一种离心式压缩机性能特性色阶图表征方法

摘要

本发明提供一种离心式压缩机性能特性色阶图表征方法，包括，以下步骤：将离心式压缩机出厂性能曲线图数据化，包括：压比图、效率图；确定离心式压缩机的运行边界；采用相似原理，对离心式压缩机性能数据进行扩展处理；绘制以排量为横轴，以压比为纵轴的正交网格区域；在排量与压比的正交网格中，绘制压缩机工作范围边界线；在排量与压比的正交网格中，以压比、效率、转速、排量数据为基础，填充网格颜色，使用RGB数值填充。本发明方法将多项相互关联的性能数据集合绘制成一张性能色阶图，通过识别某点颜色的RGB值，即可得到丰富的压缩机性能数据，便于计算机读取准确的数值，以此为依据调节压缩机的运行参数。

说明书

技术领域

本发明涉及一种离心式压缩机性能特性色阶图表征方法，属于压缩机设备性能技术领域。

背景技术

离心式压缩机是长输天然气管道的核心增压设备，也是管输过程中的主要耗能设备，其增压比、压气排量、运行效率、高效工作区范围、转速等性能是压缩机设计、选型以及现场运行、控制、调节的关键指标，是影响天然气管道安全、高效运行的主要因素。

压缩机性能是一个涉及多参数、多维度的数据集合，且各参数存在多元的非线性数学关系，导致性能曲线的展示和使用存在诸多挑战。现有的性能曲线均为二维的平面图形，受限于曲线图形展示元素的有限性，存在三个个方面的问题，1)性能曲线图中仅有特定的数值曲线，使用中计算机读取图形中某点数值时，若未该点未落在曲线上，需采用插值的处理方式获得数值。不能满足压缩机性能多元数据间的数学关系，存在偏差；2)压比图、效率图无法整合为一张图，多指标数据分图、分离查找，存在不直观、不准确、不便捷的问题。压缩机的调节与控制是以压比、排量和效率三个指标为准，不仅需要满足压力、流量的要求，且需运行在高效工作区域。而目前无法将压比、转速、排量、效率4项参数进行整合，导致压缩机调节目标不精确，影响压缩机安全、高效运行；3)性能曲线图中仅有特定转速曲线与划分的区域范围，无法直接获取任意转速下的性能数据。现场压缩机的工作转速很难与性能曲线转速相同，因此通过查性能曲线图仅能得到区域内的性能数值范围，很难获取精准的压缩机性能数据，导致压缩机的状态描述、判断、控制存在偏差，不利于设备的安全生产。

因此，提供一种生成一张涵盖多参数、多维度、多数据的压缩机性能综合图形的方法，全面、准确、便捷地描述压缩机的性能，以确定不同条件下压缩机的性能参数、高效工作区、安全工作范围，用于压缩机安全、精准的调节与控制，解决目前面临的上述问题。

发明内容

本发明提供一种离心式压缩机性能特性色阶图表征方法，用于解决上述压缩机性能多参数、多维度、多数据无法整合，难以准确获得任意转速下性能参数数值，由此导致的压缩机状态描述、调节与控制的问题，确保设备安全、高效运行。

本发明为解决上述问题，提供一种离心式压缩机性能特性色阶图表征方法，包括以下步骤：

S1、将离心式压缩机出厂性能曲线图数据化，包括：压比图、效率图；

S2、确定离心式压缩机的运行边界；包括：喘振边界、滞止边界、最大转速nmax、最小转速nmin、最大压比εmax、最小压比εmin、最大排量Qmax、最小排量Qmin、最大工作效率ηmax、最小工作效率ηmin；

S3、采用相似原理，对离心式压缩机性能数据进行扩展处理；

从最小转速开始，至最大转速结束，以1RPM为步长递增；采用转速相似换算原理，得到各转速下压比与排量、效率与排量的数值组合，得到完整的压缩机性能数据集合；

S4、绘制以排量为横轴，以压比为纵轴的正交网格区域；其中横轴坐标值范围为(Qmin、Qmax)，纵坐标值范围为(εmin、εmax)；

将横轴划分为a等份，其中a＝(Q

以a等份间距，逐一垂直于横轴向纵轴数值递增方向画线，线段长度为

L

将纵轴划分为b等份，其中b＝(ε

以b等份间距，逐一垂直于纵轴项横轴数值递增方向划线，线段长度为

L

式中：a表示横轴的等份数量，整数，无量纲；b表示纵轴的等份数量，整数，无量纲；Qstep表示横轴的等分步长，kg/s；εstep表示纵轴的等分步长，无量纲；Lv表示垂直于横轴网格线的长度，无量纲；LH表示垂直于纵轴网格线的长度，无量纲；

