作氣體的吸入溫度和吸入壓力中的至少一個(gè)的吸入狀態(tài)檢測(cè)裝置、控制入口導(dǎo)流葉片角度及排氣閥開閉的調(diào)節(jié)裝置；在止回閥與渦輪式壓縮機(jī)本體之間設(shè)置有喘振檢測(cè)裝置，在調(diào)節(jié)裝置中設(shè)置有記述對(duì)應(yīng)吸入條件和目標(biāo)壓力的最小入口導(dǎo)流葉片角度關(guān)系的數(shù)據(jù)庫(kù)。
而且，在該特征中，希望調(diào)節(jié)裝置能在喘振檢測(cè)裝置檢測(cè)到喘振時(shí)更新數(shù)據(jù)庫(kù)的最小入口導(dǎo)流葉片角度數(shù)據(jù)，也可以擁有控制調(diào)節(jié)裝置的上位控制裝置。
為達(dá)到上述目的本發(fā)明的渦輪式壓縮機(jī)的運(yùn)行方法的其它特征是，使用入口導(dǎo)流葉片和排氣閥控制渦輪式壓縮機(jī)的排出壓力；基于在入口導(dǎo)流葉片上游側(cè)設(shè)置的溫度檢測(cè)裝置或壓力檢測(cè)裝置所檢測(cè)到的檢測(cè)值，參照在該壓縮機(jī)上所具有的調(diào)節(jié)裝置中預(yù)先儲(chǔ)存的最小入口導(dǎo)流葉片角度數(shù)據(jù)，求出該檢測(cè)值處的最小入口導(dǎo)流葉片角度，葉片驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)入口導(dǎo)流葉片達(dá)到該最小角度以上。
而且，在該特征中，在渦輪式壓縮機(jī)中出現(xiàn)了喘振時(shí)，僅以規(guī)定的量打開入口導(dǎo)流葉片，并更新上述入口導(dǎo)流葉片角度數(shù)據(jù)庫(kù)；預(yù)先將對(duì)應(yīng)吸入流量的壓縮機(jī)的排出壓力特性儲(chǔ)存在調(diào)節(jié)裝置中，吸入流量變化后根據(jù)該特性求出的入口導(dǎo)流葉片角度，如果小于最小入口導(dǎo)流葉片角度，則將入口導(dǎo)流葉片設(shè)定為最小入口導(dǎo)流葉片角度，并且打開排氣閥；在排出壓力高于目標(biāo)排出壓力時(shí)，求出葉片角度偏差量，若加上該偏差量后的葉片角度在最小入口導(dǎo)流葉片角度以下，則將入口導(dǎo)流葉片設(shè)定為最小入口導(dǎo)流葉片角度，并且僅以規(guī)定量打開排氣閥；在排出壓力高于目標(biāo)排出壓力、使排氣閥全開時(shí)，將入口導(dǎo)流葉片全閉并移至無(wú)負(fù)荷運(yùn)行，若該狀態(tài)持續(xù)規(guī)定時(shí)間，則停止壓縮機(jī)的運(yùn)行。


圖1至圖3是說(shuō)明渦輪式壓縮機(jī)特性的圖。
圖1是說(shuō)明吸入流量與排出壓力關(guān)系的圖；圖2是說(shuō)明由于吸入溫度不同特性曲線變化的圖；圖3是說(shuō)明由于吸入壓力不同特性曲線變化的圖。
圖4是本發(fā)明的渦輪式壓縮機(jī)的一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)圖。
圖5及圖6是圖4所示的渦輪式壓縮機(jī)的運(yùn)行控制流程圖。
具體實(shí)施例方式
以下，使用

本發(fā)明涉及的渦輪式壓縮機(jī)的一個(gè)實(shí)施實(shí)例。圖1至圖3是說(shuō)明壓縮機(jī)特性的圖。是在渦輪式壓縮機(jī)的吸入側(cè)設(shè)置入口導(dǎo)流葉片、并使用了定風(fēng)壓控制將渦輪式壓縮機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度控制為大致保持一定的情況。在以往的這種渦輪式壓縮機(jī)中，將入口導(dǎo)流葉片的最小開度βmin設(shè)定在一定值以避免喘振。
