一种轴流压缩机喘振实验自动测试方法与流程

1.本发明涉及轴流压缩机的防喘振控制技术领域，具体涉及一种轴流压缩机喘振实验自动测试方法。


背景技术：

2.轴流压缩机是高炉炼铁生产的关键动力设备，为保证轴流压缩机的安全稳定运行，其控制系统中必须配备防喘振控制保护功能，以实现轴流压缩机在应对高炉瞬息万变的炉况时，同时兼顾高炉持续生产、压缩机组安全、节能降耗的需求。而防喘振控制保护功能的基础则源于轴流压缩机的性能曲线，它是以轴流压缩机的喉部差压为横坐标、排气压力为纵坐标绘制的一条曲线，称为喘振线。当轴流压缩机的工作点在喘振线下方区域时，机组安全；当工作点在喘振线上方区域时，机组会发生喘振现象，严重时会造成机组损坏。所以，防喘振控制保护功能中通常在喘振线的下方设置多条保护线来提前保护机组。由此可见，这条轴流压缩机的性能曲线的确定尤为重要。
3.但是，轴流压缩机的实际性能与理论计算的性能往往存在差异，不能直接将理论性能数据直接运用到性能曲线的绘制中。因此，通常须在现场通过喘振实验的方式，人工重新测定轴流压缩机实际的性能曲线。而且随着使用年限的增长或者机组的改造，轴流压缩机性能会发生变化，也需要重新测定实际性能曲线。因此喘振实验是轴流压缩机投运前和长期使用中不可避免的一项工作。
4.因为喘振实验属于破坏性实验，所以要求实验过程要平稳、每个实验点尽量一次成功、实验采集的喘振点数据要准确、机组喘振瞬间要能立即放风，这对实验人员的心理素质和技术水平要求很高。现有技术主要采用工作人员手动控制，其操作复杂，人工劳动强度大，因此，开发一种轴流压缩机喘振实验自动测试系统，既能满足实验数据的准确采集，也能满足喘振瞬间快速放风的要求，还能减轻实验人员的身心压力和劳动强度。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种轴流压缩机喘振实验自动测试方法。
6.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种轴流压缩机喘振实验自动测试方法，包括以下步骤：
7.s1：在自动测试系统中预设轴流压缩机静叶的实验角度及其对应的排气压力的过程数据和预测喘振压力；
8.s2：随后在自动测试系统中解除轴流压缩机相关联锁保护逻辑，按照喘振实验方案自动调整轴流压缩机静叶角度和防喘阀开度；
9.s3：通过自动测试系统实时采集轴流压缩机的喉部差压、排气压力、轴系振动、入口温度、排气温度、主电机电流的相关数据；
10.s4：通过自动测试系统将s3中采集的数据进行运算，并判断是否达到喘振状态和快速保护动作，或实现排气压力达到预测喘振压力后自动泄压；
11.s5：记录s4中轴流压缩机发生实际喘振的时刻或到达预测喘振压力的喉部差压、排气压力、压缩机入口温度、压缩机排气温度、主电机电流的相关数据，并显示到喘振实测数据表格内。
12.进一步地，步骤s1中每个静叶角度通过防喘阀的逐步关闭来进行憋压，并记录在憋压过程中达到每个排气压力过程数据时对应的喉部差压、排气压力、压缩机入口温度、压缩机排气温度、主电机电流的相关数据，如此循环直到达到预测喘振压力或发生实际喘振。
13.进一步地，步骤s2中，首先确定实验点，然后点击实验开始按钮，实验开始后，自动测试系统自动提高轴流压缩机当前的喘振性能曲线和其他保护线，自动解除轴流压缩机轴系振动、位移联锁停机保护，锁定轴流压缩机送风管道上的止回阀，然后按照喘振实验方案自动逐步调整轴流压缩机静叶角度至相应实验角度，当静叶角度达到后，自动逐步关闭防喘阀进行憋压操作，每到达一个排气压力过程数据点时，自动暂停1分钟，等待实验人员手写记录此时对应的喉部差压、排气压力、压缩机入口温度、压缩机排气温度、主电机电流等相关数据，等待一分钟后，继续自动逐步关闭防喘阀进行憋压操作，如此循环。
