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给你个资料,看看你就明白了 1 引 言 涡旋压缩机作为新一代的回转式压缩机,目前 已广泛应用于制冷、空调、各种气体压缩、发动机增 压以及增压泵等。变频涡旋压缩机是在定速涡旋压 缩机的基础上开发而成的,其具有与结构相对应的 定速涡旋压缩机所固有的结构简单、高效、低噪、省 材、高可靠性、振动小以及变频调速的优点。从开发 变频涡旋压缩机之初,其发展方向就已确定了——— 沿着提高能源效率和改善结构特性的方向进行,所 以产品的性能是一个重要的设计评判准则,变频涡 旋压缩机自身的结构特点使得对其性能的进一步开 发应用显得尤为必要,但以往的传统测试系统以定 速涡旋压缩机为测试对象,其性能着重于理论和试 验的定性分析,试验系统功能不强、测量点少,传统 的以标准工况(定电压、定频率、定温度等)测定的 方法已不能满足发展高性能变频涡旋压缩机的要 求,因为变频涡旋压缩机的频率是随着外界工况的 不同而变化的,这有别于传统意义上的定速运转涡 旋压缩机,但这也是变频涡旋压缩机的最大优势所 在。为了更好地了解变频涡旋压缩机的性能和指导 实验及研制工作,定量分析就显得尤为必要,本文针 对此目的开发了一套基于计算机的变频涡旋压缩机 动态测试系统[ 1 ]。 2 变频涡旋压缩机的动态测试系统 2. 1 变频涡旋压缩机的结构特点 变频涡旋压缩机的性能参数构成了有优良运行 特性和可靠性的变频涡旋压缩机产品开发的基础。 变频涡旋压缩机主要由动、静涡盘、曲轴、防转机构、 平衡块和变频调速装置等部件组成,动涡盘相对静 涡盘做平面运动,由于变频涡旋压缩机的压缩过程 是多个压缩腔的同时工作,要了解压缩腔内压力的 变化,就必须要多个传感器分别对多个压缩腔同步 测量,在一台实验用变频涡旋压缩机的多个压缩腔 上安装几个动态压力传感器,就可以连续地测量某 一流体单元从进气到排气整个过程。分析测量出的 压力转角及压力容积曲线图就可以确定指示功率、 进气—压缩—排气的详细过程和进气与排气过程中 的损失及涡盘中泄漏严重的区域,包括变频涡旋压 缩机的内泄漏(轴向泄漏、切向泄漏和径向泄漏)和 外泄漏;其次排气孔的开设影响着压缩,通过测量排 气腔内压力的变化和排气口处的压力,可以得到过 压缩或欠压缩的损失信息,指导排气口的设计,所以 瞬时的轴速与涡盘内压力的测量对深入了解压缩过 程及其制约参数以反映确定问题所在都是有用的。 通过对进、排气温度、润滑油温度、主轴承温度以及 其它一些主要部位的温度测量,可以得出摩擦损失 的信息以及整机结构设计的优劣,通过对振动的测 量,可以用来衡量变频涡旋压缩机转子的不平衡量, 还可进一步分析不平衡量对性能的影响,这些方法 可应用于在很大转速和载荷范围内工作的变频涡旋 压缩机研究中。图1所示为研究变频涡旋压缩机而 设计的气体增压控制系统,试验系统主要由涡旋压 缩机、变频器、气体过滤器、储气罐和管路组成,气体 首先进入涡旋压缩机进行压缩,然后经过出口阀和 冷却器,冷却后的气体进入油气分离器,分离后的气 体进入出口储气罐,进行减压后再次进入压缩,测试 系统就是在此系统上开发而成的[ 2, 3 ]。 收稿日期: 2005204211 (修改稿) 基金项目:国家“863”计划项目(2002AA503020) 图1 气体增压供气系统 2. 