一種壓縮空氣制冷測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及防喘振研究

　　壓縮空氣制冷試驗(yàn)是在一定進(jìn)口壓力下，利用增壓透平膨脹機(jī)，獲得低溫、各種流量氣流的試驗(yàn)系統(tǒng)，主要用于模擬高空航空發(fā)動(dòng)機(jī)（Engine）的低溫環(huán)境試驗(yàn)系統(tǒng)主要由產(chǎn)生恒壓低露點(diǎn)氣源段、壓縮空氣制冷試驗(yàn)段和發(fā)動(dòng)機(jī)真空試驗(yàn)段三部分組成。氣源試驗(yàn)段主要完成制冷試驗(yàn)所需的氣源。壓縮空氣制冷試驗(yàn)段主要完成試驗(yàn)所需的狀態(tài)，其中試驗(yàn)氣體流量在1 15kg/sT，制冷出口氣體溫度達(dá)到一74°C，出口壓力穩(wěn)定（解釋:穩(wěn)固安定；沒有變動(dòng))在（絕壓）。
　　增壓機(jī)的喘振特性將影響到整個(gè)增壓系統(tǒng)和制冷效率。嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致(cause)整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓，甚至發(fā)生爆炸(blow up)等危險(xiǎn)情況，防止喘振現(xiàn)象的發(fā)生對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定安全運(yùn)行具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　1測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)(design)整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多渦輪制冷自動(dòng)控制，包括(bāo kuò)自動(dòng)開車、自動(dòng)停車、防喘振控制和緊急情況的自動(dòng)處理，在誤差允許的范圍內(nèi)將系統(tǒng)穩(wěn)定（解釋:穩(wěn)固安定；沒有變動(dòng))的控制在某個(gè)狀態(tài)，是該自動(dòng)控制整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
　　本測控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如所示。昆山空壓機(jī)維修軸承跑外圈一般是因?yàn)榕浜系木炔粔蛞约巴馊Χㄎ环绞皆O(shè)計(jì)不合理造成的。并非所有機(jī)頭都按這個(gè)時(shí)間進(jìn)行，如果保養(yǎng)好的可以延后，保養(yǎng)差的則需要提前。 昆山空壓機(jī)是回轉(zhuǎn)容積式壓縮機(jī)，在其中兩個(gè)帶有螺旋型齒輪的轉(zhuǎn)子相互嚙合，使兩個(gè)轉(zhuǎn)子嚙合處體積由大變小，從而將氣體壓縮并排出?？刂葡到y(tǒng)總體可分為：現(xiàn)場級(jí)，下位控制級(jí)和上位管理控制級(jí)。
　　現(xiàn)場級(jí)由傳感器、變送器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。將溫度傳感），男，陜西人，工學(xué)碩士，主要從事環(huán)境模擬試驗(yàn)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)方向的研究（research)。
　　控制技術(shù)計(jì)算機(jī)測量與控制。2014.22（4）一種壓縮空氣制冷測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及防喘振研究李鋒，楊軍鋒（中國華陰兵器試驗(yàn)(test)中心，陜西華陰714200）全面自動(dòng)控制：自動(dòng)開車、自動(dòng)停車和緊急情況的自動(dòng)處理；另外，針對(duì)增壓透平膨脹機(jī)制冷技術(shù)可能會(huì)發(fā)生的喘振現(xiàn)象，設(shè)計(jì)了多重防喘振方法，實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)系統(tǒng)多渦輪（Turbo）制冷的自動(dòng)控制和防喘振控制，并在實(shí)際試驗(yàn)中得到了很好的應(yīng)用，對(duì)類似的問題有一定借鑒意義。