14.进一步地，步骤s3中进行相关数据采集时，通过各类变送仪表进行数据的实时采集并传递至自动测试系统中，并以自动测试系统的循环扫描程序实时计算轴流压缩机的喉部差压和排气压力的变化率。
15.进一步地，自动测试系统通过循环扫描程序，计算本扫描周期采集的喉部差压与上一个扫描周期采集记录的喉部差压之间的变化率，以及计算本扫描周期采集的排气压力与上一个扫描周期采集记录的排气压力之间的变化率，每个循环扫描周期产生两个变化率结果。
16.进一步地，步骤s4中通过喉部差压的变化率、排气压力的变化率以及轴系振动采集值的组合数据，来判断轴流压缩机是否发生喘振。
17.进一步地，步骤s4中判断是否达到喘振状态和快速保护动作时，包括以下步骤：
18.s4.1：单独判断喉部差压的变化率是否大于设定值，若条件成立则立即执行快速的保护动作；
19.s4.2：判断喉部差压的变化率是否大于设定值且同时判断轴系振动采集值是否大于停机设定值，若条件成立则立即执行快速的保护动作；
20.s4.3：判断喉部差压的变化率是否大于设定值且同时判断排气压力的变化率是否大于设定值，若条件成立则立即执行快速的保护动作。
21.进一步地，步骤s5中采用记录前10个循环扫描周期内的最大值，作为实验测得的喘振数据，显示在表格中。
22.本发明具有以下有益效果：本发明所提供的一种轴流压缩机喘振实验自动测试方法，其操作便捷，使用性能好，全程自动化作业，不再采取从轴流压缩机排气管道外接压力表及实验人员手拍按钮的方式来实验，不再依赖实验人员的技术和经验。本技术中，实验人员选定实验测点后，整个实验过程自动进行，自动测试系统自动完成平稳的憋压过程，并且在机组喘振瞬间能立即放风泄压，反应速度快于人工判断，从而缩短了喘振现象的持续时间，更能保护机组安全，并能极大的减轻劳动强度。
附图说明
23.图1为本发明测试方法流程图；
24.图2为本发明实施例一个喘振实验后按照实验数据绘制的实测喘振线，(aml)和两条保护线快速放风线(qrl)和能效控制线(ecl)的线条图。
具体实施方式
25.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
26.如图1所示，一种轴流压缩机喘振实验自动测试方法，基于自动测试系统进行测试，其中自动测试系统包括控制器和上位机，控制器采用西门子s7-400h系列控制器+et200m的i/o控制子站架构，上位机画面显示软件采用wincc。s7-400h系列控制器+et200m的i/o控制子站架构具备高速运算性能，可使用户程序的扫描周期达到毫秒级，特别是针对轴流压缩机喘振发生时的那1秒钟左右的时间，其快速的数据采集和处理性能满足自动测试系统的需求。上位机画面显示软件wincc作为人机接口软件，主要实现轴流压缩机的各项操作以及数据的显示和记录。
27.在进行测试操作时，主要包括以下步骤：
28.s1：在自动测试系统中预设轴流压缩机静叶的实验角度及其对应的排气压力的过程数据和预测喘振压力。
29.该步骤s1中喘振实验一般要求在轴流压缩机4个至6个静叶角度条件下进行实验，每个静叶角度通过防喘阀的逐步关闭来进行憋压，并记录在憋压过程中达到每个排气压力过程数据时对应的喉部差压、排气压力、压缩机入口温度、压缩机排气温度、主电机电流的相关数据，如此循环直到达到预测喘振压力或发生实际喘振。
