【文章內(nèi)容簡介】 遞扭矩。 葉輪：即工作輪，氣體在葉輪葉片的作用下跟著葉輪作高速的旋轉(zhuǎn)，而氣體由于受旋轉(zhuǎn)離心力的作用以及在葉輪里的擴壓流動，使氣體通過葉輪后的壓力得到了提高；此外，氣體的速度能也同樣在葉輪里得到了提高。故葉輪是使氣體提高能量的唯一途徑。 平衡盤：是利用它的兩邊氣體壓差來平衡軸向力的零件。它位于高壓端，它的一側(cè)壓力可以認(rèn)為是末級葉輪輪盤側(cè)的間隙中的氣體壓力（高壓）；另一側(cè)通向大氣或進氣管，它的壓力是大氣壓進氣壓力（低壓）；軸向力的70%被平衡。 推力盤：由于平衡盤只平衡部分軸向力，其余軸向力通過推力盤傳給止推軸承上的推力塊，實現(xiàn)力的平衡。30%軸向推力被平衡。 聯(lián)軸節(jié)：是軸與軸相互連接的一種部件，可以傳遞扭矩。 通流部分：由吸氣室、擴壓器、彎道、回流器、蝸殼、密封等組成。吸氣室：汽缸的一部分，它的作用是把氣體均勻地吸入葉輪。擴壓器：氣體從葉輪流出時具有較高的流速，為充分利用這部分速度能，在葉輪后面設(shè)置了流通面積逐漸擴大的擴壓器，用以把速度能轉(zhuǎn)化為壓力能以提高壓力。無葉擴壓器結(jié)構(gòu)簡單，變工況的效率高，穩(wěn)定范圍寬。葉片擴壓器，由于葉片、導(dǎo)葉作用，氣體流出擴壓器的路程短，設(shè)計工況效率高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，穩(wěn)定工作范圍窄[10]。 彎道：是由汽缸（機殼）和隔板構(gòu)成的彎環(huán)形空間，改變氣流方向，使氣體由離心方向改變成向心方向。 回流器：使氣流按所需的方向均勻地進入下一級；由隔板和導(dǎo)流葉片組成。 蝸殼：把擴壓器后面或葉輪后面的氣體匯集起來，把氣體引到壓縮機出口的 輸送管道；此外，在匯集氣體的過程中，在大多數(shù)情況下，由于蝸殼外徑的逐漸增大和通流截面的漸擴，使氣流起到一定的降速擴壓作用。 密封：防止氣體在級間倒流及向外泄漏。隔板密封和輪蓋密封統(tǒng)稱為內(nèi)密封，軸端密封為外密封。 喘振是使透平壓縮機性能反常的一種不穩(wěn)定的運行狀態(tài)。喘振時壓力和流量周期性大幅度變化，進一步可能會產(chǎn)生流量的反向，由此引起過大的軸振動、軸位移和發(fā)熱，造成軸承、密封、葉輪和轉(zhuǎn)子的損壞。即使沒有明顯的危險發(fā)生，機組工作壽命和效率也已降低。如果壓縮機進入喘振狀態(tài)，由于氣流的劇烈振蕩性質(zhì)，使機器處于極度危險中，因此喘振不論對航空發(fā)動機還是民用工業(yè)，不論是軸流壓縮機還是透平壓縮機都是嚴(yán)格禁止的。長期以來人們一直致力于喘振這類復(fù)雜物理現(xiàn)象的理論和實驗研究，取得了許多顯著成果。根據(jù)已有的研究成果，目前可以通過采用喘振主動控制模式和被動喘振控制模式進行壓縮機防喘振控制系統(tǒng)設(shè)計。喘振主動控制模式直接著眼于失穩(wěn)現(xiàn)象本身，抑制引發(fā)喘振的氣流不穩(wěn)定過程，如對流場反饋預(yù)擾動，改善壓縮機系統(tǒng)的性能，阻止喘振發(fā)生。，喘振主動控制實施后運行點落在原喘振線左側(cè)，明顯拓寬了安全工藝流量范圍，降低了喘振發(fā)生的機率[11]。在實際生產(chǎn)過程中，目前常規(guī)的控制方法主要是被動控制方法。它是在系統(tǒng)工作的最小流量點與喘振點之間留有足夠大的穩(wěn)定區(qū)域，阻止工作點進入喘振區(qū)。