2 动态测试系统的构成及工作原理 动态测试系统的主要构成有变频涡旋压缩机系 统、传感器、数据采集/处理系统、工控机/PC及接口 电路,图2为动态测试系统的示意图,采用变频调速 系统便于观察各参数随转速的变化,也可轻松地控 制电机的转速,由系统中的变频器可得到电机的功 率、电压、电流、转速、频率,采用高精度压力传感器 测量压缩机各压缩腔内的压力以及进出、口压力,监 测主要部位的温度:气体进、出口温度、主轴承温度、 密封处温度、冷却器出口温度,运用涡轮流量计来测 量气体流量,通过位置传感器提供角度基准,对于所 采集到的信号进行放大—滤波—A /D转换处理后, 进入工控机/PC,利用键盘、鼠标和显示器(动态测 试软件)进行人机对话。由于采集动态信号受到各 种因素的影响,在信号中经常混有与真实信号毫不 相关的噪声信号,这些噪声有可能淹没真实信号,使 动态采集到的信号严重失真,所以在采集信号过程 中,需加抗混滤器并对采集的信号进行处理。本文 对原始信号进行预处理是去除直流分量,滤波一定 要在采集模拟信号时进行,即去除信号的算术平均 值、趋势项和高频噪声,避免信号混叠,这样信号的 脉动量清晰,易于辨识和分析且不会有伪信号,保证 了测试数据的真实性和可靠性。 图2 动态测试系统 动态测试软件程序由测试管理模块、数据采集 模块、输出控制模块、数据处理模块、显示模块、文件 管理模块和报警模块等构成,由于程序的设计采用 了模块化的编程形式,其功能强大、灵活直观,可大 幅度减少传统系统设计所需的开发时间,在系统运 行过程中只需调用子程序模块,这样也大大降低了 程序的复杂程度,方便了程序的修改,而且对于系统 的拓展提供了便利的条件。当系统的测试项目增加 或是变动时,只需就其中的一个子程序和主程序进 行相应的更改,而其它的程序基本不必改动,大大减 轻了以后重新编程的任务,对于系统的扩展和维护 也提供了方便,可用于测点较少的小型产品测试,又 可用于测点较多的机组性能测试。硬件系统的构造 也采用基于模块的硬件,只需在硬件中增加新的插 卡,在软件中增加新的功能模块,测试系统的功能还 可进一步扩展,可实现同时测试多台机组的性能;扩 大系统的输出控制功能,分析测得的数据等。 动态测试软件运行测试管理模块后,按照试验 要求和行业标准等规定,通过动态测试界面来设置 数据采集系统的参数:试验的类型、项目、额定参数、 规定的工况参数、试验条件和硬件配置等,然后运行 数据采集和控制等模块,起动变频涡旋压缩机,预运 转,扫描主轴承、密封处等部位的温度,检测零部件 的配合情况,判断变频涡旋压缩机能否平稳运行;判 断可平稳运行则按设定的要求,将运转参数,调整 (测量、计算、比较、调整)到允许的波动范围之内, 在设定的工况下,测量吸排气温度、压力、主要部位 的温度、转速、轴扭矩、功率、流量等参数,处理测得 的数据并显示测试结果;调节主轴转速等参数,进行 超温、最高许可转速、最高许可压力等试验,考核变 频涡旋压缩机能否可靠运转;停止变频涡旋压缩机 系统,运行数据处理模块和文件管理模块等,对测得 的数据进行详细的分析和处理;最后打印试验报告 并将试验文件存档。在变频涡旋压缩机系统试验期 间,测试系统不断对其转速、出口压力、排气温度等 进行监控,发现越限则立即调用报警模块并强行停 机,通过动态测试软件就可以对变频涡旋压缩机的 性能进行测试评估,来实时指导变频涡旋压缩机的 设计和制造[ 4 ]。 2. 3 传感器的位置及安装 由于变频涡旋压缩机的自身结构和工作特点, 要反映变频涡旋压缩机的整个压缩过程,必须要全 程跟踪压缩某一气体单元的整个过程,通过在静盘 上安装六个压力传感器,这样可以完全测量某一气 体单元从进气到排气的整个压缩过程。静盘和动盘 的相对位置以及六个压力传感器在静盘上安装的典 型结构如图3所示,对于变频涡旋压缩机来说,这六 个传感器都是必需的,这是因为某一传感器位置只 暴露在某一给定气体单元的整个压缩过程的一部 第3期 彭 斌等.