30.为了尽量减少喘振实验对机组可能造成伤害，喘振实验方案一般有两种要求。一种要求是一直憋压直到轴流压缩机发生实际喘振；另一种要求是只憋压到满足用户最大使用工况时的排气压力，即预测喘振压力，而不发生喘振。
31.s2：随后在自动测试系统中解除轴流压缩机相关联锁保护逻辑，按照喘振实验方案自动调整轴流压缩机静叶角度和防喘阀开度。
32.步骤s2中，首先确定实验点，然后点击实验开始按钮，实验开始后，自动测试系统自动提高轴流压缩机当前的喘振性能曲线和其他保护线，自动解除轴流压缩机轴系振动、位移联锁停机保护，锁定轴流压缩机送风管道上的止回阀，然后按照喘振实验方案自动逐步调整轴流压缩机静叶角度至相应实验角度，当静叶角度达到后，自动逐步关闭防喘阀进行憋压操作，每到达一个排气压力过程数据点时，自动暂停1分钟，等待实验人员手写记录此时对应的喉部差压、排气压力、压缩机入口温度、压缩机排气温度、主电机电流等相关数据，等待一分钟后，继续自动逐步关闭防喘阀进行憋压操作，如此循环。
33.此外，在该步骤中，自动测试系统自动修改原保护程序，增大原喘振性能曲线的设定值及其他保护线的设定值，使上位机wincc画面上看到的喘振性能曲线和其他保护线上移达到画面顶部，再将轴流压缩机轴系振动、位移的联锁按钮选择为“切除”，避免轴流压缩机由于振动或位移过大原因导致停机。随后向轴流压缩机送风管道上的止回阀发出强制关闭信号，防止实验的憋压过程将高压气体泄漏到送风管道中，影响下游工艺。以上一系列的
操作，目的是防止在实验过程中受到工艺设备或者逻辑程序原因的干扰。
34.s3：通过自动测试系统实时采集轴流压缩机的喉部差压、排气压力、轴系振动、入口温度、排气温度、主电机电流的相关数据；
35.步骤s3中进行相关数据采集时，通过各类变送仪表进行数据的实时采集并传递至自动测试系统中，并以自动测试系统的循环扫描程序实时计算轴流压缩机的喉部差压和排气压力的变化率。自动测试系统实时采集以上数据，采集周期为毫秒级。
36.自动测试系统自动测试系统通过极短时间的循环扫描程序，计算本扫描周期采集的喉部差压与上一个扫描周期采集记录的喉部差压之间的变化率，以及计算本扫描周期采集的排气压力与上一个扫描周期采集记录的排气压力之间的变化率，每个循环扫描周期产生两个变化率结果。极短时间可以设置为50毫秒、100毫秒、150毫秒、200毫秒、250毫秒、300毫秒、350毫秒、400毫秒、450毫秒、500毫秒。
37.s4：通过自动测试系统将s3中采集的数据进行运算，并判断是否达到喘振状态和快速保护动作；或实现排气压力达到预测喘振压力后自动泄压；
38.步骤s4中通过喉部差压的变化率、排气压力的变化率以及轴系振动采集值的组合数据，来判断轴流压缩机是否发生喘振。若发生喘振，自动测试系统则立即执行快速的保护动作，保证轴流压缩机的安全，本次实验成功。针对只憋压到预测喘振压力的要求下，自动测试系统在轴流压缩机的排气压力达到预测喘振压力之前，持续判断轴流压缩机是否发生喘振，当达到预测喘振压力时且机组没有发生喘振，自动测试系统自动逐步打开防喘阀进行泄压，本次实验成功。
39.具体的，该组合数据形式有三种，具体为：
40.s4.1：单独判断喉部差压的变化率是否大于设定值，若条件成立则立即执行快速的保护动作；
41.s4.2：判断喉部差压的变化率是否大于设定值且同时判断轴系振动采集值是否大于停机设定值，若条件成立则立即执行快速的保护动作；
42.s4.3：判断喉部差压的变化率是否大于设定值且同时判断排气压力的变化率是否大于设定值，若条件成立则立即执行快速的保护动作。