　　關(guān)鍵訶：環(huán)境模擬(定義:對(duì)真實(shí)事物或者過程的虛擬)；分布式測控系統(tǒng)；自動(dòng)控制；喘振一s褒李——I轉(zhuǎn)速ar小儀基二-M位控制-.~~卜位控%場忪計(jì)算機(jī)測量與控制自動(dòng)控制。昆山空壓機(jī)保養(yǎng)冷卻水通過管道進(jìn)入空壓機(jī)中間冷卻器對(duì)一級(jí)壓縮排出的氣體進(jìn)行冷卻降溫，再進(jìn)入后冷器對(duì)排氣進(jìn)行冷卻，另一路冷卻水進(jìn)水管道經(jīng)過主電機(jī)上部的兩組換熱器冷卻電機(jī)繞組，還有一路對(duì)油冷卻器進(jìn)行冷卻。
　　2自動(dòng)控制設(shè)計(jì)1自動(dòng)控制過程描述（description）產(chǎn)生低溫氣體的核心設(shè)音是增壓透平膨脹機(jī)。系統(tǒng)共有3臺(tái)機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組可產(chǎn)生量要求，選擇單臺(tái)或多臺(tái)運(yùn)行。影響(influence)壓縮制冷的環(huán)境參數(shù)有試驗(yàn)(test)氣體流量(單位:立方米每秒)、試驗(yàn)出口溫度、渦輪（Turbo）壓比、渦輪轉(zhuǎn)速等。
　　首先，壓縮制冷試驗(yàn)前，根據(jù)本次試驗(yàn)要求，初始化智能儀表參數(shù)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的狀態(tài)(status)。然后，控制（control)氣源壓力調(diào)節(jié)閥，使氣源露點(diǎn)和入口壓力穩(wěn)定控制在渦輪（Turbo）正常工作所需的控制值。
　　最后，啟動(dòng)緊急切斷（割開；截?cái)?閥，氣體進(jìn)入增壓機(jī)及膨脹機(jī)逐漸打開嘖嘴，嘖嘴開大后，逐漸關(guān)小增壓機(jī)回流閥（設(shè)置回流閥的作用見本文33），使轉(zhuǎn)速升至工作狀態(tài)(status)時(shí)的轉(zhuǎn)速。啟動(dòng)期間實(shí)時(shí)巡查軸承溫度、進(jìn)油壓力(pressure)、密封氣壓力及整機(jī)運(yùn)行情況是否正常，并預(yù)警自動(dòng)處理(chǔ lǐ)。當(dāng)進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)真空試驗(yàn)時(shí)，反壓會(huì)下降，調(diào)節(jié)渦輪出口調(diào)節(jié)閥，控制反壓穩(wěn)定在40KPa（試驗(yàn)所需的真空度），保證試驗(yàn)安全穩(wěn)定進(jìn)行。
　　當(dāng)試驗(yàn)結(jié)束，根據(jù)試驗(yàn)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，有步驟（procedure)地自動(dòng)停車。昆山空壓機(jī)保養(yǎng)冷卻水通過管道進(jìn)入空壓機(jī)中間冷卻器對(duì)一級(jí)壓縮排出的氣體進(jìn)行冷卻降溫，再進(jìn)入后冷器對(duì)排氣進(jìn)行冷卻，另一路冷卻水進(jìn)水管道經(jīng)過主電機(jī)上部的兩組換熱器冷卻電機(jī)繞組，還有一路對(duì)油冷卻器進(jìn)行冷卻。首先全開運(yùn)行機(jī)組的增壓機(jī)回流閥。然后逐漸關(guān)閉嘖嘴，同時(shí)檢測(檢查并測試)進(jìn)氣壓力，減少供氣站供氣量，以免對(duì)設(shè)音造成損壞。最后關(guān)閉密封氣及其氣源，關(guān)閉緊急切斷閥。
　　22自動(dòng)控制設(shè)計(jì)(design)及實(shí)現(xiàn)6.0作為開發(fā)工具，根據(jù)試驗(yàn)系統(tǒng)(system)控制過程的描述，設(shè)計(jì)模擬人手動(dòng)操作過程，實(shí)現(xiàn)智能控制。在設(shè)計(jì)中遵循以下規(guī)則：（1）計(jì)算機(jī)軟件控制與智能儀表控制相結(jié)合，以計(jì)算機(jī)控制為主。計(jì)算機(jī)軟件實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場運(yùn)行狀態(tài)，通過(tōng guò)向智能儀表發(fā)送控制參數(shù)來控制現(xiàn)場各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)（organization)。
　　3防晡搌方法設(shè)計(jì)3.1喘振與喘振特性曲線（Curve）增壓機(jī)在一定進(jìn)口(import)壓力和轉(zhuǎn)速下，當(dāng)增壓機(jī)進(jìn)口流量小于一定數(shù)值時(shí)，會(huì)引起壓縮機(jī)軸溫、軸振動(dòng)及軸位移等參數(shù)(parameter)劇烈變動(dòng)，機(jī)器會(huì)發(fā)生喘振，此時(shí)壓力會(huì)大幅波動(dòng)，并發(fā)出強(qiáng)烈的合理的防喘振方案能有效保護(hù)機(jī)組遠(yuǎn)離喘振，為機(jī)組的安全平穩(wěn)運(yùn)行提供保障。
