一种离心压缩机转子系统稳定性综合控制方法及装置转让专利
申请号 : CN202010405883.X
文献号 : CN111550429B
文献日 : 2021-07-20
发明人 : 王维民 , 邵星 , 李启行 , 高金吉
申请人 : 北京化工大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种离心压缩机转子系统稳定性综合控制方法,其特征在于:该方法包括:按采样周期周期性获取离心压缩机的运行参数实测值及离心压缩机转子的径向振动位移;
按计算周期周期性连续缓存整数个所述采样周期内的所述径向振动位移,形成确定数目的位移样本集;
根据所述位移样本集按所述计算周期辨识及更新转子系统一阶正进动阻尼比;
根据所述转子系统一阶正进动阻尼比按所述计算周期更新控制器参数,控制器参数包括运行参数设定值及电磁力控制参数;
根据所述运行参数实测值和所述运行参数设定值按采样周期更新运行参数控制信号;
根据所述径向振动位移和所述电磁力控制参数按所述采样周期生成电磁力控制信号;
将所述运行参数控制信号和电磁力控制信号分别输出给运行参数执行器及电磁执行器,使所述运行参数执行器、电磁执行器分别按采样周期调整离心压缩机的运行参数、输出电磁力至离心压缩机转子,实现转子系统稳定性综合控制。
2.根据权利要求1所述的一种离心压缩机转子系统稳定性综合控制方法,其特征在于,计算转子系统一阶正进动阻尼比ξ步骤如下:对位移样本集中的径向振动位移数据点进行正进动成分和反进动成分的区分;
依据位移样本集中的径向振动位移数据点得到转子系统矩阵估算值A;
在转子一阶临界转频fs±10Hz范围内,对所述系统矩阵估算值A进行特征值分解,得到系统的固有频率序列{fn}及对应的阻尼比序列{ξn};
从所述固有频率序列{fn}和所述阻尼比序列{ξn}中筛选出对应所述正进动成分的正进动固有频率序列 和正进动阻尼比序列从所述正进动阻尼比序列 中去除虚假模态,将最终保留的元素作为一阶正进动阻尼比ξ。
3.根据权利要求1所述的一种离心压缩机转子系统稳定性综合控制方法,其特征在于,所述控制器的运行参数设定值包括:转速设定值ωi、压比设定值αi以及气体参数配比设定值βi;
所述运行参数设定值满足公式(1)(1)
其中,下标i=1,2,3,…,表示第i个计算周期,下标i‑1表示第i‑1个计算周期;i=1时,[ωi‑1,αi‑1,βi‑1]=[ω0,α0,β0]表示运行参数设定值的初始值;ξi为第i个计算周期内得到的转子系统一阶正进动阻尼比,ξc、ξ0分别为人为设定的转子系统一阶正进动阻尼比第一和第二容许阈值,且有ξc>ξ0;hω(·),hα(·),hβ(·)均为与ξi和ξc相关的函数。
4.根据权利要求1所述的一种离心压缩机转子系统稳定性综合控制方法,其特征在于,所述控制器的电磁力控制参数包括刚度系数和阻尼系数;
所述刚度系数包括x轴方向的刚度系数kx和y轴方向的刚度系数ky,kx和ky由电磁执行器的结构参数决定;
x轴方向的刚度系数kx和y轴方向的刚度系数ky满足公式(3):(3)
其中,ksx、ksy分别为电磁执行器在x轴方向、y轴方向上的电磁力位移系数;kix、kiy分别为电磁执行器在x轴方向、y轴方向上的电磁力电流系数;
所述阻尼系数由初始值和更新值组成;
其中,阻尼系数包括x轴方向的阻尼系数dx和y轴方向的阻尼系数dy,满足公式(5)(5)
其中,dx0、dy0分别为x轴、y轴方向上的初始阻尼系数,dx0和dy0共同组成了阻尼系数的初始值;dx,i、dy,i分别为x轴、y轴方向上的可变阻尼系数,dx,i和dy,i共同组成阻尼系数的更新值,其中,下标i=1,2,3,…,表示第i个计算周期。
5.根据权利要求4所述的一种离心压缩机转子系统稳定性综合控制方法,其特征在于,所述可变阻尼系数由所述一阶正进动阻尼比决定;