在正常運行情況下，壓縮機運行在工作點處，工作點的位置決定于流量、壓力、差壓等因素，當(dāng)入口流量減少、出口壓力增加時將使壓縮機工作點更靠近喘振線，壓縮機的運行狀況隨時發(fā)生變化，如停機、入口或出口流量閥可能關(guān)小或關(guān)閉，即通過流量改變影響壓縮機運行，使之可能出現(xiàn)喘振。為避免透平壓縮機進入喘振區(qū)域，對于空氣壓縮機，可通過打開放空空閥；對于其他成分壓縮機，可打開連接壓縮機出口與入口的防喘振回流閥，維持壓縮機在最小流量下運行。選擇一個適于裝置特性的喘振控制系統(tǒng)，取決于許多因素，它包括：壓縮機的種類、負(fù)荷的變化、測量元件的父敏度、可靠性和喘振控制系統(tǒng)所要求的精確度等。傳統(tǒng)防喘振的控制方法有，固定極限流量(或稱最小流量)法和可變極限流量法和變頻控制法。管網(wǎng)特性線 主動控制后的喘振線 喘振線 壓縮機特性線 Fig. Compressor performance curve，讓壓縮機通過的流量總是大于某一定值流量Qp，為保證在各種轉(zhuǎn)速下壓縮機均不會發(fā)生喘振，選取最大轉(zhuǎn)速下的喘振極限流量值為Qp的值，當(dāng)不能滿足工藝負(fù)荷需要時，采取部分回流，從而防止進入喘振區(qū)。（1）固定極限流量法 固定極限流量 Constant limit flow固定極限流量法通常用于恒速運行的離心機且Q的取值應(yīng)以壓縮機高轉(zhuǎn)速對應(yīng)的流量大于額定喘振點流量的7％～10％為比較適合的狀態(tài)，為使壓縮機安全有效和經(jīng)濟運行，在低負(fù)荷下操作時，其氣量應(yīng)始終保持在喘振區(qū)右邊并留有一定的安全裕量，一般欲度在5％一10％之間。只要保證壓縮機吸人流量大于臨界吸入量Q。系統(tǒng)就會工作在穩(wěn)定區(qū)，不會發(fā)生喘振。如果生產(chǎn)降負(fù)荷時，須將部分出口氣體放空，保證系統(tǒng)作在穩(wěn)定區(qū)。固定極限流量法的控制是很簡單方便，但其缺點也是顯而易見的，控制參數(shù)過于簡單，不能很好的反映喘振曲線的形態(tài)和特點，當(dāng)工作條件變化時，特別是工作溫度有所變化時，性能曲線會發(fā)生很大變化。不能充分使壓縮機工作在其工況區(qū)，浪費了能源，降低了經(jīng)濟效益。參數(shù)控制過于簡單對工作點和喘振線的變化不能及時修正，不能較好的實施控制。（2）可變極限流量法?？勺儤O限流量是防喘振控制在整個壓縮機負(fù)荷變化范圍內(nèi)，設(shè)置極限流量跟隨著轉(zhuǎn)速而變的一種防喘振控制。實現(xiàn)可變極限防喘振，關(guān)鍵是確定壓縮機的喘振方案。 可變極限流量 Variable limit flow本文項目中采用的是可變極限流量法設(shè)計的防喘振系統(tǒng)，主要在根據(jù)流量，轉(zhuǎn)速變化的時候如何判斷工作點與喘振線的位置進而去控制喘振閥的開度。防喘振保護控制也不能過早地動作，否則將引起能量的損耗。因此在喘振線右側(cè)設(shè)定一條控制線，其形狀與喘振線一致，但與喘振線相距5%10%的流量量程值。該距離越小，打開閥的機會就越小，能量損失越少，但對控制系統(tǒng)、閥門的響應(yīng)時間要求越高。該距離越大，打開閥的機會就越大[12] 。下文中還會具體提到如何實現(xiàn)全自動PID控制，手自動高選及快開慢關(guān)等相關(guān)的功能。蒸汽透平（汽輪機）是用于驅(qū)動壓縮機組運行，針對不同項目裝置的特點進行分析，如何避開危險區(qū)，最大的利用能源。