变频涡旋压缩机测试系统的研究·59· 分。离进气腔最近的传感器1的压力基准是通过在 吸气过程的一段时间内独立测量进气腔来确定的。 如图3 ( a)中,吸气腔闭合前,传感器1 和2 两个测 点处于相同的压力下,当吸气腔闭合时,传感器2就 开始对气体单元进行测量,随着曲轴转角的增加,气 体单元开始逐渐离开传感器2,在脱离传感器2 之 前,传感器2与3 同处于气体单元下。为了防止因 动涡旋转动时盖住或是离开压力测试孔造成压力值 的突变,测量传感器的安装必须保证相邻的传感器 在测量气体单元时有重叠的部分,而且曲轴在任意 转角时都有传感器能测量气体单元,这样就保证了 气体测量的连续性。随着气体单元逐渐被压向中心 排气腔,气体单元依次经过传感器3、4、5、6,最终通 过排气孔排出压缩腔,这样就实现了对整个压缩过 程的测量。由于涡旋压缩机的尺寸比较紧凑,通常 在静涡盘上安装压力传感器时,要注意传感器之间 的干涉,精确确定传感器的位置,由导通管或引管与 压缩腔相通,导通孔应紧靠涡旋体的内壁或外壁面, 且孔的直径应小于涡旋齿的厚度;同时也要注意传 感器的安装要求以及注意事项,这样才能保证所测 压力的精确性[ 5, 6 ]。 3 动态测试数据的分析 变频涡旋压缩机动态测试系统为压缩机的性能 分析提供了帮助,对变频涡旋压缩机一系列性能的 测试,不但为变频涡旋压缩机的设计提供了理论依 据,而且为变频涡旋压缩机的应用提供了技术支持, 进而为提高变频涡旋压缩机的EER、容积效率奠定 了基础。通过六个压力传感器所测出的六段信号, 就可以连接成为一个完整的压缩过程,这样对于整 个涡旋压缩机的压缩过程会非常清楚,一路测进气 压力,一路测排气压力,四路测压缩腔的压力,并结 合容积特性就可得出涡旋压缩机的示意图,这样可 进行整个系统的效率分析。图4为涡旋压缩机压力 随转角的变化,图中测量值与计算机模拟值符合的 非常好,说明涡旋压缩机的内外泄漏非常少;系统的 功率在低频和高频时测试的值与理论的功率有些偏 差,这从系统功率图5上可反映出来,首先这是因为 在进行测试时采用的普通异步电机,在低频和高频 时由于电机的机械损失以及发热使得整个系统的机 械损失和热损失比较大;同时在低频下变频涡旋压 缩机的内泄漏比较大,造成功率损耗,在高频下排气 脉动也造成较大的脉动损失,从而造成低频和高频 的效率不是很大;采用专用的变频电机,同时提高涡 旋齿的加工精度,会对变频涡旋压缩机的机械效率 有所提高。图6是各主要部位温度随频率的变化情 况,从图中可以看出,涡旋压缩机在高频运转下,各 主要部位温度上升很快,这是由于高频时的摩擦损 失很大,造成系统温升的提高,对于喷油涡旋压缩机 来说,设计好喷油系统的压力和位置,对涡旋压缩机 系统的温度降低有很大作用,通过对采集的数据进 行详细分析就可以全面了解变频涡旋压缩机的性能 特点[ 7 ]。 图3 传感器安装示意图 图4 压缩机压力随转角的变化( n = 3 400 r/min) 图5 系统功率随频率的变化 图6 主要部位温度随频率的变化 4 结 论 采用模块化软件和基于模块的硬件,实现了可 视化的变频涡旋压缩机动态测试与数据采集/分析 系统,通过该系统可以得到涡盘内的瞬时压力、吸排 气压力、温度、排气流量、电机转速、系统主要部位温 度和功率等性能指标的动态变化过程,对采集的数 据进行分析后,可获得有关变频涡旋压缩机运转的 详细情况,得到的结果为定量分析变频涡旋压缩机 ·60· 化工自动化及仪表 的性能提供了依据,可以及时地指导变频涡旋压缩 机的设计和制造,为优化结构、开发新机型提供了可 靠的理论依据。 [· |