x轴方向上的可变阻尼系数dx,i和y轴方向上的可变阻尼系数dy,i满足公式(4)(4)
其中,下标i=1,2,3,…,表示第i个计算周期,下标i‑1表示第i‑1个计算周期;dx,0=dy,0=0;dx0和dy0分别为x轴、y轴方向上的初始阻尼系数;ξi为第i个计算周期内得到的转子系统一阶正进动阻尼比,ξc、ξ0分别为人为设定的转子系统一阶正进动阻尼比第一和第二容许阈值,且有ξc>ξ0;gx(·)是与(dx,i‑1+dx0)和(ξi‑ξ0)相关的函数,gy(·)是与(dy,i‑1+dx0)和(ξi‑ξ0)相关的函数,gx(·)和gy(·)的具体函数形式由离心压缩机转子系统及电磁执行器结构性质决定。
6.根据权利要求1或3或5所述的一种离心压缩机转子系统稳定性综合控制方法,其特征在于,运行参数控制信号由运行参数实测值和运行参数设定值决定;
运行参数控制信号包括:转速控制信号序列{uω,j}、压比控制信号序列{uα,k}以及气体参数配比控制信号序列{uβ,l};j、k、l分别为各自序列元素的个数,具体值与离心压缩机运行参数调控结构相关;
运行参数实测值包括:转速实测值ωq、压比实测值αq以及气体参数配比βq;下标q=1,
2,3…表示第q个采样周期;
运行参数设定值包括:转速设定值ωi、压比设定值αi以及气体参数配比设定值βi;
运行参数控制信号满足公式(2)
(2)
其中,J(ωi,ωq)为与转速设定值ωi和转速实测值ωq相关的函数;K(αi,αq)为与压比设定值αi和压比实测值αq相关的函数;L(βi,βq)为与气体参数配比设定值βi和气体参数配比βq相关的函数;J(ωi,ωq)、K(αi,αq)、L(βi,βq)的具体解析形式与离心压缩机运行参数调控结构相关。
7.根据权利要求1所述的一种离心压缩机转子系统稳定性综合控制方法,其特征在于,电磁力控制信号由径向振动位移和控制器的电磁力控制参数决定;
电磁力控制信号包括:x轴方向的控制电压usx,以及y轴方向的控制电压usy,满足公式(6):
(6)
其中,σ为线圈电流‑电压线性化系数;kx、ky分别为x轴、y轴方向上的控制器刚度系数;
dx、dy分别为x轴、y轴方向上的控制器阻尼系数;x1、y1分别为转子在x轴、y轴方向上的径向振动位移;对x1、y1分别进行基于时间t的一阶导数,得到转子在x轴、y轴方向上的振动速度
8.一种离心压缩机转子系统稳定性综合控制装置,其特征在于,该装置包括:获取模块、缓存模块、计算模块、更新模块和输出模块;获取模块、缓存模块、计算模块、更新模块和输出模块顺次连接;
获取模块,用于获取离心压缩机运行参数实测值以及离心压缩机转子的径向振动位移;
缓存模块,用于确保缓存足够径向振动位移,形成位移样本集;
计算模块,用于根据所述位移样本集计算转子系统一阶正进动阻尼比;
更新模块,用于根据所述转子系统一阶正进动阻尼比更新控制器的运行参数设定值和电磁力控制参数;
生成模块,用于根据所述运行参数实测值和所述控制器的运行参数设定值生成运行参数控制信号;还用于根据所述径向振动位移和所述控制器的电磁力控制参数生成电磁力控制信号;
输出模块,用于将所述运行参数控制信号和电磁力控制信号分别输出给运行参数执行器及电磁执行器,以使所述运行参数执行器、电磁执行器分别调整离心压缩机的运行参数、输出电磁力至离心压缩机转子,实现转子系统稳定性综合控制。
9.根据权利要求8所述的一种离心压缩机转子系统稳定性综合控制装置,其特征在于,所述装置置于离心压缩机转子系统稳定性综合控制系统中,离心压缩机转子系统稳定性综合控制系统由位移传感器、运行参数传感器、控制器、运行参数执行器以及电磁执行器构成;
所述位移传感器,用于获取转子的径向振动位移,并将所述径向振动位移传输给所述控制器;