作為該渦輪式壓縮機(jī)的流量與排出壓力的關(guān)系曲線的Qs-Pd特性曲線，如圖1所示。是將排出壓力Pd定風(fēng)壓控制至目標(biāo)壓力Pt的例子。虛線SL表示喘振線。若改變?nèi)肟趯?dǎo)流葉片開度β來(lái)改變吸入流量Qs的話，則吸入流量在使排出壓力Pd等于目標(biāo)壓力Pt的圖中的點(diǎn)劃線上變化。而且，一旦入口導(dǎo)流葉片開度β在最小開度βmin以下，在該定風(fēng)壓控制中發(fā)生喘振。與此對(duì)應(yīng)，在將入口導(dǎo)流葉片開度β保持一定來(lái)運(yùn)行壓縮機(jī)時(shí)，排出壓力Pd與變化的吸入流量Qs對(duì)應(yīng)，按如圖中實(shí)線所示變化。入口導(dǎo)流葉片開度從最大的βmax變至最小的βmin，在進(jìn)行控制以達(dá)到目標(biāo)排出壓力Pd時(shí)的流量范圍是穩(wěn)定工作區(qū)域Qst。
然而，如果渦輪式壓縮機(jī)中被壓縮機(jī)吸入的工作氣體的吸入溫度發(fā)生變化，則該特性也將變化。例如，如果工作氣體的吸入溫度Ts是夏季吸入溫度Ts＝Ts1，則排出壓力Pd相對(duì)吸入流量Qs顯示出圖中虛線B1所示的特性。如果吸入溫度Ts低至冬季吸入溫度Ts＝Ts2，則排出壓力Pd變成圖中實(shí)線A1所示的特性。
在該圖2中，當(dāng)工作氣體的吸入溫度Ts較低時(shí)(Ts＝Ts2)的壓縮機(jī)穩(wěn)定工作區(qū)域QTs2，比吸入溫度Ts較高時(shí)(Ts＝Ts1)的穩(wěn)定工作區(qū)域QTs1寬。即，在可變?nèi)肟趯?dǎo)流葉片開度β保持在最小開度βmin的以往的避免喘振的方法中，即使在吸入溫度Ts較低的冬季，在基于多于有可能發(fā)生喘振的邊界流量的夏季喘振邊界流量來(lái)設(shè)定入口導(dǎo)流葉片開度也是必要的。其結(jié)果是，即使吸入溫度較低使用上述導(dǎo)流葉片開度并不發(fā)生喘振時(shí)，也必須進(jìn)行打開避免喘振作用的排氣閥排氣這樣無(wú)用的工作。
而且，渦輪式壓縮機(jī)的特性，根據(jù)工作氣體吸入壓力的改變而變化。圖3表示了吸入流量Qs與排出壓力Pd的關(guān)系隨吸入壓力而變化的情況。吸入壓力低時(shí)(Ps＝Ps1)、保持入口導(dǎo)流葉片開度β一定而改變吸入流量時(shí)的排出壓力的變化，由虛線B2所示，吸入壓力高時(shí)(Ps＝Ps2)進(jìn)行同樣變化時(shí)的排出壓力的變化由實(shí)線A2所示。而且，作為各條件下發(fā)生喘振的邊界的喘振線，由虛線SL1和SL2所示。如圖3所示，吸入壓力Ps1的穩(wěn)定工作區(qū)域QPs1，比吸入壓力Ps2的穩(wěn)定工作區(qū)域QPs2狹小。即，吸入壓力Ps越高，穩(wěn)定工作區(qū)域越寬。而且，渦輪式壓縮機(jī)的穩(wěn)定工作區(qū)域不僅隨著吸入溫度和吸入壓力變化，而且也會(huì)由于內(nèi)部灰塵堆積或隨時(shí)間老化等而變化。
