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1、轴流压缩风机TURBOLOG 防喘振控制 系统的理解和认识(热电厂锅炉车间-谢其湘) Understanding and Knowing About Guide Vane Controlled Completely Blowers TURBOLOG Anti-surge Control System Xieqixiang1摘 要 v轴流压缩风机TURBOLOG防喘振控制系统的工作原 理 (Working principle )v轴流压缩风机TURBOLOG防喘振控制系统的功能特 点 (function and feature )v轴流压缩风机TURBOLOG防喘振控制系统的改进建 议 (sug
2、gestion improved )2目 录1、概 述 2、防喘振控制原理及其性能曲线描述 3、手动调节功能 4、出口卸压功能 5、最低负荷开机和停机的功能 6、快开慢关功能 7、自学习喘振控制 8、防喘振冗余控制 9、逆流保护监控（喘振的升级） 10、改进建议 11、结 论3概 述一、喘振是透平压缩机械的一种固有特性。二、喘振的机理：图(1-1) 轴流压缩风机特性曲线是轴流压缩风机的特性曲线，其中 曲线(1)、(2)为管网阻力线，当静叶开度为nX时，与特性曲线nX 的交点A就是压缩机此时的稳定工况点。如果静叶角度nX不变，而管 网阻力增加，则工况点会沿曲线nX上移，当超过某点B点，就会发现
3、压缩机排出流量和排出压力出现紊乱，发出如同哮喘病人“喘气”般 的响声，机器发生振动，所以形象地称为“喘振”。B点称为临界喘振 点。显然，在不同的静叶角度下重复上述过程，都存在这样一个临界 喘振点。将所有喘振点联起来形成的曲线，称为喘振线，喘振线以上 的区域为“喘振区”（不稳定区）。压缩风机只能在喘振线以下的区 域（稳定区）运行。4图(1-1) 轴流压缩风机特性曲线n1ABB/B/（2）管网压力（1）管网压力n0n2n3B/排出流量静叶开度S（3）管网压力排出压力（5）管网压力（4）管网压力5三、喘振形成原因的简要说明：1、在风机的转子和叶片承缸上嵌套着很多叶片，比如：在类似如 图（1-2）风机
4、结构图中，图示给出了风机动叶片、静叶片的外部结构 形状。2、风机送风压力和送风温度的形成说明：如图（1-9）风机工艺流程图所示。当自然气体流经风机高速旋转 的动叶时，气体流经弯曲、扩张、流线形的通道，其速度减小，静压 提高，气体在动叶的推动下运动，动叶将机械能转变为气体的压力能 和动能，从而提高了气体的压力和速度。在能量转变过程中有少部分 机械能通过其它损失方式转变为热能，故压缩过程中气体温度会逐渐 提高。气流流经静叶时，一方面将部分动能进一步转化为压力能，起 到扩压作用，另一方面将气体以一定速度和方向引入下一级动叶，通 过一级气体的压力提高了。 这样，气体沿轴向方向移动，通过多个级 的串联工
5、作达到所需要的压力和温度。 3、在进气量过小时，在叶片凸面侧将出现气流分离现象，当气流 分离现象严重时，造成压缩机排出压力降低，如果管网容量较大，压6力较高，则管网压力大于排出压力，使压缩机排出流量更加减小，加 剧气流分离现象，连锁反应的结果，会使压缩机排出流量为零，甚至 为负(管网向压缩机倒流)，但管网压力也不是维持不变的，随着管网 向工艺管线排气，它的压力也在下降，当下降到低于压缩机排出压力 时（因压缩机仍在旋转，产生压力），压缩机又会向管网排气，使管 网压力回升，如果管网阻力线不变，仍是曲线2），则又会周而复始地 重复上述循环、形成气流的忽大忽进忽出的“喘振”。四、喘振的通常的表现和它的
