Защита центробежных компрессоров от опасных (помпажных) режимов работы

В настоящее время широко применяются электронные устройства, реагирующие на начавшийся помпаж (сигнализаторы помпажа). Они непрерывно анализируют сигналы датчиков режимных параметров турбокомпрессора с целью выявления признаков начала газодинамической нестационарности (помпажа) и выдают сигнал в систему управления для принятия экстренных мер по выводу компрессора из опасных режимов. В целях обеспечения безопасности, задач диагностики и проведения помпажных испытаний центробежных компрессоров гораздо эффективней реагировать на ранние проявления газодинамической нестационарности, чем реагировать на начавшийся помпаж, который может привести к повреждению оборудования. В этой связи актуальным является применение устройств, реагирующих не только на помпаж, но и на вращающийся срыв, непосредственно предшествующий помпажу в центробежных компрессорах.
Ранее проблема обнаружения вращающегося срыва в промышленных центробежных компрессорах в условиях эксплуатации представлялась практически неразрешимой, так как составляющие сигналов датчиков, характеризующие явление вращающегося срыва, замаскированы собственными шумами датчиков, преобразователей, а также внешними помехами, природа которых носит как электрический, так и газодинамический характер, например, лопаточные частоты, флюктуация частоты вращения во времени и т.п.
В этой связи одним из наиболее перспективных направлений в области совершенствования методов распознавания помпажа турбокомпрессоров и выявления отличительных признаков, характеризующих различные формы проявления процесса газодинамической неустойчивости (помпажа и вращающегося срыва), является использование статистических методов обработки сигналов датчиков режимных параметров компрессора.
 

Анализ сигналов, записанных в цифровой форме, позволил анализировать и подвергать их различным методам обработки. В результате поисковых теоретических работ было выявлено, что наилучшие результаты обнаружения вращающегося срыва и помпажа дают вычисления дисперсии и ковариации сигналов.
Способность статистических способов обработки для сигнализации помпажа иллюстрируется на рис. 1, где приведены графики режимных параметров при помпажных испытаний нагнетателя Н133-21-01 производства Невского завода в ОАО «Уфаоргсинтез», г. Уфа. Данный пример выбран для иллюстрации помехо-устойчивости и способности к раннему предупреждению помпажа центробежных компрессоров.
Таким образом, диагностика явлений газодинамической неустойчивости в центробежных компрессорах с помощью статистических способов обработки сигналов датчиков режимных параметров позволяет корректно проводить  помпажные испытания и настройку систем антипомпажной защиты без ввода компрессора в опасные режимы «жесткого» помпажа. Это неоднократно использовалось специалистами ЗАО «НИИтурбокомпрессор им.В.Б.Шнеппа» при проведении пуско-наладочных работ. Мониторинг специализированных статистических параметров при проведении газодинамических испытаний позволил оперативно распознать начало неустойчивых режимов и своевременно выводить компрессор из опасной зоны без риска его повреждения.
Описанные способы диагностики защищены многочисленными патентами.

Практическая реализация
Для внедрения этих способов распознавания в системы управления центробежных компрессоров было разработано специальное математическое обеспечение, позволяющее оптимизировать процесс вычислений в реальном масштабе времени статистических функций, необходимых для распознавания вращающегося срыва и помпажа. Это дало возможность создать прикладное программное обеспечение для практической реализации данных способов на базе промышленных микропроцессорных контроллеров как отечественного, так и зарубежного производства. На рисунках 2 и 3 представлены компрессор 4ГЦ2-124/14-79 ГТУ (ОАО «СибурТюменьГаз», г. Пыть-Ях) и стойка управления центробежным компрессором с встроенным блоком антипомпажной защиты (сигнализатор помпажа на базе микропроцессорного контроллера PОMPC1 производства ЗАО «ЭМИКОН» (Россия)).
Внедрение сигнализаторов вращающегося срыва и помпажа на основе вероятностных методов обнаружения помпажных явлений позволило существенно повысить безопасность эксплуатации и проведение испытаний центробежных компрессоров. 

Республика Татарстан, г. Казань, ул. Халитова, 1, тел.: (843) 291-79-21, 291-79-63, факс: +7(843) 291-79-67, 291-79-68, 291-79-69, e-mail: info@compressormash.ru 

Республика Татарстан, г. Казань, ул.Сибирский тракт, 40, тел./факс:(843) 272-31-52, 272-32-06, e-mail: niitk@kazan.ru, www.niitk.kazan.ru