所述运行参数传感器,用于获取离心压缩机的运行参数实测值,并将所述运行参数实测值传输给所述控制器;
所述控制器,用于缓存所述的径向振动位移形成位移样本集,根据所述位移样本集得到转子系统一阶正进动阻尼比,根据所述转子系统一阶正进动阻尼比更新控制器的运行参数设定值和电磁力控制参数,根据所述运行参数实测值和所述运行参数设定值生成运行参数控制信号并输出给所述运行参数执行器,根据所述径向振动位移和所述控制器的电磁力控制参数生成电磁力控制信号并输出给所述电磁执行器;
所述运行参数执行器,用于根据所述运行参数控制信号调整离心压缩机的运行参数;
所述电磁执行器,用于根据所述电磁力控制信号输出电磁力,用以将所述电磁力施加在所述转子上。
10.根据权利要求8或9所述的一种离心压缩机转子系统稳定性综合控制装置,其特征在于,所述控制器包括缓存器、解析器、调参器以及计算器;
所述缓存器用于对径向振动位移进行缓存,并将累积到每个计算周期内的径向振动位移形成位移样本集,输出给解析器;
所述解析器根据所述位移样本集对转子系统一阶正进动阻尼比进行识别,将识别值分别输出给调参器和计算器;
所述调参器根据一阶正进动阻尼比更新控制器的运行参数设定值,并根据当前采样周期内的运行参数实测值和运行参数设定值生成运行参数控制信号,并将运行参数控制信号输出给运行参数执行器;
所述计算器根据一阶正进动阻尼比更新控制器的电磁力控制参数,并根据当前采样周期内的径向振动位移和控制器的电磁力控制参数生成电磁力控制信号,并将电磁力控制信号输出给电磁执行器。
说明书 :
一种离心压缩机转子系统稳定性综合控制方法及装置
技术领域
背景技术
子系统中的失稳源,使得转子响应振动能够快速收敛,并最终实现振动微小增幅或者保持
失稳前状态。
承)不足以耗散这部分能量时,即造成颤振失稳甚至振动发散失稳。
叶轮等主要部件结构可在一定程度上提高整机稳定性,并最终通过机组出厂前测试。但是
这不能确保系统的稳定性在实际作业中依旧达标,一方面因为出厂测试并不能完好地基于
满负荷工况,另一方面则是因为实际作业工况往往更复杂,常伴突发甚至恶劣激励。
护,从而规避因失稳带来的恶劣后果。通常使用的对数衰减率识别手段是通过激振器对转
子系统施加扫频力,然后获取振动响应,并最终根据响应振动与扫频力的频域关系求得对
数衰减率。这样的方法虽然有效、可行,但同样也是在向系统引入附加干扰,此外还有因使
用激振器的附加能耗。
更加智能,实现人工自愈。
到耗散失稳能量,稳定振动的目的。但是这样的反馈系统存在如下几个弊病:1)以振动作为
反馈量往往不能在失稳萌生或临界区域触发电磁执行器外阻尼的输出,亦即是在发生了失
稳故障时才能触发作用力机制;2)以振动作为反馈量往往并不能很好地指导电磁执行输出
最优的外阻尼,通常为保险起见将外阻尼设定得很高,这与机械系统节能化需求是相悖的。
发明内容
运行参数做出维稳调整,对转子施以足够的电磁力,完成稳定性综合控制,规避失稳故障。
转子系统稳定性综合控制系统中;该方法包括:
数、输出电磁力至离心压缩机转子,实现转子系统稳定性的综合控制。
定性综合控制系统中;获取模块、缓存模块、计算模块、更新模块、更新模块和输出模块顺次
连接;该装置包括:
力控制信号;
参数、输出电磁力至离心压缩机转子,实现转子系统稳定性的综合控制。
行参数设定值和电磁力控制参数,根据所述运行参数实测值和所述运行参数设定值生成运
行参数控制信号并输出给所述运行参数执行器,根据所述径向振动位移和所述控制器的电
磁力控制参数生成电磁力控制信号并输出给所述电磁执行器;
算转子系统一阶正进动阻尼比,根据转子系统一阶正进动阻尼比更新控制器的运行参数设
定值及电磁力控制参数,根据运行参数实测值与运行参数设定值生成运行参数控制信号,
根据径向振动位移和控制器参数生成电磁力控制信号;运行参数执行器、电磁执行器依据