這樣，在因吸入條件等導(dǎo)致特性變化的渦輪式壓縮機(jī)中，不浪費(fèi)動(dòng)力且有效控制流量直至喘振邊界的情況用圖4說(shuō)明。圖4是本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的渦輪式壓縮機(jī)的一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)圖。實(shí)線表示工作氣體的實(shí)際流動(dòng)狀態(tài)，虛線表示各種電信號(hào)的流動(dòng)。本實(shí)施例的渦輪式壓縮機(jī)有3級(jí)壓縮室3、5、7。在各級(jí)壓縮機(jī)室之間設(shè)置有中間冷卻器4、6，在最末級(jí)壓縮室7的下游設(shè)置有后置冷卻器8。在初級(jí)壓縮室5的入口側(cè)設(shè)置有可變?nèi)肟趯?dǎo)流葉片2，在該可變?nèi)肟趯?dǎo)流葉片2的上游側(cè)設(shè)置有過(guò)濾器1。
在這樣構(gòu)成的渦輪式壓縮機(jī)中，工作氣體在通過(guò)吸入過(guò)濾器1后，流入可變?nèi)肟趯?dǎo)流葉片2。渦輪式壓縮機(jī)周圍的溫度或氣壓的變化、以及過(guò)濾器的壓損等常常造成吸入溫度Ts與吸入壓力Ps的變化。這里，用于檢測(cè)吸入溫度Ts的溫度傳感器11，被安裝在吸入過(guò)濾器1與入口導(dǎo)流葉片2之間的流路中。同樣，為了檢測(cè)吸入壓力Ps，壓力傳感器13被安裝在吸入流路中。由溫度傳感器11檢測(cè)到的吸入溫度信號(hào)，經(jīng)信號(hào)線12被送入調(diào)節(jié)裝置27中。由壓力傳感器13檢測(cè)到的吸入壓力信號(hào)，經(jīng)信號(hào)線13也送入調(diào)節(jié)裝置27中。
為了檢測(cè)入口導(dǎo)流葉片2的葉片開度β，在入口導(dǎo)流葉片2的附近設(shè)置有葉片開度檢測(cè)裝置15。該葉片開度檢測(cè)裝置15檢測(cè)到的葉片開度信號(hào)，經(jīng)信號(hào)線16被送入調(diào)節(jié)裝置27中。
由入口導(dǎo)流葉片2調(diào)整了流量的工作氣體，經(jīng)各級(jí)壓縮室4、6、8壓縮成為高溫氣體。該高溫工作氣體與配置在壓縮室4、6、8下游的中間冷卻器4、6以及后置冷卻器8中的冷卻水或冷卻空氣進(jìn)行熱交換，被冷卻至約40℃。在后置冷卻器8的下游配置有止回閥9，通過(guò)止回閥9將壓縮氣體送回所需要的原來(lái)位置。在止回閥9的下游，安裝有檢測(cè)排出壓力Pd的壓力傳感器19。由該壓力傳感器19檢測(cè)到的排出壓力信號(hào)，經(jīng)信號(hào)線20送入調(diào)節(jié)裝置27中。
在后置冷卻器8與止回閥9之間形成有分支管部30，在分支的配管上安裝有排氣閥10。排氣閥10是為防止排出壓力Pd過(guò)大而設(shè)置的。一旦自調(diào)節(jié)裝置27來(lái)的指令信號(hào)經(jīng)信號(hào)線22輸入到排氣閥驅(qū)動(dòng)裝置21中，排氣閥21打開，防止排出壓力上升。排氣閥10能夠調(diào)節(jié)開度。這里，檢測(cè)排氣閥10開度的排氣閥開度檢測(cè)裝置25被安裝在排氣閥10或排氣閥驅(qū)動(dòng)裝置21上。由排氣閥開度檢測(cè)裝置25檢測(cè)到的排氣閥10的開度，經(jīng)信號(hào)線26送入調(diào)節(jié)裝置27中。在分支管部30與后置冷卻器8之間安裝有喘振檢測(cè)裝置23，由該喘振檢測(cè)裝置23檢測(cè)到的信號(hào)，經(jīng)信號(hào)線24送入調(diào)節(jié)裝置27中。而且，目標(biāo)壓力經(jīng)信號(hào)線28從上位控制裝置40送入調(diào)節(jié)裝置27中。