S5、在排量与压比的正交网格中，绘制压缩机工作范围边界线；喘振边界、滞止边界、最大转速、最小转速在以排量为横轴、压比为纵轴的图形区域中构成一个封闭区域，该区域为压缩机的工作范围；

S6、在排量与压比的正交网格中，以压比、效率、转速、排量数据为基础，填充网格颜色，使用RGB数值填充；对压比、排量组成的网格点进行逐一判别与搜索：若该网格点落在了压缩机的工作范围以外，则该网格点的RGB数值为(R＝255、G＝255、B＝255)；

若该网格点落在了压缩机的工作范围以内，则该网格点的RGB数值采用以下赋值公式：

R数值是最大、最小压比的函数，R＝f(ε，ε

G数值是最大、最小效率的函数，G＝f(η，η

B数值是最大、最小转速的函数，B＝f(n，n

其中R表示RGB颜色中Red的取值；G表示RGB颜色中Green的取值；B表示RGB颜色中Blue的取值；f表示压比、效率、转速分别与各颜色的函数关系；ε表示当前填充网格点的压比；η表示当前填充网格点的效率；n表示当前填充网格点的转速；

将得到了RGB值填充到对应的网格中；

将S6中所述步骤应用于所有压比、排量的正交网格。

本发明提供的一种离心式压缩机性能特性色阶图表征方法，具有以下有益效果：

通过本发明提供的方法，实现了多元、多维度、多数据压缩机性能在一张图形中的绘制，突破现有压缩机性能曲线分图绘制和使用的限制，降低了压缩机性能数据的维度，是首个将压缩机性能数据与网格RGB填充相结合绘制压缩机性能图的方法。该方法将压缩机压比、排量、效率、转速、喘振边界、滞止边界多项相互关联的性能数据集合绘制成一张性能色阶图，通过识别某点颜色的RGB值，即可得到丰富的压缩机性能数据，便于计算机读取准确的数值，以此为依据调节压缩机的运行参数。

附图说明

图1为本发明实施例生成的压缩机性能色阶图，含压比、排量、效率、转速性能参数；

图2为本发明的压缩机性能色阶图生成方法流程图；

图3为本发明实施例的压缩机压比-排量-转速性能曲线图(简称：压比图)；

图4为本发明实施例的压缩机效率-排量-转速性能曲线图(简称：效率图)。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作更进一步说明。

现有的压缩机性能均采用曲线图的形式表示，曲线图由厂商根据现场的输气条件(天然气组成、压力、温度)实验测试绘制，提供的性能曲线图包括压比图和效率图。其中压比图由压比、转速、排量、喘振边界、滞止边界5部分参数组成，如图3；效率图由效率、转速、排量3部分参数组成，如图4。

按照图2所示的流程，一种离心式压缩机性能特性色阶图表征方法，包括以下步骤：

S1、将压缩机性能曲线图进行数据化，分别得到转速8245RPM、8514RPM、10703RPM、11729RPM、11892RPM、12487RPM对应的压比-排量数据和效率-排量数据，一直喘振边界、滞止边界两条曲线的压比-排量数据；

S2、确定压缩机的工作范围，最大转速为12487RPM、最小转速为8245RPM、最大压比为2.8837、最小压比为1.4083，最大排量为55.95kg/s，最小排量为18.46kg/s；

S3、采用相似变换原理，计算8245～12487RPM转速范围内其他转速下的压比-排量数据和效率-排量数据；

S4、以排量为横轴、压比为纵轴绘制正交网格。横轴的坐标值范围为(14.0kg/s，60.0kg/s)，横轴等间距画线的间距为1kg/s。纵轴的坐标值范围为(1.20，3.0)，纵轴等间距画线的间距为0.05；

S5、根据S2中所述的压缩机的工作范围，在S4绘制的正交网格图中画出压缩机正常运行的工作范围；

S6、依次从正交网格中横轴、纵轴的坐标起点网格开始搜索，若网格未落入压缩机的正常运行工作范围，则该网格的填充色RGB值为(R＝255，G＝255，B＝255)；

S7、若网格落入压缩机的正常运行工作范围内，则根据S3中得到的压缩机压比、效率、转速对该网格点进行RGB颜色填充，颜色取值计算式如下：

式中：Int表示取整函数；

图1是通过本发明的技术方案生成的压缩机性能色阶图，图1展示了将压缩机压比、排量、转速、效率性能数据综合处理的结果，不同的颜色RGB值代表不同的压缩机性能数据，且通过RGB的反演可以得到精确的压缩机压比、转速、效率数值，为查找、识别压缩机性能数据提供了新思路、新方法，有助于得到精确的压缩机性能数值，便于压缩机的调节和控制。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。