　　增壓機(jī)的特性曲線（Curve）是指：出口絕壓朽與入口絕壓朽之比（或稱壓縮比）和增壓機(jī)入口體積流量(單位:立方米每秒)的關(guān)系曲線，如所示。
　　連接增壓機(jī)不同轉(zhuǎn)速(Rotating speed)下的特性曲線的最高點(diǎn)，所得的曲線為喘振極限線，其左側(cè)部分稱為喘振區(qū)，如的陰影部分。
　　喘振情況與管網(wǎng)特性有關(guān)。管網(wǎng)容量越大，喘振的振幅越大，而頻率越低；管網(wǎng)容量越小，則相反。
　　3.2喘振極限方程的經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)于喘振極限線，可以通過理論推導(dǎo)獲得數(shù)學(xué)表達(dá)式。這條喘振極限線可用一個(gè)拋物線(Parabola)方程近似，其經(jīng)驗(yàn)公式為其中：Q為增壓機(jī)入口的體積流量，T為增壓機(jī)入口的絕對(duì)溫度，朽，朽分別為增壓機(jī)入口、出口壓力(pressure)，K，a均為常量，由增壓機(jī)制造廠家提供。
　　3.3固定極限流量(單位:立方米每秒)法防喘振目前普遍采用的喘振控制方法(method)主要有固定極限流量法、可變極限流量法和通用性能曲線控制法。結(jié)合實(shí)際工況以及相關(guān)，我們采取了固定極限流量法進(jìn)行喘振控制。始終將增壓機(jī)流量保持大于某一定值流量，從而避免進(jìn)入喘振區(qū)運(yùn)行，這種方法叫做固定極限流量防喘振控制。中Qb即為固定極限流量值。由公及本試驗(yàn)(test)的相關(guān)參數(shù)可計(jì)算出QB=3.1.增壓機(jī)無論運(yùn)行在多大轉(zhuǎn)速下，只要滿足Q>Qb的條件，增壓機(jī)就不會(huì)發(fā)生喘振。
　　本系統(tǒng)在增壓機(jī)設(shè)置(Settings)回流閥，如所示當(dāng)壓氣機(jī)入口流量小于Qb時(shí)將該閥打開，增壓機(jī)出口氣體經(jīng)旁路返回至增壓機(jī)入口，入口流量又增大到大于Qb.防止了喘振的發(fā)生。昆山空壓機(jī)是回轉(zhuǎn)容積式壓縮機(jī)，在其中兩個(gè)帶有螺旋型齒輪的轉(zhuǎn)子相互嚙合，使兩個(gè)轉(zhuǎn)子嚙合處體積由大變小，從而將氣體壓縮并排出。
　　增壓機(jī)回流閥3.4多重防喘振方法設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)喘振是系統(tǒng)工作中必須極力避免出現(xiàn)的情況。因此，在增壓機(jī)上必須有防止壓氣機(jī)喘振的措施。為了系統(tǒng)安全，將設(shè)計(jì)多重防喘振措施。分別為軟件自動(dòng)保護(hù)、硬件自動(dòng)保護(hù)和手動(dòng)切斷（割開；截?cái)?緊急切斷閥。（下轉(zhuǎn)第1126頁）計(jì)算機(jī)測量(cè liáng)與控制應(yīng)PID控制器(Controller)參數(shù)(parameter)的初始值，量化因子=125，艮= 40，比例因子K=1/320仿真響應(yīng)曲線如曲線1所示。
　　加入智能采樣環(huán)節(jié)后，仿真曲線如曲線2所示。由以上仿真結(jié)果可以看出，智能采樣環(huán)節(jié)的加入很好地提高(了控制品(Products)質(zhì)，減小滯后環(huán)節(jié)帶來的不利影響，更適合地溫中央空調(diào)風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用。
　　5結(jié)束語針對(duì)地溫中央空調(diào)樓宇內(nèi)風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基于嵌入式統(tǒng)，包含軟硬件設(shè)計(jì)以及針對(duì)被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型的算法仿真，結(jié)果顯示該智能控制方案大時(shí)滯系統(tǒng)控效果(xiàoguǒ)較好，較常規(guī)的Pro控制動(dòng)態(tài)性能改善明顯。通過仿真試驗(yàn)，各項(xiàng)數(shù)據(jù)的偏差在規(guī)定的范圍內(nèi)，很好地滿足系統(tǒng)的精度要求，實(shí)現(xiàn)地溫中央空調(diào)風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)的智能控制，有廣闊的應(yīng)用前景。