用圖5及圖6中的流程圖詳細(xì)說(shuō)明輸入各種信號(hào)的調(diào)節(jié)裝置27的動(dòng)作。向調(diào)節(jié)裝置27中輸入來(lái)自上位控制裝置40的目標(biāo)壓力Pt信號(hào)。一旦開始由調(diào)節(jié)裝置27進(jìn)行的控制(步驟50)，則調(diào)節(jié)裝置27使用喘振檢測(cè)裝置23，檢測(cè)在渦輪式壓縮機(jī)中是否發(fā)生了喘振(步驟52)。喘振檢測(cè)裝置23被安裝在止回閥9的上游側(cè)，將壓縮機(jī)的排出壓力Pda信號(hào)24送入調(diào)節(jié)裝置27中。在該P(yáng)da的時(shí)間變化率ΔPda/Δt超過(guò)預(yù)先設(shè)定值的情況下，因?yàn)榘l(fā)生了急劇的壓力變化，因此認(rèn)為發(fā)生了喘振。
當(dāng)在步驟52中判斷壓縮機(jī)未發(fā)生喘振時(shí)，使用溫度傳感器11和壓力傳感器13檢測(cè)到的吸入溫度Ts及壓力Ps，計(jì)算設(shè)定在入口導(dǎo)流葉片2的最小葉片開度βmin(步驟54)、更新入口導(dǎo)流葉片2中的最小葉片開度βmin的設(shè)定。接著，基于由排氣閥10的開度檢測(cè)裝置25檢測(cè)到的信號(hào)，判斷排氣閥開度α是全閉狀態(tài)αmin還是開放狀態(tài)(步驟56)。
當(dāng)排氣閥10處于全閉狀態(tài)αmin時(shí)是負(fù)荷運(yùn)行，所以比較排出壓力Pd與目標(biāo)壓力Pt(步驟58)。當(dāng)排出壓力Pd比目標(biāo)壓力Pt高(Pd＞Pt)時(shí)，由于消耗氣體量比壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮氣體量少，因此，減少流量。當(dāng)檢測(cè)完排氣閥開度α后，將葉片開度檢測(cè)裝置15檢測(cè)到的入口導(dǎo)流葉片2的葉片開度β與設(shè)定的最小導(dǎo)流葉片開度βmin進(jìn)行比較(步驟60)。當(dāng)所設(shè)定的最小導(dǎo)流葉片開度βmin在葉片開度檢測(cè)裝置15檢測(cè)到的葉片開度β以上時(shí)，即，當(dāng)β≤βmin時(shí)，利用葉片驅(qū)動(dòng)裝置17將葉片開度β打開至最小葉片開度βmin(步驟70、72)。在該狀態(tài)下，使用入口導(dǎo)流葉片進(jìn)行流量控制是不可能，因此，移至所謂排氣運(yùn)行。
在步驟60的入口導(dǎo)流葉片開度判定中，如果判斷葉片開度檢測(cè)裝置15檢測(cè)到的葉片開度β比設(shè)定的最小葉片開度βmin大(β＞βmin)，且在步驟58的排出壓力判定中，如果判斷排出壓力Pd比目標(biāo)壓力低(Pd＜Pt)，則調(diào)整流量，以達(dá)到最佳負(fù)荷運(yùn)行。這里，從目標(biāo)壓力Pt與排出壓力Pd的偏差，將流量偏差換算成葉片開度的偏差量Δβ，計(jì)算下次設(shè)定的葉片開度βn(＝β+Δβ)(步驟62)。將所計(jì)算的葉片開度βn與最大葉片開度βmax進(jìn)行比較(步驟64)。
當(dāng)所設(shè)定的葉片開度βn小于最大葉片開度βmax時(shí)，即當(dāng)βn＜βmax時(shí)，比較設(shè)定葉片開度βn與最小葉片開度βmin(步驟66)。當(dāng)設(shè)定葉片開度βn大于最小葉片開度時(shí)，將驅(qū)動(dòng)入口導(dǎo)流葉片僅移動(dòng)偏差開度Δβ而至設(shè)定葉片開度βn的指令，送入葉片驅(qū)動(dòng)裝置17中(步驟68)。