6、危害性介绍：喘振通常表现为：快速的流量振荡，快速的压力振荡，而造成对 风机流量和压力的极不稳定。由于一般情况下，同时伴随有反向的轴 向推力与反向流动，从而造成间隙改变。从而使风机的效率降低，风 机的寿命缩短，对风机造成严重危害。7五、目前国内外防喘振控制系统及特点简要介绍：德国GHH 公司的TURBOLOG ASC控制系统、Trisen公司的T3010控 制系统等等。这些控制系统可靠性强，执行速度快，执行时间短，防 喘振控制系统执行时间可达到0.4ms，甚至0.4ms以下，对服务于冶金行业中供高炉炼铁所用热风尤其适合。 热电厂4#风机（AV71-15型 ） 轴流压缩风机选用德国GHH公司TUB
7、OLOG ASC防喘控制系统,投运后其工 作性能稳定，调节精度高，确保了高炉对风量、风压需求，提高了高 炉的利用系数。六、以下是对该系统在调试和运行过程中对TURBOLOG防喘控制系统的 理解及建议。8图（1-2）风机结构图9防喘振控制原理及其性能曲线描述 一、发生喘振瞬间的参数变化情况：管网压力急剧上升，风机排出压力小于管网压力，这时风机出口压力急剧上升，风机吸入流量降低很快，且排出 流量也减小很快。此刻，放风门自动打开放空，当排出压力大于管网压力时 ，风机开始有吸入流量、排出流量。如图（1-3）防喘振控制流程简图所示。二、从前面讲到的喘振形成过程可以看出，在一定的排气压力下，防止压缩机流量
8、过小，就能避免喘振。然而，工艺管网的阻力线是一定的，所以在 工厂实际应用中经常采用“机后放空法”来增大压缩机流量。三、防喘振原理描述：设压缩风机实行定吸入流量Fo，当排出压力升高超 过喘振线时（如图（1-4）防喘振原理曲线图中的B点），则自动增大压缩机 的排出流量为FC(静叶开度相应为X3)，工作点移动到了C点，即喘振线以下的 区域。为了保证工艺所需的流量仍为FO，可以将多余的流量FCFO机后放空 。10图（1-3）防喘振控制流程简图PDT ZTBICPTGC风机吸入侧风机放空侧供高炉热风侧风机排出侧风机放风阀（液压式或电动式）三通电磁阀PDT：差压变送器 ZT：位置变送器 PT：压力变送器
9、BIC：防喘调节器 喉部差压静叶开度排出压力主蒸汽入口侧11图（1-4）防喘振原理曲线图n1n2n4(2)(4)(3)(1)(1)、 (2)、 (3)、 (4)为 管网压力曲线。n1 n2 n3为静叶开度 。喘振线BCAFPFOFCn3F=Fco 采用“机后放空”F排出压力升高超过喘振线时，点移动到点排出压力升高超过喘振线时，点移动到点12四、 turbolog防喘振控制系统的理解：在Turbolog anti-surge control system中 ， 内设有一最大值选择器，它将Xd1,Xd2,Xd3比较后把最大值，即最有利于放风 阀开启的控制偏差输至PI控制回路。、Xd1为控制偏差，
10、，为根据生产实际运行点的计算出的所允许的最小喉部差压，为经入口压力、温度修正后的实际喉部差压。目前， 我厂4#风机喉部差压不能低于15mbarg。、Xd2为控制偏差。Xd2为出口限压偏差。我厂4#全静叶可调轴流压缩风 机出口压力设置为P排出5.5bar。、Xd3为控制偏差。 , 为turbolog防喘振控制器的输出信号 。为手动设定值。在风机运行过程中可以通过手动设定放风阀的开度。放风阀将其开度信号反馈到控制器，以便控制器进行运算。 正常运行时，Xd1、Xd2、Xd3都小于0。另外，系统中的非线性放大器VG调整控制增益使其余各自的需求相适应，若运行点在喘振线上或右侧，用设定 的常规控制器增益进
11、行操作，若运行点超过放空线，控制器切换到比当前值大 5倍的增益，这样就可以非常快速及时地纠正偏差。 其防喘振控制框图如图（ 1-5）turbolog防喘振控制框图所示。13风机吸入差压PDT风机吸入风温TE风机吸入风压PT1风机排出风压PT2A/DA/DA/DA/DVh最大值选择器Xd3Xd2 设定压力（5.5bar）D/S手动设定 放风阀开 度（%）Z/R PIXd3风机出口逆止阀电动送风门图（1-5）附公式：放空DYNVGD/A P14五、turbolog防喘振控制系统性能曲线介绍：图（1-6）为压缩机性能曲线。纵坐标为排出压力（ Dis pressure ），横 坐标为喉部压差(Diff
