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毕业论文 离心压缩机的进出口调节

发布时间:2019-08-29 09:33
阐述了离心压缩机进出口调节的主要方式,以设计和管控两方面进行分析,介绍了实际生产过程中存在的一些问题,分析了新技术条件下的发展趋势。
关键词:压缩机;进出口调节
1.进出口调节的意义与方法
   离心式压缩机的稳定工况区较窄,为了防止阻塞、颤振等现象,必须在合理设计的基础上对其工作进行合理的控制。进出口调节是优化压缩机工作性能、调控流量及压力、提高其经济性的关键。
    对进出口的调节,主要分为等压力调节和等流量调节两种。在高精度的生产中,为了防止喘振和维持容积流量比等目的,还存在比例调节。通常采用的方法主要分为设计制造过程中的优化和对现有机组的调控。
2.设计制造过程中的调节
   我国制造行业的通病便是工艺水平较差,极大地限制了许多设备性能的发挥。
2.1机壳部分的设计优化
离心压缩机的机壳通常为灰铸铁,然而在实际工作时,环境存在极大差异,防锈防腐蚀等具体要求也不尽相同。且铸造过程周期厂、成本高,故焊接机壳的应用成为了新的发展方向。
针对机壳的具体优化,建立在数学模型的基础上。通过建立有限元模型,对结构特性、应力分布等进行分析,确定合理结构及参数。
2.2进口部分的设计
2.2.1进气通道结构改进
进气直管段长度会直接影响压缩机的工作性能。根据研究发现,压缩机直管段的长度取决于:①直管附近管件,②流体的温度和流速,③平均分子量。故进气直管管段的具体长度应该取决于流体的性质,再根据管的条件进行确定。
通常来说,在设计时,压缩机直管段前管段走向越简单、管件越少,直管段受到的限制越少,因此应设计简单的进气方式。
2.2.2进气室结构改进
设计过程中,进气室应降低流动损失、使流动均匀,但一般的径向进气室均匀性难达标。此外,由于叶轮的旋转作用,会产生非对称的流场分布。
近年来,计算机仿真技术和数值技术的发展,故可以使用数值模拟分析的方法,在分析计算了叶轮进口截面、进气室流场等模型之后,根据具体的要求对进气室结构进行设计优化。
2.3出口部分的设计
由于离心压缩机工作时的实际工况与设计工况存在偏差,严重时会发生旋转失速,进而造成故障甚至引发事故。
针对出口管道,必须进行减振处理。关系到进出口调节的传统措施有两种:①根据实际需要流量来确定压缩机进口流量;②根据压缩机额定流量来设定进口流量。其中,前者会造成其他部分的振动,后者会造成经济性下降。
新技术条件下,可以采用管道阻尼减振的方法,通过具体的要求,设计出阻尼振震器,来抵销产生的应力。避免了旋转失速的同时使进出口调节拥有了更大自由性。
3.对现有机组的调节
   压缩机必须对对非标准工况严格限制,否则可能进入阻塞、颤振等不稳定状态。
3.1出口调节
    出口调节,是采用改变出口闸阀开度来实现的。由于改变了管网特性,故可以满足具体工作条件下对流量和压力的需求。比较而言,操作较为简单、便捷。可以分别实现等流量调节和等压力调节。
3.1.1出口调节的特点:
    由于此方法只是人为改变了管网的阻力,并不能改变工作性能曲线,也不能改善整个压缩机的工作状况。
节流必然造成压力损失。这个压力的降低会附加在闸阀开度减小造成的消耗之上。尽管完成了预期目标上的出口调节,但会造成一定程度上输出功率的降低,不仅消耗了更多能量,经济性也偏低。
此外,在压缩机工作性能曲线较陡的区域,采用改变出口阀开度的调节方式效果并不明显,造成了其适用性的降低。
3.2.2出口调节的适用场合:
   这种出口调节的方式最早只在小型机械上使用,但由于一些行业精度要求较低,操作人员专业性不强等特点,许多大型设备也不合时宜地使用过。造成了一定的浪费甚至是隐患,故必须严格限制此调节方式的使用条件。
    针对大型机组,由于能耗大、精度要求高等特点,则应该用其它调节方法取代。
3.2进口调节
   压缩机的进口节流调节,可以采用改变蝶阀开度的方式以调整整个机器运行的状态,从而使流量和压力达到实际生产的需求。尤其是转速恒定的压缩机中,借口调节是最为有效而又最为简便的方法。
3.2.1进口调节的特点
    单从理论角度分析,离心压缩机采用进口节流调节方法,可以实现特性曲线区域上所有工况调节下的调节,且调节之后能够获得得稳定工况区域范围较大。故相比而言,进口调节的方式比出口调节应用更为广泛、更有保障性。
    压缩机在使用进口节流调节的同时,通过对压缩机特性曲线的分析,会发现喘振点向小流量方向移动。因此,使用进口调节的方法可以实现压缩机在更小流量条件下运行这一目的。与此同时,由于喘振点向小流量放心移动,必须对压缩机组的防喘振装置进行合理调整,使其最小流量符合安全生产的要求。
    相比而言,离心压缩机进口节流调节的经济性较好,操作总体上也不复杂,利于掌握。
3.2.2进口调节的适用场合
    通常情况下,采用进口调节的方式更适合用于转速不可改变的离心压缩机和离心鼓风机,且效果良好。但是,由于采用了节流阀节流的方式进行调控,必然会产生一定的节流。而在实际工作中,由于不存在单个设备的独立运行,气流的均匀性对后续设备的工作状况及效率有重要影响,故又必须维持流场的均匀性与稳定性。为了解决这一问题,在安装进气口进气阀时,应使其和压缩机进口保持充分的距离,起到均匀化气流的作用。
3.3智能控制系统
随着自动控制技术在传统制造工业的大范围应用,使用计算机来控制生产工作过程成为定量控制的最先进手段。
3.3.1计算机控制系统
在对离心压缩机的工作进行控制时,使用的计算机系统主要可以分操作型控制和直接数字控制(DDC)两类。其中,操作型采用整个系统由传感器等进行数据采集,而处理过程完全由控制人员进行操作的方式,具有较高的灵活度,但人工依赖性大,自动化程度低;数字型通过对输入量和输出量同时采集数据,按事先设定的规律由计算机直接进行调控,应用普遍但可靠性有待提高。
3.3.2可编程控制器(PLC)
PLC技术代表了控制领域的最先进水平,应用在压缩机的控制上,具有如下特点:
①可靠性高:据统计,PLC可以在3-5万个小时内做到无故障控制工作,且对工作环境的要求很低,可以大范围应用;
②编程简单:PLC的编程语言简单直观,不需要进行长期专业学习,易于掌握。此外,还可以根据具体的生产条件进行调节性,灵活度强;
③适用性强:在大范围标准化生产的同时,各个厂家又生产了大量不同型号的PLC,适用于各种需要。且由于体积小,安装拆卸方便,无复杂接线方式,维修方便。
4.总述
    离心压缩机的进出口调节主要从设计和控制两个方向进行。设计过程中数学模型和提升工艺水平为关键点;控制过程的精确化在保证定量准确的前提下依托于智能控制系统的进一步发展。
参考文献
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