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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。