汽轮机驱动离心式压缩机的调节系统设计

摘要

透平式离心式压缩机是一种高速旋转机械，是工业生产中的关键设备，应用范围广泛。作为一种工业装备，它广泛应用于石油、化工、天然气管线，制冷和冶炼等诸多重要部门。其安全运行与整个装置的可靠性直接影响着经济效益。
　　由于近年来工业发展迅速，汽轮机作原动机驱动压缩机的组合能够满足用户各种复杂工况的需要。以往汽轮机外带Wood Ward505E电子调速器来实现汽轮机的转速控制，随着工业的迅猛发展，微处理器、计算机和数字通信技术也发展迅速，产生了大型透平压缩机组综合控制系统(ITCC)。ITCC将传统上需要多个分立仪表如防喘振调节器、联锁自保系统、电子调速器、负荷调节器等实现的功能集成在一套可靠性极高的三重模件(TMR)冗余容错控制系统中完成，因此减少了各个系统间的连接和故障率，降低了长周期运行成本，并提供了先进的控制技术和良好的监控界面。
　　本文以汽轮机驱动的透平式离心压缩机为研究对象，通过ITCC完成了如下调速有关的设计内容:
　　(1)分析了离心式压缩机的工作原理，全面的设计出一套针对压缩机防喘振、调速控制等方面的控制系统方案，并解决了防喘振与调速之间的耦合关系。同时，通过压力/流量控制器和速度控制器的串联控制设计，实现了适应工艺管网参数变化的调节转速系统。
　　(2)陈述了汽轮机工作原理和汽轮机调速系统的硬件组成，完备的设计出一套调速控制系统来实现汽轮机拖动压缩机的启动、运行、超速、停车等功能。为压缩机组的稳定运行提供了保障。
　　(3)设计的调节系统在实际产品项目的应用，验证了本套调节系统设计的合理与可行性。
　　整个调节系统体系结构简洁、易于维护和扩展、响应速度快、控制精确、人机界面友好，机组调速控制合理，可以有效改善传统节流调节控制策略造成的能源浪费现象，具备良好的应用前景。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 离心式压缩机在国内外的发展

1．3 汽轮机在国内外的发展

1．4 离心式压缩机控制系统的现状和发展趋势

1．5 汽轮机拖动离心式压缩机的特点

1．6 本文研究的主要内容

第2章 压缩机组控制系统的整体设计

2．1 离心式压缩机工作原理

2．2 离心式压缩机的主要零部件及作用

2．3 压缩机组的控制系统设计

2．3．1 机组控制系统的设计原则

2．3．2 压缩机组综合控制系统的选择

2．3．3 压缩机组控制系统设计过程

2．4 本章小结

第3章 汽轮机调节系统的研究与设计

3．1 工业汽轮机

3．1．1 汽轮机的特点及分类

3．1．2 汽轮机的结构及工作原理

3．2 汽轮机调节系统的研究

3．2．1 汽轮机调节系统的任务

3．2．2 汽轮机调节系统原理

3．3 汽轮机调节系统的设计

3．3．1 汽轮机调节系统的选择

3．3．2 汽轮机调节系统的设计

3．4 本章小结

第4章 ITCC调节功能设计

4．1 运行模式功能设计

4．2 串级调节系统设计

4．2．1 PID控制算法介绍

4．2．2 串级调节系统设计

4．2．3 串级调节控制应用

4．3 喘振与转速解耦设计

4．3．1 喘振现象的产生

4．3．2 喘振的预防

4．3．3 转速调节与喘振的解耦设计

4．4 本章小结

第5章 压缩机组的性能调节方法研究

5．1 汽轮机拖动的离心压缩机的性能特点

5．2 汽轮机拖动的离心压缩机性能调节分析

5．2．1 汽轮机拖动的离心式压缩机性能曲线

5．2．2 管网的特性曲线

5．2．3 性能曲线与管网曲线的交点

5．2．4 汽轮机拖动的离心压缩机性能调节方法

5．3 汽轮机拖动的离心式压缩机性能调节设计

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间的研究成果

致谢