在步驟64中，如果判斷設(shè)定葉片開度βn在最大葉片開度βmax以上(βn≥βmax)，則因?yàn)闊o(wú)法將葉片打開至最大葉片開度以上，所以將設(shè)定葉片開度βn重新設(shè)定為最大葉片開度βmax(βn＝βmax)(步驟74)。同樣，如果在步驟66中判斷為設(shè)定葉片開度βn在最小葉片開度βmin以下，則為了防止喘振，將設(shè)定葉片開度βn重新設(shè)定為最小葉片開度βmin(βn＝βmin)(步驟76)。通過(guò)以上工作，不僅設(shè)定了設(shè)定葉片開度βn，而且用葉片驅(qū)動(dòng)裝置17驅(qū)動(dòng)入口導(dǎo)流葉片2打開至設(shè)定葉片開度βn(步驟68)。之后，回到步驟52為下面的測(cè)定做準(zhǔn)備。
在步驟56中，如果判斷排氣閥10未全閉，則因?yàn)橐呀?jīng)進(jìn)入排氣運(yùn)行狀態(tài)(步驟86)，所以調(diào)整排氣量來(lái)進(jìn)行流量調(diào)節(jié)。該排氣運(yùn)行中的控制順序如圖6所示。從排出壓力Pd與目標(biāo)壓力Pt來(lái)計(jì)算排氣閥的偏差開度Δα與下次設(shè)定排氣閥開度αn(步驟100)。將計(jì)算出的設(shè)定排氣閥開度αn與最大排氣閥開度αmax進(jìn)行比較(步驟102)。當(dāng)設(shè)定排氣閥開度αn小于最大排氣閥開度αmax(αn＜αmax)時(shí)，將設(shè)定排氣閥開度αn與作為最小排氣閥開度的全閉角度αmin進(jìn)行比較(步驟104)。若設(shè)定排氣閥開度αn在全閉角度αmin以下(αn≤αmin)，則意味著排氣運(yùn)行結(jié)束，因此，將設(shè)定排氣閥開度αn重新設(shè)定為全閉角度αmin(步驟106)。
一旦決定設(shè)定排氣閥開度αn后，則將排氣閥驅(qū)動(dòng)指令信號(hào)26送入排氣閥驅(qū)動(dòng)裝置21中，驅(qū)動(dòng)排氣閥10打開至設(shè)定排氣閥開度αn(步驟108)?；氐讲襟E52進(jìn)行下面的測(cè)定。這里，若在步驟102中設(shè)定排氣閥開度αn在最大排氣閥開度αmax以上(αn≥αmax)，則為了防止喘振，將設(shè)定排氣閥開度αn設(shè)定為最大排氣閥開度αmax。與此同時(shí)，將入口導(dǎo)流葉片全閉(步驟110)，并移至無(wú)負(fù)荷運(yùn)行(步驟112)。在無(wú)負(fù)荷運(yùn)行中，時(shí)常檢測(cè)排出壓力Pd(步驟114)。如果確認(rèn)排出壓力Pd僅比目標(biāo)壓力Pt小既定值ΔP，則將入口導(dǎo)流葉片開度β打開至最小葉片開度βmin(步驟114)。之后，返回步驟100，再開始排氣運(yùn)行。在步驟114中，當(dāng)經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間后排出壓力Pd仍無(wú)法降至目標(biāo)壓力Pt僅減去既定值ΔP后的值以下(Pd≥Pt-ΔP)時(shí)，停止壓縮機(jī)運(yùn)行(步驟118)。
但是，如果在步驟52中檢測(cè)到喘振的發(fā)生，則為了脫離喘振而打開入口導(dǎo)流葉片。在這個(gè)時(shí)候的入口導(dǎo)流葉片2的開度變更量，在步驟78計(jì)算。在步驟78中，使用對(duì)應(yīng)吸入溫度或吸入壓力而預(yù)先設(shè)定的公式或數(shù)據(jù)表來(lái)計(jì)算葉片開度的最小修正量Δβmin。而且，該變更量也可以設(shè)定為如1度那樣的規(guī)定值(一定值)。由于求出了葉片開度修正量Δβmin，所以在步驟80中更新最小葉片開度βmin(＝β+Δβmin)。