控制信号分别调整离心压缩机的运行参数、输出电磁力至离心压缩机转子,实现转子系统
稳定性的综合控制,以保障转子的稳定性,规避转子失稳故障的发生。
附图说明
范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这
些附图获得其他相关的附图。
具体实施方式
是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实
施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此,以下对在附图中提供的本发明的
实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实
施例。基于本发明的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所
有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
离心压缩机实际作业中变得不可回避。诚然在离心压缩机设备出厂前进行完备的稳定性测
试可以有效的保障机械在实际作业中不至发生恶性失稳故障,但出厂测试往往无法达到满
负荷,兼之实际作业工况又更加复杂,部件损伤、环境变化、人为失误等都可能使系统超出
转子的稳定性区域。这就要求提出一种可在线评价、在线整治,甚至是实时评价、实时整治
转子的稳定性问题的手段,以保障转子系统始终处于稳定、安全、高效的状态。
控制器根据缓存径向振动位移得到的位移样本集计算转子系统一阶正进动阻尼比,根据转
子系统一阶正进动阻尼比更新控制器的运行参数设定值及电磁力控制参数,根据运行参数
实测值与运行参数设定值生成运行参数控制信号,根据径向振动位移和控制器参数生成电
磁力控制信号;运行参数执行器、电磁执行器依据控制信号分别调整离心压缩机的运行参
数、输出电磁力至离心压缩机转子,实现转子系统稳定性的综合控制,以保障转子的稳定
性,规避转子失稳故障的发生。
算,并以此作为反馈信息用于对离心压缩机的运行参数进行维稳调整,对转子系统施加外
部整治力,最终实现提高转子稳定性、规避失稳故障的目的。
运行参数设定值和电磁力控制参数,根据所述运行参数实测值和所述运行参数设定值生成
运行参数控制信号并输出给所述运行参数执行器40,根据所述径向振动位移和所述控制器
的电磁力控制参数生成电磁力控制信号并输出给所述电磁执行器50;
气体参数配比βq;下标q=1,2,3…表示第q个采样周期。
运行参数控制信号输出给运行参数执行器40;
周期内得到的转子系统一阶正进动阻尼比,ξc、ξ0分别为人为设定的转子系统一阶正进动阻
尼比第一和第二容许阈值,且有ξc>ξ0;hω(·),hα(·),hβ(·)均为与ξi和ξc相关的函数,具
体解析形式与由离心压缩机系统结构决定;
均与离心压缩机运行参数调控结构相关;运行参数控制信号满足公式(2)
βq相关的函数;J(ωi,ωq)、K(αi,αq)、L(βi,βq)的具体解析形式与离心压缩机运行参数调控
结构相关。
并将电磁力控制信号输出给电磁执行器50。
轴方向上的初始阻尼系数dx0、dy0,更新值包括x轴、y轴方向上的可变阻尼系数dx,i、dy,i,其
中,下标i=1,2,3,…,表示第i个计算周期。控制器参数在更新时,刚度系数与阻尼系数的
初始值保持不变,而只更新阻尼系数的更新值。
电磁执行器结构特征相关。
到的转子系统一阶正进动阻尼比,ξc、ξ0分别为人为设定的转子系统一阶正进动阻尼比第一
和第二容许阈值,且有ξc>ξ0;gx(·)是与(dx,i‑1+dx0)和(ξi‑ξ0)相关的函数,gy(·)是与
(dy,i‑1+dx0)和(ξi‑ξ0)相关的函数,gx(·)和gy(·)的具体函数形式由离心压缩机转子系统