因此需要將蒸氣透平的調(diào)速控制與壓縮機的壓力控制、防喘振控制、各個工況工作點的調(diào)節(jié)及機組的狀態(tài)監(jiān)測、超速保護、緊急停車等功能集成一起，實現(xiàn)對機組的安全、有效、平穩(wěn)、節(jié)能的控制。東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第2章　透平壓縮機原理及構(gòu)成東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第3章　壓縮機控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成及系統(tǒng)功能設(shè)計第3章 壓縮機控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成及系統(tǒng)功能設(shè)計根據(jù)工藝裝置特性及用戶需求，本章首先對控制系統(tǒng)的硬件特點進行闡述，從安全性、多功能性及可行性上作出分析，分析討論選取Tricon系統(tǒng)編程及監(jiān)控的原因，針對Tricon系統(tǒng)的本身特點展開論述，特別對調(diào)速功能和防喘振無擾動切換等功能的設(shè)計方案上進行系統(tǒng)性的論證。對系統(tǒng)進行、合理性的改進和完善。作為煉油、冶金、石化、等工業(yè)部門的關(guān)鍵設(shè)備，透平壓縮機得到了廣泛的應(yīng)用。許多大型的透平壓縮機機組由蒸氣透平和透平壓縮機構(gòu)成，從穩(wěn)定工況、安全生產(chǎn)角度出發(fā)，都為其配備控制系統(tǒng)。隨著許多生產(chǎn)裝置規(guī)模的不斷擴大，對生產(chǎn)過程控制的要求從過去調(diào)節(jié)單工況參數(shù)發(fā)展到需要調(diào)節(jié)多參數(shù)來穩(wěn)定生產(chǎn)，這樣對控制系統(tǒng)的要求也越加的嚴(yán)格，因此在設(shè)計控制方案時主要有以下幾方面需要重點分析：（1）設(shè)備的穩(wěn)定性。對于工業(yè)應(yīng)用的控制系統(tǒng)及計算機，設(shè)計中首先考慮到的是效率和網(wǎng)絡(luò)安全。針對上述問題，本項目用到的Tricon控制系統(tǒng)CPU采用的三重冗余功能，光纖冗余通訊等。同時計算機也采用自動鏡像硬盤，更有效的防御了病毒的入侵，防止了信息的泄漏和更改，確保了系統(tǒng)自身的安全。（2）系統(tǒng)的功能性。隨著科技的發(fā)展及工藝上更高的需求，控制系統(tǒng)功能需要實時、精確、無擾動的控制。如：潤滑油壓的調(diào)節(jié)、防喘振調(diào)節(jié)、汽輪機轉(zhuǎn)速及串級的調(diào)節(jié)等，都要求掃描周期短，運算速度快，系統(tǒng)功能塊搭建簡單等要求。其中防喘振控制方案的合理設(shè)計，直接能提高裝置的利用率，減少不必要的能源浪費?？刂葡到y(tǒng)功能的增強不但減輕了人工手動控制的不便，同時也增加了系統(tǒng)控制的安全性。（3）設(shè)計的可行性。是指從軟、硬件方面分析實現(xiàn)控制系統(tǒng)開發(fā)的可實現(xiàn)性。要求實現(xiàn)的控制系統(tǒng)方案在性能指標(biāo)上達到用戶的要求，并與現(xiàn)實中的裝置相適用，既節(jié)約成本，同時對今后的改造升級留出相應(yīng)的余量。