43.快速的保护动作包括立即全开轴流压缩机的防喘阀，全关轴流压缩机的静叶，以达到快速泄压的效果，避免机组喘振。
44.上述第一种组合形式(即s4.1)须同时判断下列四个条件：喉部差压的变化率大于0.1；喉部差压的变化率大于0.2；喉部差压的变化率大于0.3；喉部差压的变化率大于0.4，任意一个条件满足即可。
45.上述第一种组合形式(即s4.2)须同时判断下列四个条件：喉部差压的变化率大于0.1且轴系振动采集值中任意一个振动值大于停机设定值100um；喉部差压的变化率大于0.2且轴系振动采集值中任意一个振动值大于停机设定值100um；喉部差压的变化率大于0.3且轴系振动采集值中任意一个振动值大于停机设定值100um；喉部差压的变化率大于0.4且轴系振动采集值中任意一个振动值大于停机设定值100um，任意一个条件满足即可。
46.上述第一种组合形式(即s4.3)须同时判断下列四个条件：喉部差压的变化率大于0.2且排气压力的变化率大于0.5；喉部差压的变化率大于0.2且排气压力的变化率大于1.0；喉部差压的变化率大于0.2且排气压力的变化率大于2.0，任意一个条件满足即可。
47.s5：记录s4中轴流压缩机发生实际喘振的时刻或到达预测喘振压力的喉部差压、排气压力、压缩机入口温度、压缩机排气温度、主电机电流的相关数据，并显示到喘振实测数据表格内。
48.因轴流压缩机发生实际喘振的时刻，除压缩机入口温度、压缩机排气温度以外，喉部差压、排气压力、主电机电流三个数据会迅速发生变化，因此自动测试系统不能直接记录此刻的数值作为实验测得的数据，而是采用记录前10个循环扫描周期内的最大值，作为实验测得的喘振数据。
49.在实验数据基础上，在西门子s7-400h系列plc自动控制系统的wincc人机界面上绘制出了实测喘振线(aml)，经过简单的比例计算，再绘制出了快速放风线(qrl)和能效控制线(ecl)如图2所示。图2中最上方的线为实测喘振线(aml)，中间的一条线为快速放风线(qrl)，最下方的一条线为能效控制线(ecl)。
50.在一个具体的喘振实验中，记录到如下表所列的实验数据。喘振实验记录的实验数据如下表：
51.参数单位12345静叶角度度3540455055喉部差压kpa7.288.7710.4312.4614.04排气压力kpa480.1511.3540.7566.3593.6入口温度℃25.225.424.924.324.9排气温度℃251.1256.4264.8269.5275.5电机电流a975.81095.312001333.91485.8附注 已喘已喘已喘未喘未喘
52.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种轴流压缩机喘振实验自动测试方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：在自动测试系统中预设轴流压缩机静叶的实验角度及其对应的排气压力的过程数据和预测喘振压力；s2：随后在自动测试系统中解除轴流压缩机相关联锁保护逻辑，按照喘振实验方案自动调整轴流压缩机静叶角度和防喘阀开度；s3：通过自动测试系统实时采集轴流压缩机的喉部差压、排气压力、轴系振动、入口温度、排气温度、主电机电流的相关数据；s4：通过自动测试系统将s3中采集的数据进行运算，并判断是否达到喘振状态和快速保护动作，或实现排气压力达到预测喘振压力后自动泄压；s5：记录s4中轴流压缩机发生实际喘振的时刻或到达预测喘振压力的喉部差压、排气压力、压缩机入口温度、压缩机排气温度、主电机电流的相关数据，并显示到喘振实测数据表格内。