空氣壓縮機防喘振優化控制系統設計

分析空氣壓縮機防喘振控制系統現今應用較廣泛的控制方案，并加以比較得出現有控制方案存在的優缺點。著重介紹模糊自適應 PID控制算法的好處，通過合理有效的控制方案使系統性能達到最佳，即保證了其有效的節能，又能保證其安全性。

1.壓縮機喘振產生原因

喘振是壓縮機固有的一種現象。發生喘振的原因有很多，不僅與其進出口流量有關，還與壓縮機負荷，被壓縮氣體的分子量、溫度、壓力及管網容量有關。喘振發生的頻率與壓縮機管網的容量有關，管容越大，發生喘振的頻率就越低;反之，頻率越高。但其產生的主要原因還是因為壓縮機工作流量小于最小流量。在壓縮機的運行過程中，如果其吸入量減少到一定值，壓縮比下降，輸出管線中氣體壓力高于壓縮機出口壓力，被壓縮了的氣體很快倒流入壓縮機，待管線壓力下降后，氣體流動方向又反過來。

此時，其吸入流量和出口壓力周期性低頻率大幅度波動，周而復始，產生喘振，引起壓縮機軸位移，使軸產生彎曲造成機組振動加大，并波及到相鄰的管網，喘振強烈時，能使壓縮機遭到嚴重破壞。

2.防喘振控制系統

根據壓縮機的主要原因，為不使壓縮機出現喘振，需要保證在任何轉速下，通過壓縮機的實際流量都不小于喘振極限所對應的最小流量。在生產負荷下降時，須將部分出口氣體經旁路返回到入口或將部分出口氣體放空，保證系統工作在穩定區。目前工業生產上主要采用固定極限流量控制方案和可變極限流量控制方案。如圖1所示為壓縮機特性曲線1為喘振極限曲線，曲線2為防安全操作線。

2.1傳統控制方案中存在的問題

在采用固定極限防喘振控制時，即決定了它只是為防喘振為目的，而不是根據工藝狀況調整負荷的大小，一般適用于定轉速或轉速變化范圍較小的機組。如果在機組轉速較低的范圍運行，會造成流量裕度過大，能量浪費嚴重，不利于節能。而可變極限流量控制是建立一條安全操作控制線，留有一定的安全裕度。

固定極限流量控制和可變極限流量控制都是不精確的近似方法通常都是提供一個很大的額外安全空間，保證機組在不理想的工況下運行，這種額外安全空間可能導致壓縮機過多回流，降低了效率?？紤]到氣體溫度及分子量對壓縮機喘振流量的影響，喘振流量在出口壓力、轉速、入口溫度、氣體分子量實際上形成的是一個超曲面，即：

式中，Q為喘振流量;P為排氣壓力;n為轉子轉速;M為氣體分子量;通常壓縮機的參數控制是將(2)式簡化為二元函數，這顯然不夠準確，達不到消除喘振的要求。上述兩種方法不能完全補償進氣壓力、溫度、相對分子量的變化，從而具有一定的局限性。