在技術(shù)上論證后，對項目的經(jīng)濟效益也要進行評估，分析裝置的規(guī)模及投產(chǎn)后的收益避免造成資源閑置等不必要的資源浪費的。 Tricon控制系統(tǒng) Tricon控制系統(tǒng)簡介TRICON于1988年合并了美國TRISEN公司，這是一家專門從事石油化工上透平機組控制的公司，在燃機透平、蒸汽透平、壓縮機組控制都擁有自己的專利技術(shù)和豐富的工程經(jīng)驗。公司隸屬于英國的工程集團公司INVENSYS （世界上五百強公司之一），TRICON一直作為集團最優(yōu)秀的子公司之INVENSYS在中國被大家所熟悉的子公司有FOXBORO、WONDERWARE等。TRICON目前在全球50多個國家設(shè)有80多個辦事處，從事于銷售、服務(wù)和技術(shù)支持。TRICON 系統(tǒng)，完全遵循IEC61508/61511 標(biāo)準(zhǔn)，采用當(dāng)今最先進的 TMR微處理器硬件技術(shù)，和成熟可靠的 TRISTATION 1131 軟件的三重化冗余容錯控制系統(tǒng)。系統(tǒng)高可靠性和高利用率，被廣泛應(yīng)用于石化、煉油、石油天然氣、化工、電力、軌道交通、航天、核工業(yè)等行業(yè)，在裝置安全聯(lián)鎖系統(tǒng) ESD 、蒸汽透平控制、燃汽透平控制、壓縮機防喘振控制、海上石油平臺、火氣監(jiān)測保護（ Famp。G ）、等方面有廣泛的業(yè)績。TRICON 系統(tǒng)最大的特點是能同時滿足高可靠性、高可用性的容錯控制能力。為保證系統(tǒng)的高可靠性和高可用性，控制器、I/O 模塊、通訊均采用三重化設(shè)計。控制系統(tǒng)可以識別控制系統(tǒng)元件的故障，自動把故障的元件加以排除，并允許在繼續(xù)完成指定任務(wù)的同時，對故障元件進行在線修復(fù)而不中斷過程的操作。任何故障及相關(guān)數(shù)據(jù)被存儲在 NVRAM 中，在 I/O 模塊中任一通道故障，系統(tǒng)保證該模塊能維持運行 1500 小時，仍能滿足 TUVAK6 級[14]。 Tricon控制系統(tǒng)主要特點為了保證在任何時候系統(tǒng)都有最高的完整性，Tricon 有如下特點：（1）提供三重模件冗余結(jié)構(gòu)，三個完全相同的分電路各自獨立地執(zhí)行控制程度。而且備有專用的硬件/軟件構(gòu)，可對輸入和輸出進行“表決”。（2）能耐受嚴(yán)酷的工業(yè)環(huán)境。（3）能夠現(xiàn)場安裝，可以現(xiàn)場在線地進行模件級的安裝和修復(fù)工作而不需打亂現(xiàn)場接線。（4）能支持多達118 個I/O 模件（模擬的和數(shù)字的）和選裝的通訊模件，通訊模件可以與Modbus 主機和從屬機連接，或者和Foxboro 與Honeywell 分布控制系統(tǒng)（DCS）、其它在PeertoPeer 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的各個Tricon、以及在TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)上的外部主機相連接。（5）可以支持位于遠(yuǎn)離主機架12 公里（ 英里）以內(nèi)的遠(yuǎn)程I/O 模件。（6）利用基于WINDOWS NT 系統(tǒng)的編程軟件完成控制程序的開發(fā)及調(diào)試。（7）在輸入和輸出模件內(nèi)備有智能功能，減輕主處理器的工作負(fù)荷。每個I/O 模件都有三個微處理器。