2.根据权利要求1所述的轴流压缩机喘振实验自动测试方法，其特征在于，步骤s1中每个静叶角度通过防喘阀的逐步关闭来进行憋压，并记录在憋压过程中达到每个排气压力过程数据时对应的喉部差压、排气压力、压缩机入口温度、压缩机排气温度、主电机电流的相关数据，如此循环直到达到预测喘振压力或发生实际喘振。3.根据权利要求1所述的轴流压缩机喘振实验自动测试方法，其特征在于，步骤s2中，首先确定实验点，然后点击实验开始按钮，实验开始后，自动测试系统自动提高轴流压缩机当前的喘振性能曲线和其他保护线，自动解除轴流压缩机轴系振动、位移联锁停机保护，锁定轴流压缩机送风管道上的止回阀，然后按照喘振实验方案自动逐步调整轴流压缩机静叶角度至相应实验角度，当静叶角度达到后，自动逐步关闭防喘阀进行憋压操作，每到达一个排气压力过程数据点时，自动暂停1分钟，等待实验人员手写记录此时对应的喉部差压、排气压力、压缩机入口温度、压缩机排气温度、主电机电流等相关数据，等待一分钟后，继续自动逐步关闭防喘阀进行憋压操作，如此循环。4.根据权利要求1所述的轴流压缩机喘振实验自动测试方法，其特征在于，步骤s3中进行相关数据采集时，通过各类变送仪表进行数据的实时采集并传递至自动测试系统中，并以自动测试系统的循环扫描程序实时计算轴流压缩机的喉部差压和排气压力的变化率。5.根据权利要求4所述的轴流压缩机喘振实验自动测试方法，其特征在于，自动测试系统通过循环扫描程序，计算本扫描周期采集的喉部差压与上一个扫描周期采集记录的喉部差压之间的变化率，以及计算本扫描周期采集的排气压力与上一个扫描周期采集记录的排气压力之间的变化率，每个循环扫描周期产生两个变化率结果。6.根据权利要求1所述的轴流压缩机喘振实验自动测试方法，其特征在于，步骤s4中通过喉部差压的变化率、排气压力的变化率以及轴系振动采集值的组合数据，来判断轴流压缩机是否发生喘振。7.根据权利要求6所述的轴流压缩机喘振实验自动测试方法，其特征在于，步骤s4中判断是否达到喘振状态和快速保护动作时，包括以下步骤：s4.1：单独判断喉部差压的变化率是否大于设定值，若条件成立则立即执行快速的保护动作；s4.2：判断喉部差压的变化率是否大于设定值且同时判断轴系振动采集值是否大于停
机设定值，若条件成立则立即执行快速的保护动作；s4.3：判断喉部差压的变化率是否大于设定值且同时判断排气压力的变化率是否大于设定值，若条件成立则立即执行快速的保护动作。8.根据权利要求1所述的轴流压缩机喘振实验自动测试方法，其特征在于，步骤s5中采用记录前10个循环扫描周期内的最大值，作为实验测得的喘振数据，显示在表格中。

技术总结
本发明公开了一种轴流压缩机喘振实验自动测试方法，包括以下步骤：首先在自动测试系统中预设轴流压缩机静叶的实验角度及其对应的排气压力的过程数据和预测喘振压力；随后在自动测试系统中解除轴流压缩机相关联锁保护逻辑，按照喘振实验方案调整轴流压缩机静叶角度和防喘阀开度；再通过自动测试系统实时采集轴流压缩机的相关数据；随后通过自动测试系统将采集的数据进行运算，并判断是否达到喘振状态和快速保护动作；最后记录相关数据，并显示到喘振实测数据表格内。整个实验过程自动完成平稳的憋压过程，并且在机组喘振瞬间能立即放风泄压，缩短了喘振现象的持续时间，减轻劳动强度。强度。强度。


技术研发人员：魏原珂 肖臻 曹宇 杜涛
受保护的技术使用者：成都成发科能动力工程有限公司
技术研发日：2023.05.23
技术公布日：2023/8/1