為了避免喘振，打開入口導(dǎo)流葉片2至更新后的最小葉片開度βmin，由于該部分的壓縮機(jī)吸入流量增大，所以，僅僅進(jìn)行增大的流量部分的排氣運(yùn)行(步驟82)。該量通過(guò)排氣閥10的開度僅打開規(guī)定值來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)檢測(cè)到喘振時(shí)，情況緊急，從步驟52、78至82幾乎同時(shí)執(zhí)行。而且，與步驟82同時(shí)或在步驟82結(jié)束后，進(jìn)行有關(guān)最小葉片開度βmin的更新(步驟84)。
在步驟86中，當(dāng)判斷排氣閥開度αn等于最大排氣閥開度αmax、即全開狀態(tài)時(shí)，因負(fù)荷量小，所以在規(guī)定時(shí)間內(nèi)保持該狀態(tài)，在這期間，繼續(xù)比較排出壓力Pd與目標(biāo)壓力Pt(步驟100)。在經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間后，如果判定排出壓力Pd仍在目標(biāo)壓力Pt以上，則停止壓縮機(jī)運(yùn)行(步驟102)。而且，如果判定排出壓力Pd小于目標(biāo)壓力Pt，則為了再開始排氣運(yùn)行而移至步驟88。
下面，說(shuō)明最小葉片開度βmin的設(shè)定。
作為目標(biāo)壓力Pt，選擇有設(shè)定可能性的值。當(dāng)這樣的值有k個(gè)時(shí)，從值低的開始順次定為Pt(1)～Pt(k)。在使用壓縮機(jī)的環(huán)境中，決定吸入溫度Ts所取最小值Ts(min)與最大值Ts(max)。將吸入溫度的最小值Ts(min)與最大值Ts(max)之間，分割為m個(gè)離散值Ts(1)、Ts(2)、...、Ts(m)。將按k個(gè)被決定的目標(biāo)壓力Pt(i)(i＝1、2、...、k)的每一個(gè)值的吸入溫度Ts(j)(j＝1、2、...、m)與最小葉片開度βmin(i，j)的關(guān)系、預(yù)先儲(chǔ)存在上位控制裝置40或調(diào)節(jié)裝置27中配置的數(shù)據(jù)庫(kù)中。而且，對(duì)于在該數(shù)據(jù)庫(kù)中所儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，將標(biāo)準(zhǔn)吸入壓力Ps0作為吸入壓力使用。因此，所儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)是具有k×m個(gè)數(shù)據(jù)的矩陣數(shù)據(jù)。
最小葉片開度βmin如下所示算出。吸入溫度Ts與Pt1=Pt(Pt+Pa)/(Ps0+Pa)(Pt+Pa1)/(Ps+Pa1)]]>吸入壓力Ps的值作為信號(hào)接受后，利用吸入壓力Ps由下式來(lái)修正目標(biāo)壓力Pt。如果流量與排出壓力的特性(Qs-Pd特性)相同，則利用相似的性質(zhì)，修正目標(biāo)壓力Pt。
這里，Pt1是修正后的目標(biāo)壓力，僅在計(jì)算最小入口導(dǎo)流葉片開度βmin時(shí)使用。而且，Pa是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的大氣壓，Pa1是檢測(cè)吸入狀態(tài)時(shí)的大氣壓。由于已經(jīng)求出修正后的目標(biāo)壓力Pt1與吸入溫度Ts，所以利用上述數(shù)據(jù)庫(kù)，采用內(nèi)插法計(jì)算最小葉片開度βmin。但是，當(dāng)修正后的目標(biāo)壓力Pt1在設(shè)定目標(biāo)壓力Pt(1)～Pt(k)的范圍以外時(shí)，通過(guò)外插計(jì)算最小葉片開度βmin。
