透平膨胀机的关键控制技术研究

发布时间：2019-07-11 15:31

【摘要】：在低温技术领域,透平膨胀机是极为重要的传统能源技术装备。它作为空分设备的心脏部机,其制冷量及等熵效率的合理调控决定着整机运行的经济性。传统粗放型的控制方式已不再适用于当下高效节能的时代主旋律,因此寻求一种更为合理的控制策略并引入先进控制算法对透平膨胀机的优化控制非常必要。透平膨胀机制冷控制改进策略以最优转速实现较大的等熵效率,在具体实现方案中又融合风机蝶阀制动与转动喷嘴叶片组调节,实现了制冷量上质控与量控的解耦,并进一步基于广义预测控制优化实现了对制冷量的精准调控。本文主要工作如下:(1)针对透平膨胀机传统控制在等熵效率方面的实现问题,提出了以改进的最优转速维持较大等熵效率的方法。首先,通过分析透平膨胀机的特性曲线,得出最大等熵效率与最佳特性比的对应关系;其次,通过最佳特性比的定义与各机理参数及热力学定律的结合推导,得出不同温降下,等熵效率与转速的对应关系;最后,由转速与等熵效率的关系,得出较大等熵效率下,改进的最优转速随温降的变化关系。在工程实践中,根据该关系指导转速调节即可获得较大的等熵效率。(2)针对透平膨胀机传统控制在制冷量调节方面的强耦合问题,提出了一种改进的制冷量控制策略实现方案,即以改进的最优转速控制维持较大等熵效率,以转动喷嘴叶片组调节实现流量控制,具体通过风机出口调节阀和喷嘴调节阀来分别完成对转速和流量的调控。该策略在始终保持以较大等熵效率运行的前提下,通过膨胀气量的辅助调节来实现相对经济的冷量制取。制冷量调节在质与量上相互独立,冷量实现更为精确可控。(3)针对透平膨胀机制冷控制改进策略实现方案的优化控制,在结合控制阀门的特性分析、风机的比例定律和具体透平膨胀机设计参数的基础上,通过数学分析处理,得出了最优转速、最优开度及透平膨胀机制冷优化控制的模型。同时,基于广义预测控制算法对该模型进行了仿真实现,取得了满意的制冷量优化控制效果。
文内图片：增压透平膨胀机结构

图片说明：膨胀机产业上也进一步加大了投入力度，并且成绩州杭氧股份有限公司、开封空分集团有限公司[36]、阳鼓风机（集团）有限公司等均在相关方面取得了关的职业培训也得到了飞速发展，如河南气体深冷对我国基础工业的健康发展具有特别的意义[33]。应用领域呈现出三大趋势。其一，中压透平膨胀机各类液化、液体设备的大范围应用，使得中压透平二，全液体膨胀机的应用增多。以内压缩流程空分置中膨胀机已摆脱传统工艺关于产生液化量现实制的成功应用。其三，增压透平膨胀机组应用成为市充、产品产量的有效调节等都离不开为其提供充足制冷的同时合理地回收利用了这部分轴端机械功，汽直排引发严重能量浪费和周边污染的行业难题。
文内图片：广义预测控制的基本结构图

图片说明：杭州电子科技大学硕士学位论文定差异。其优化中引入了多步预测的思想，使得控制系统鲁棒性更强，在抵抗机噪声、负载扰动等方面也表现更为优秀[63]，同时，其采用了长期优化性能指与自校正思想，，通过自由调整 GPC 控制器参数可调节控制性能，系统设计更为PC 的此类特点既源于工业实践需求又贴合实际工业对控制的要求，相对于其他PC 在工业过程控制中的综合控制性能优势明显[64]。义预测控制作为一种重要的预测控制算法，它符合预测控制的鲜明特点，通常以计算机为实现手段，广义预测控制的基本结构如图 1.2。yTg u k u k y kW
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB653

【参考文献】