一种压缩机管道气流脉动计算方法、装置、设备及介质

本发明涉及压缩机，特别是涉及一种压缩机管道气流脉动计算方法、装置、设备及介质。

背景技术：

1、压缩机是一种提高气体压力的动力机械，由于往复式压缩机吸、排气的间歇性，使管道中的气流压力和速度呈周期性的变化，称为气流脉动。气流脉动会降低压缩机容积效率，引起额外的功率消耗，气阀工况变化，以及管道振动等。管道振动对安全生产造成很大的威胁。强烈的管道振动会使管路附件，特别是管道的连接部位和管道与附件的连接部位等处发生松动和破裂，轻则造成泄漏，重则由破裂而引起爆炸，造成严重事故。

2、在实际运行过程中，压缩机的流量需要根据工艺需求随时变化，而通过控制气阀启闭是一种具有经济性的压缩机流量调节方法。在对压缩机进行流量调节时，压缩机的激发函数随着流量调节比例发生变化，导致气流脉动分析中的激发函数产生变化，气流脉动特征也与没有流量调节时不同。因此，提出一种带流量调节的往复式压缩机气流脉动分析方法对压缩机的安全运行有十分重要的作用。

3、现有技术对气流脉动进行计算时，并没有对变流量工况下的压缩机气流脉动进行分析，同时未考虑变流量工况下，压缩机激发函数变化导致管道内气柱固有频率发生变化，导致改变后的气柱固有频率会跟管道结构固有频率接近甚至重合，诱发管道剧烈振动，造成安全隐患。

技术实现思路

1、本发明提供了一种压缩机管道气流脉动计算方法、装置、设备及介质，解决了现有技术并没有对变流量工况下的压缩机气流脉动进行分析，同时未考虑变流量工况下，压缩机激发函数变化导致管道内气柱固有频率发生变化的问题。

2、本发明提供一种压缩机管道气流脉动计算方法，包括以下步骤：

3、构建始端为压缩机端的管道系统模型，并获取管道系统模型中各基本元件的转移系数；

4、在管道系统模型正常运行时，计算未经流量调节的压缩机的第一流量；

5、设定流量调节比例，根据流量调节比例计算流量调节后的压缩机的第二流量；

6、根据第一流量和第二流量绘制流量调节后的流量曲线并对流量曲线进行谐量分析，得到压缩机激发函数；

7、根据所述压缩机激发函数计算压缩机的边界系数，根据压缩机的边界系数以及各基本元件的转移系数，计算各基本元件的气流脉动。

8、优选的，通过在压缩机气阀处增加液压装置，改变气阀的启闭时间进行流量调节。

9、优选的，所述计算未经流量调节的压缩机的第一流量，包括以下步骤：

10、定义转向曲柄与气缸列线的夹角为曲柄转角α，当曲柄转角为α＝180°时，是吸气阀的关闭角；曲柄转角α＝360°时，是排气阀的关闭角；

11、根据热力学多方膨胀指数m，计算得到角度θ；根据绝热指数k，计算得到β；

12、根据角度θ和β计算吸气阀的开启角αa与排气阀的开启角αc；

13、根据吸气阀的开启角αa与关闭角绘制未经流量调节后的流量曲线；

14、将未经流量调节后的流量曲线进行离散化，得到吸气阀开启时每一度流过的激发函数；

15、根据吸气阀开启时每一度流过的激发函数以及开启角αa与关闭角得到第一流量。

16、优选的，所述第一流量如下所示：

17、

18、其中，

19、flow(α)＝xb·rcrank·ω·|sinα|+0.5·rc·sin2α·ρ·s

20、式中，f1为第一流量，flow(α)为将流量离散化为360度，吸气阀开启时每一度流过的激发函数，dcylinder为气缸直径，dpipe为管内径，rcrank为曲柄半径，ω为压缩机角速度，α为曲柄转角，rc为曲轴连杆比，ρ为管道内气体密度，s为管道内通流面积；