輸入模件的微處理器對輸入進行過濾和修復(fù)，并診斷模件上的硬件故障。輸出模件微處理器為輸出數(shù)據(jù)的表決提供信息、通過輸出端的反饋回路電壓檢查輸出狀態(tài)的有效性、并能診斷現(xiàn)場線路的問題。（8）提供全面的在線診斷，并具有修理能力。（9）可以在Tricon 正常運行時進行常規(guī)維護而不中斷控制過程。（10）對I/O 模件提供“熱備”支持，可用在某些不能及時提供服務(wù)的關(guān)鍵場合[14]。 Tricon系統(tǒng)的典型應(yīng)用（1）ESD 系統(tǒng)Tricon 為煉油廠、石化/化工廠，以及其他工業(yè)過程中需要高安全級別的地方提供連續(xù)的保護。例如，在反應(yīng)堆和壓縮機單元，廠級的跳閘信號—壓力，產(chǎn)品進料，膨脹機壓力平衡和溫度等進行監(jiān)視，并在預(yù)設(shè)的條件出現(xiàn)后產(chǎn)生跳閘動作。傳統(tǒng)的跳閘系統(tǒng)執(zhí)行時多采用機械或電子繼電器，但是這往往造成危險的誤跳閘。Tricon 提高了系統(tǒng)的安全性，提供自動檢測和確認(rèn)現(xiàn)場傳感器的完整性，完全的跳閘和控制功能，與管理數(shù)據(jù)高速公路直接連接，以達到安全回路功能的連續(xù)監(jiān)控。（2）鍋爐火焰安全在大多數(shù)的精煉廠中，過程蒸汽鍋爐起一個循環(huán)回路部件的功能。為了保護鍋爐，正常啟動和停機的安全內(nèi)鎖系統(tǒng)以及鍋爐火焰安全系統(tǒng)由Tricon系統(tǒng)整合為一體。傳統(tǒng)應(yīng)用中，這些功能由獨立的，非整合的部件提供。但是在容錯的失效安全的Tricon 控制器中，鍋爐操作員可以在更有效地使用循環(huán)資源的同時保證鍋爐的安全性在（或高于）一個機電保護系統(tǒng)級別上。（3）汽輪機控制系統(tǒng)對于燃?xì)?蒸汽輪機的控制和保護需要高度的完整性和安全性。Tricon的容錯控制器的連續(xù)運行可以在保證汽輪機最高安全性的同時提供最高的工作性能。速度控制，和啟動及停機一樣，由一個單獨的系統(tǒng)執(zhí)行。熱備模件的使用，減少了意料之外的損耗。如果模件發(fā)生了錯誤，系統(tǒng)自動更換為備用模件，并不對操作過程造成中斷。（4）海上火/氣保護海上平臺的火/氣保護需要連續(xù)的可靠性及穩(wěn)定性。 Tricon通過在線更換錯誤模件的功能提供了該功能。模件錯誤，現(xiàn)場接線或傳感器故障均自動地由內(nèi)置診斷功能管理。模擬量的火/氣傳感器直接接至Tricon系統(tǒng)，消除了跳閘需要的安培。操作員界面監(jiān)視火/氣系統(tǒng)，診斷Tricon控制器和傳感器。傳統(tǒng)的火/氣儀表均可用一個集成的控制系統(tǒng)來替換，節(jié)約寶貴的地面空間，并保持高安全性及可靠性[15]。 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計與工作原理 系統(tǒng)硬件配置 Triconex旗下有Tricon和Trident兩套系統(tǒng)。，其中Trident更適用于系統(tǒng)比較小的中/小型現(xiàn)場環(huán)境，而Tricon則多用在需要控制的設(shè)備比較多的大系統(tǒng)中。其主要區(qū)別為系統(tǒng)組態(tài)的模件數(shù)量的多少。具體地說，一個基本的Tricon系統(tǒng)由下列備件組成：各個模件、容納各模件的機架、現(xiàn)場布線接頭、以及TRISTATI