及电磁执行器结构性质决定。则最终的阻尼系数为所述初始值和所述更新值的代数和,满
足公式(5):
向振动位移;对x1、y1分别进行基于时间t的一阶导数,得到转子在x轴、y轴方向上的振动速
度
单元。所述各个单元视离心压缩机运行参数调整结构而定,一般地,转速调整单元为变频
器,压比调整单元为进出口气阀,气体参数配比调整单元为气体混配器或气体配比器。
加给转子。
决问题的原理与本发明实施例上述离心压缩机转子系统稳定性综合控制装置相似,因此方
法的实施可以参见方法的实施,重复之处不再赘述。
器构成的离心压缩机转子稳定性综合控制系统中;该方法包括:
周期内得到的转子系统一阶正进动阻尼比,ξc、ξ0分别为人为设定的转子系统一阶正进动阻
尼比第一和第二容许阈值,且有ξc>ξ0;hω(·),hα(·),hβ(·)均为与ξi和ξc相关的函数,具
体解析形式与由离心压缩机系统结构决定;
始阻尼系数dx0、dy0,更新值包括x轴、y轴方向上的可变阻尼系数dx,i、dy,i,其中,下标i=1,
2,3,…,表示第i个计算周期。控制器参数在更新时,刚度系数与阻尼系数的初始值保持不
变,而只更新阻尼系数的更新值;
电磁执行器结构特征相关;
到的转子系统一阶正进动阻尼比,ξc、ξ0分别为人为设定的转子系统一阶正进动阻尼比第一
和第二容许阈值,且有ξc>ξ0;gx(·)是与(dx,i‑1+dx0)和(ξi‑ξ0)相关的函数,gy(·)是与
(dy,i‑1+dx0)和(ξi‑ξ0)相关的函数,gx(·)和gy(·)的具体函数形式由离心压缩机转子系统
及电磁执行器结构性质决定。则最终的阻尼系数为所述初始值和所述更新值的代数和,满
足公式(5):
心压缩机运行参数调控结构相关;运行参数控制信号满足公式(2)
βq相关的函数;J(ωi,ωq)、K(αi,αq)、L(βi,βq)的具体解析形式与离心压缩机运行参数调控
结构相关。
向振动位移;对x1、y1分别进行基于时间t的一阶导数,得到转子在x轴、y轴方向上的振动速
度
本集计算转子系统一阶正进动阻尼比,根据转子系统一阶正进动阻尼比更新控制器的运行
参数设定值及电磁力控制参数,根据运行参数实测值与运行参数设定值生成运行参数控制
信号,根据径向振动位移和控制器参数生成电磁力控制信号;运行参数执行器、电磁执行器
依据控制信号分别调整离心压缩机的运行参数、输出电磁力至离心压缩机转子,实现转子
系统稳定性的综合控制,以保障转子的稳定性,规避转子失稳故障的发生。
的离心压缩机转子稳定性综合控制系统中;该装置包括:
电磁力控制信号;
运行参数、输出电磁力至离心压缩机转子,实现转子系统稳定性的综合控制。
并可在该处理器2000上运行的计算机程序,其中,上述处理器2000执行上述计算机程序时
实现上述离心压缩机转子稳定性综合控制方法的步骤。
转子稳定性综合控制方法,从而提高离心压缩机转子稳定性,规避失稳故障。
理器运行时执行上述离心压缩机转子稳定性综合控制方法的步骤。
法,从而提高离心压缩机转子稳定性,规避失稳故障。
用于执行前面方法实施例中所述的方法,具体实现可参见方法实施例,在此不再赘述。
对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计
算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个
人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。
而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM,Read‑Only Memory)、随机存取存
储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。