21、所述第二流量如下所示：

22、

23、式中，f2为第二流量，αr为吸气阀延时关闭角度。

24、优选的，根据第一流量和第二流量绘制流量调节后的流量曲线，包括以下步骤：

25、根据第二流量得到吸气阀延时关闭角度αr；

26、根据吸气阀的开启角αa与关闭角以及吸气阀延时关闭角度αr绘制流量曲线。

27、优选的，所述压缩机激发函数如下所示：

28、

29、其中，

30、

31、

32、式中，flow为压缩机激发函数，a0为流量分析的常量部分，n为傅里叶分析的阶数，an和bn为傅里叶系数。

33、优选的，根据压缩机的边界系数以及各基本元件的转移系数，计算各基本元件的气流脉动，包括以下步骤：

34、根据压缩机的边界系数逐次递推转移，得到各基本元件的边界系数；

35、获取管道系统模型的终端的边界条件；

36、根据各基本元件的转移系数、终端的边界条件和边界系数计算压缩机的脉动压力中的未知量，得到压缩机的气流脉动；

37、根据压缩机的未知量计算各基本元件的脉动谐量，得到各基本元件的气流脉动。

38、一种压缩机管道气流脉动计算装置，包括：

39、构建模块，用于构建始端为压缩机端的管道系统模型，并获取管道系统模型中各基本元件的转移系数；

40、构建始端为压缩机端的管道系统模型，并获取管道系统模型中各基本元件的转移系数；

41、在管道系统模型正常运行时，计算未经流量调节的压缩机的第一流量；

42、设定流量调节比例，根据流量调节比例计算流量调节后的压缩机的第二流量；

43、根据第一流量和第二流量绘制流量调节后的流量曲线并对流量曲线进行谐量分析，得到压缩机激发函数；

44、根据所述压缩机激发函数计算压缩机的边界系数，根据压缩机的边界系数以及各基本元件的转移系数，计算各基本元件的气流脉动。

45、一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的压缩机管道气流脉动计算方法。

46、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

47、本发明首先构建了始端为压缩机端的管道系统模型，然后计算未经流量调节和经流量调节后的压缩机流量，对变流量工况下的压缩机气流脉动进行分析并计算得到了新的激发函数，根据该激发函数得到了边界系数，最终得到了模型中各元件的气流脉动。本发明的方案计算了变流量工况下的压缩机气流脉动以及激发函数，避免管道内气柱固有频率发生变化，不会诱发管道剧烈振动，提高了安全性。

技术特征：

1.一种压缩机管道气流脉动计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种压缩机管道气流脉动计算方法，其特征在于，通过在压缩机气阀处增加液压装置，改变气阀的启闭时间进行流量调节。

3.如权利要求1所述的一种压缩机管道气流脉动计算方法，其特征在于，所述计算未经流量调节的压缩机的第一流量，包括以下步骤：

4.如权利要求3所述的一种压缩机管道气流脉动计算方法，其特征在于，所述第一流量如下所示：

5.如权利要求4所述的一种压缩机管道气流脉动计算方法，其特征在于，根据第一流量和第二流量绘制流量调节后的流量曲线，包括以下步骤：

6.如权利要求5所述的一种压缩机管道气流脉动计算方法，其特征在于，所述压缩机激发函数如下所示：

7.如权利要求1所述的一种压缩机管道气流脉动计算方法，其特征在于，根据压缩机的边界系数以及各基本元件的转移系数，计算各基本元件的气流脉动，包括以下步骤：

8.一种压缩机管道气流脉动计算装置，其特征在于，包括：

9.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述权利要求1-7任一所述的压缩机管道气流脉动计算方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述权利要求1-7任一项所述的压缩机管道气流脉动计算方法。

技术总结
本发明公开了一种压缩机管道气流脉动计算方法、装置、设备及介质，涉及压缩机技术领域，包括以下步骤：构建始端为压缩机端的管道系统模型，并获取管道系统模型中各基本元件的转移系数；计算未经流量调节的压缩机的第一流量；设定流量调节比例，根据流量调节比例计算流量调节后的压缩机的第二流量；根据第一流量和第二流量绘制流量调节后的流量曲线并对流量曲线进行谐量分析，得到压缩机激发函数；根据所述压缩机激发函数计算压缩机的边界系数，根据压缩机的边界系数以及各基本元件的转移系数，计算各基本元件的气流脉动。本发明的方案考虑到变流量工况下的压缩机气流脉动以及激发函数的变化，避免管道内气柱固有频率发生变化，提高了安全性。

技术研发人员：陈星宇,赵彬,彭学院,冯健美
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/7/11