1數(shù)學模型的建立

　　早期的離心式壓縮機配備的性能控制及防喘控制系統(tǒng)都是比較簡單的模擬量控制系統(tǒng)，控制性能不好。一般形式是：為維持壓縮機出口壓力恒定，在出口管線上設有壓力控制調節(jié)器，它在壓縮機工況變化時感測壓縮機管網(wǎng)壓力的變化，通過變送器將該訊號輸送至汽輪機的調速器，以便相應調整機組的轉速。防喘控制系統(tǒng)通常采用單參數(shù)控制系統(tǒng)，防喘回路由流量指示控制器控制旁通閥，當管網(wǎng)流量小于或等于*低流量限時，開啟旁通閥，使部分氣體回流到壓縮機入口管線或者放空，增加通過壓縮機的流量，防止喘振的發(fā)生。該類防喘系統(tǒng)存在兩方面的問題。

　　其一是不經(jīng)濟。因為規(guī)定的*小流量限只有一個，沒有考慮不同轉速下具有不同喘振限流量，從而在防喘控制實行中有部分氣體本不需要回流而進行旁路回流造成能源的浪費。

　　其二，由于控制回路是一簡單的模擬量回路，有許多因素無法考慮，防喘控制質量不好，不能*有效地防喘。

　　針對以上問題，作者參照防喘控制技術的新進展，設計了一數(shù)字直接防喘控制系統(tǒng)，以取代原防喘控制系統(tǒng)。其中包括多個控制回路，較多地考慮了壓縮機運行中可能發(fā)生的因素，從而可以提高防喘的安全可靠性。采用多參數(shù)控制系統(tǒng)可減少能源浪費。與單參數(shù)控制系統(tǒng)比較，節(jié)能效果明顯，并改善了防喘控制品質。所設計的防喘控制系統(tǒng)主要包括：變流量限，工況點移動速率以及快開閥3個基本控制回路。變流量限控制回路是一個增量型PID回路，而工況點移動速率控制回路為微分回路。這是一個包括壓縮機及其驅動機在內的比較復雜的系統(tǒng)，可以簡化為如圖1所示的數(shù)值模型。

　　整個系統(tǒng)可大致分為3部分：

　　（1）壓縮機部分，包括進口和出口氣體容積環(huán)節(jié)；

　?。?）汽輪機部分，包括調速器及放大執(zhí)行機構；

　?。?）防喘回流閥部分，包括防喘控制回路及計算機系統(tǒng)。為調節(jié)壓縮機轉速n，由壓縮機排氣壓力pd訊號與汽輪機調速器相連；為控制防喘回流閥開啟和關閉，由壓縮機排氣流量qc訊號以及有關計算所需的進口和出口壓力p1，pd，溫度T1，Td訊號與計算機相連。針對各個環(huán)節(jié)可推導出相應的方程以便在模擬計算中進行計算。圖中qd和qh分別表示壓縮機的輸氣量即排氣管網(wǎng)流量和回流量；qa為壓縮機進氣流量；X和Z分別為調速器與執(zhí)行機構的位移輸出信號。

　　1.1汽輪機-壓縮機轉子方程

　　1.2調速器方程

　　1.3滑閥油動機方程

　　1.4壓縮機壓縮方程

　　1.5壓縮機特性方程

　　1.6壓縮機出口和進口容積方程

　　1.7進氣管氣體狀態(tài)參數(shù)方程

　　1.8旁通回流閥方程

　　1.9防喘控制方程

　　一般常利用風機定理來推導防喘方程，誤差較大。本文從相似原理出發(fā)，采用以下折合參量整理壓縮機特性線，根據(jù)實際特性線推導防喘控制方程。

　　為克服標準增量型PID控制回路的缺點，采用非標準增量型PID控制回路<3>，如：引入積分分離措施，以避免可能出現(xiàn)的積分飽和現(xiàn)象；又如，在PID調節(jié)器輸出處串聯(lián)一慣性環(huán)節(jié)，變成不完全微分的增量型PID控制回路。

　　2算例

　　以上討論的方程中，變量數(shù)比方程數(shù)多1個。

　　方程求解時，需給定其中一個變量，通常給定壓縮機管網(wǎng)流量的變化，如Xqd，可以解出其他諸變量。

　　在以上方程組中除常微分方程外，還有代數(shù)方程組，本文采用R2K法解常微分方程組，對代數(shù)方程組采用一般代入法計算。

　　作為實例，這里僅針對變流量控制回路進行數(shù)值計算分析。為了獲得壓縮機組的性能控制和防喘數(shù)字控制系統(tǒng)的數(shù)值結果，設定一系列Xqd進行計算，基準工況取壓縮機正常工況，部分計算結果見圖2～4，它們清楚地表明了整個防喘控制系統(tǒng)有關參數(shù)的動態(tài)變化過程。在圖2，3中Xqd的變化尚未達到防護曲線設定值，防喘閥并未開啟，只有當管網(wǎng)流量Xqd（=-30%）減少到超過防護線設定值后（設定值Xqc =-0.24%），防喘旁路閥打開（圖4），使部分流量回流到壓縮機入口（Xqh 6%），保持通過壓縮機的流量為防護線設定的流量值，壓縮機不出現(xiàn)喘振。通過計算可以得出系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)參數(shù)的變化過程，圖2～4以壓縮機參數(shù)如Xpd，Xn，Xqc以及Xqh（在旁路閥開啟后）為例顯示出在不同管網(wǎng)流量變化情況下參數(shù)的變化特性，穩(wěn)定過程，控制環(huán)節(jié)響應情況等。結果表明，壓力，轉速的變化穩(wěn)定快，而流量的變化穩(wěn)定慢，防喘回路開啟滯后約8s，這與所針對的機組和所設置的旁通閥及其回路結構的特性是一致的。

　　3結論

　　以上算例結果表明，運用所建模型，成功地模擬出防喘控制過程，并計算出諸如壓縮機出口壓力，流量和轉速參量的動態(tài)變化，為分析防喘控制系統(tǒng)提供依據(jù)。此外，作者還利用以上模型成功地進行了各防喘回路的數(shù)字模擬試驗，對控制系統(tǒng)設計質量進行評定以及分析控制系統(tǒng)各設計參數(shù)對控制品質的影響等。所有研究結果表明，所提出的模型和方法能反映防喘數(shù)字控制系統(tǒng)實質，在模擬各防喘控制回路的控制過程，對防喘控制系統(tǒng)的設計進行評價和選取優(yōu)化參數(shù)等方面獲得成功應用。