以下說(shuō)明發(fā)生喘振時(shí)變更最小葉片開度的方法。從喘振發(fā)生時(shí)的吸入壓力Ps及目標(biāo)壓力Pt求目標(biāo)壓力修正值Pt1。如果將吸入溫度Ts與修正目標(biāo)壓力Pt1時(shí)的最小葉片開度設(shè)為βmin，則變更數(shù)據(jù)庫(kù)，使得βmin1＝βmin+Δβmin。如上所述，Δβmin可從吸入溫度Ts與吸入壓力Ps等測(cè)定值、用式或數(shù)據(jù)表求出。而且也可作為規(guī)定值(一定值)給出。βmin可通過(guò)內(nèi)插法用周邊的βmin(i，j)值導(dǎo)出，所以如果插補(bǔ)方法是線性的話，則可將插補(bǔ)時(shí)用到的最小葉片開度數(shù)據(jù)βmin(i，j)設(shè)為βmin(i，j)+Δβmin來(lái)進(jìn)行最小葉片開度的更新。在進(jìn)行這樣的修正后，假設(shè)即使吸入溫度Ts和修正目標(biāo)壓力Pt1與以前喘振發(fā)生時(shí)的值相同，也保證了最小葉片開度βmin不會(huì)變至喘振線規(guī)定的葉片開度以下。
根據(jù)以上所述的本發(fā)明，僅檢測(cè)被渦輪式壓縮機(jī)吸入的工作氣體的吸入溫度與吸入壓力就能在較寬的范圍內(nèi)避免壓縮機(jī)的喘振。另外，能使渦輪式壓縮機(jī)穩(wěn)定工作。不僅如此，本實(shí)施實(shí)例中雖然是基于吸入溫度的變化來(lái)進(jìn)行最小葉片角度設(shè)定，但基于吸入壓力的變化也可按照如上所述的方法進(jìn)行同樣設(shè)定。
權(quán)利要求
1.一種渦輪式壓縮機(jī)，其特征在于具有葉片角度可變的入口導(dǎo)流葉片及排氣閥，具有吸入狀態(tài)檢測(cè)裝置和控制裝置；所述吸入狀態(tài)檢測(cè)裝置，檢測(cè)被該渦輪式壓縮機(jī)吸入的工作氣體的吸入溫度與吸入壓力中的至少一個(gè)；所述控制裝置，具有與吸入狀態(tài)對(duì)應(yīng)的、有關(guān)上述入口導(dǎo)流葉片最小角度的數(shù)據(jù)庫(kù)。
2.一種渦輪式壓縮機(jī)，其特征在于具有葉片角度可變的入口導(dǎo)流葉片、渦輪式壓縮機(jī)本體、檢測(cè)渦輪式壓縮機(jī)排出壓力的排出壓力檢測(cè)裝置、位于比該排出壓力檢測(cè)裝置靠近渦輪式壓縮機(jī)本體側(cè)的止回閥、排出被渦輪式壓縮機(jī)壓縮的氣體的排氣閥、位于上述入口導(dǎo)流葉片上游側(cè)并檢測(cè)被該渦輪式壓縮機(jī)吸入的工作氣體的吸入溫度和吸入壓力中的至少一個(gè)的吸入狀態(tài)檢測(cè)裝置、控制上述入口導(dǎo)流葉片角度及上述排氣閥開閉的調(diào)節(jié)裝置；在上述止回閥與上述渦輪式壓縮機(jī)本體之間設(shè)置有喘振檢測(cè)裝置，在上述調(diào)節(jié)裝置中設(shè)置有記述對(duì)應(yīng)上述吸入條件和目標(biāo)壓力的最小入口導(dǎo)流葉片角度關(guān)系的數(shù)據(jù)庫(kù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪式壓縮機(jī)，其特征在于上述調(diào)節(jié)裝置，在喘振檢測(cè)裝置檢測(cè)到喘振時(shí)，更新上述數(shù)據(jù)庫(kù)的最小入口導(dǎo)流葉片角度數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的渦輪式壓縮機(jī)，其特征在于還具有控制上述調(diào)節(jié)裝置的上位控制裝置。