12、erence pressure)。喘振线将性能曲线分成稳定和不 稳定区。机组正常运行时，控制系统控制运行点OP（operation-point）在稳定区 运行，为防止运行点接近喘振线，在喘振线的右侧近似平行地设置了一条防 喘振控制线（ASL）（或称控制线CTL或放空线）。当压缩机运行点在防喘振 控制线（ASL）右侧时，ASC控制系统的输出为电流为20mA-4mA(其对应开度 为0%-100%,在实际的远程监视时，输入电流为4mA-20mA)，防喘振阀打开与其 送入电流对应的角度，输入为20mA时放空阀则完全关闭，不断进行调节以满 足高炉用风的需要。目前热电厂4#风机其排出压力可最高达到432K
13、pa；当压 缩机运行点即将到达防喘振线（ASL）时，防喘振算法设计为打开防喘振阀； 当运行点（OP）缓慢移动时，防喘控制将以PID回路控制防喘振阀），使OP保 持在控制点处。在ASC控制系统中，能对到喘振控制快开线进行开路控制。在其应用软件 中建立了喘振控制快开线（ASQL或安全线safe line）。它在实际的性能曲15线图中并未画出来，它在防喘振控制线的左侧，在喘振控制线SL（surgeline ）的右侧，这对于较大的扰动是很有效的。如果防喘振控制线无法将OP保持 在控制点处，OP仍向左移动，一旦OP到达快开线（ASQL），防喘振控制将由 控制器输出一阶跃信号将防喘振阀到至预定开度，如果管
14、网压力不再上升， 管网工艺压力开始下降到压缩机排气压力时（压缩机仍在旋转，产生压力） ， 此时OP停止向左移动，控制器信号将以指数函数慢慢增大（慢慢关闭阀门） ， 直到进入PID控制。另外，快开线(ASQL)的建立在防喘振控制系统或阀门定位 器故障的情况下也能起到保护机组。 ASC控制系统能对快速扰动进行超前控 制。如果OP快速移动，而回流响应较慢，该控制器采用微分控制测出OP的快 速移动，通过计算，判定OP能否越过喘振控制点，如果移动速度很快，OP有 可能越过喘振控制点，则在OP到达ASL之前，向防喘振阀给出命令，提前将防 喘振阀打开，至于在那一点给出命令，决定于OP移动的速率和防喘振阀的响
15、 应时间。放空线是“动态”的，“动态”是通过DYN功能模块实现，也即喘振线的安 全裕 度是变化的，为运行点变化速率与放空线之间距离的函数，若运行点快速向16放空线移动，则喘振线的安全裕度增加，同时控制系统还设置了另一个新的 动放空线DYNPLUS，不断检测运行点向放空阀迫近的绝对速度，并且把目前运 行点与放空线之间的距离相比较，当检测到运行点与放空线之间达到一最小 距离时就打开放空阀，速度越快，开始打开放空阀的时间就越早。ASC控制系 统除了设有喘振线、防喘振控制线，防喘振控制快开线外，还设有喘振检测 线，它位于喘振线的左边，如果由于变送器信号的漂移，阀门的卡涩或其它 原因造成未能防止喘振，那
16、么控制器将检测到喘振信号：流量迅速下降、压 力的迅速下降或二者同时下降。17图（1-6）风机性能曲线(4#风机)喘振线安全线（快速放空线）控制线（放空线）接近放空报警线排出压力上限为5.5bar（0.55Mpa)5%10%的安全裕量运行点排出压力喉部差压运行区不稳定区喘振线根据:通过喘振试验得出的数据绘制而成,这里只取三个点第一次第一次第二次第二次动态动态18手动调节功能当风机的供风压力偏高或偏低时, 通过手动调节增大或减小 放风阀开度(%),以降低或增高风机的排出压力。其手动输出信号同放风阀开度反馈信号 存在一定的偏差。 19出口卸压功能 为保护机组不超压，控制系统设置了一最高送风压力线如图（1-6 ） 风机性能曲线(4#风机)所示。当测到的出口压力超过PS设定值时，偏 差