5.一種渦輪式壓縮機(jī)的運(yùn)行方法，其特征在于使用入口導(dǎo)流葉片和排氣閥控制渦輪式壓縮機(jī)的排出壓力；基于在入口導(dǎo)流葉片上游側(cè)設(shè)置的溫度檢測(cè)裝置或壓力檢測(cè)裝置所檢測(cè)到的檢測(cè)值，參照在該壓縮機(jī)上所具有的調(diào)節(jié)裝置中預(yù)先儲(chǔ)存的最小入口導(dǎo)流葉片角度數(shù)據(jù)，求出該檢測(cè)值處的最小入口導(dǎo)流葉片角度，葉片驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)上述入口導(dǎo)流葉片達(dá)到該最小角度以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的渦輪式壓縮機(jī)運(yùn)行方法，其特征在于在渦輪式壓縮機(jī)中出現(xiàn)喘振時(shí)，僅以規(guī)定的量打開入口導(dǎo)流葉片，并更新上述入口導(dǎo)流葉片角度數(shù)據(jù)庫(kù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的渦輪式壓縮機(jī)運(yùn)行方法，其特征在于預(yù)先將對(duì)應(yīng)吸入流量的壓縮機(jī)的排出壓力特性儲(chǔ)存在調(diào)節(jié)裝置中，吸入流量變化后根據(jù)該特性求出的入口導(dǎo)流葉片角度，如果小于最小入口導(dǎo)流葉片角度，則將入口導(dǎo)流葉片設(shè)定為最小入口導(dǎo)流葉片角度，并且打開排氣閥。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的渦輪式壓縮機(jī)運(yùn)行方法，其特征在于在排出壓力高于目標(biāo)排出壓力時(shí)，求出葉片角度偏差量，若加上該偏差量后的葉片角度在最小入口導(dǎo)流葉片角度以下，則將入口導(dǎo)流葉片設(shè)定為最小入口導(dǎo)流葉片角度，并且僅以規(guī)定量打開排氣閥。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的渦輪式壓縮機(jī)運(yùn)行方法，其特征在于在排出壓力高于目標(biāo)排出壓力、使排氣閥全開時(shí)，將入口導(dǎo)流葉片全閉并移至無(wú)負(fù)荷運(yùn)行，若該狀態(tài)持續(xù)規(guī)定時(shí)間，則停止壓縮機(jī)的運(yùn)行。
全文摘要
一種發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的渦輪式壓縮機(jī)，包括入口導(dǎo)流葉片(2)及排氣閥(10)，由于具有對(duì)應(yīng)被壓縮機(jī)所吸入的工作氣體的溫度和壓力的、有關(guān)入口導(dǎo)流葉片最小角度的數(shù)據(jù)庫(kù)，因此能夠確保不發(fā)生喘振和較寬的工作范圍。
文檔編號(hào)F04D27/02GK1650105SQ02829440
公開日2005年8月3日 申請(qǐng)日期2002年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月12日
發(fā)明者小谷晃士, 武田和夫, 三浦治雄 申請(qǐng)人:日立產(chǎn)業(yè)有限公司