具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用来解释本发明的技术原理，目的并不是用来限制本发明的保护范围。

本发明提供了一种多机串联运行的多轴压缩机组系统及其控制方法，该系统和方法是一种多机串联的宽背压系统及优化的控制方法，以快速启停和实现整个运行过程中的高效为目标，减少放空或者回流工况，提升了压缩空气储能系统的运行效率。

实施例一

如图1所示，该实施例提供的多机串联运行的多轴压缩机组系统包括低压机组1、高压机组2、第一输出管路3、第二输出管路4、高压防喘振阀5、低压防喘振阀6、放空阀7和放空消音器8；低压机组1和高压机组2均为多段式多轴离心压缩机组；低压机组1通过工频电机驱动，其进口通过流量调节装置9、空气过滤器19与外界大气连通，出口分别与高压机组2的入口、第一输出管路3连接，且低压机组1出口与高压机组2入口之间的管路上设置有止回阀10、第三切断阀11以及与第三切断阀11并联的调节阀12；第一输出管路3通过第一单向阀13和第一切断阀14与高压空气储罐15连接；高压机组2通过变频电机驱动，高压机组2的出口与第二输出管路4连接，第二输出管路4通过第二切断阀16和第二单向阀17与高压空气储罐15连接；高压防喘振阀5的进口经过一个换热器18后与高压机组2的出口连接，高压防喘振阀5的出口连接在高压机组2进口和调节阀12出口之间的管路上，即高压防喘振阀5的出口接点位于调节阀12的出口下游处；低压防喘振阀6的进口与低压机组1的出口连接，低压防喘振阀6的出口与外界大气连通；放空阀7的进口与高压机组2的出口连接，放空阀7的出口通过放空消音器8与外界大气连通。

本发明低压机组1和高压机组2均为多段式多轴离心压缩机组，低压机组1采用导叶定转速调节，压缩机配置成本低，通过单独充气模式，实现了在低背压充气区的高效充气；通过工艺配置和合理的压比分配，低压机组1能够常时间区处于额定工况运行而高效，在充气的中间至后续的过程，宽的背压变化范围完全控制高压机组2采用最佳的变转速调节来实现。同时，低压机组1无需采用变转速调节，减少了变频器的设置，节约了成本。

本发明低压机组1、高压机组2为多段式离心压缩机组，为实现较高的压缩效率，压缩机的每段压缩温度控制＜150℃，采用多段压缩机则考虑尽量减小压缩机的台数来降低成本。在该实施例中，低压机组1采用六级方案，低压六段式能够使一段压比尽可能的多，能够更快的达到额定工作状态而输出稳定更多的压缩高品质压缩热，从而获得更多的稳定压缩热源以便回收。因此，低压机组1和高压机组2中相邻两段压缩机之间、第一输出管路3、第二输出管路4上的八个换热器18，可对系统中的能量进行回收。高压机组2为两段式结构，只有两级叶轮，能够很容易的匹配变转速调节，获得最宽的高效工作区，模拟参数范围，可实现背压从5～10MPa的高效运行，几乎将所有可以用的变转速区间完全利用完。

在该实施例中，流量调节装置9具体可为导叶。导叶可以控制充气速度，避免快速充气导致高压机组2设备损坏。第一输出管路3和第二输出管路4上均设置有出口流量计20，共设置有两个出口流量计20。由于充气可以快可以慢，因此机组升负荷需设有控制变量，通过出口流量计20输出的流量控制，可以实现机组的恒流量输气的高效调节。

本发明系统运行时，设定储罐的最终储能压力为9～11MPa，该压力为最佳的充气压力，设定初始储能工作压力为3～4MPa。当储能压力超过4.0～5.0MPa时，高压机组2需介入工作，而此时低压机组1工作在小流量和最大压比的状态，低压机组1运行在最高转速，且运行点接近防喘振线；低压机组1出口通向高压机组2入口的管路上通过一个第三切断阀11隔开两机组的气路，使低压机组1压缩机单独工作时高压机组2压缩机不受影响。随着低压机组1的工作，低压机组1防喘振阀可能会打开实现低压机组1压缩机的出口压力恒定。该方式可实现单位有效压缩空气所消耗的压缩功最低，实现全自动的运行于自动加载、串机。

当低压机组1工作接近其最大压比时，打开低压机组1出口第三切断阀11的旁通阀(即调节阀12)，直至第三切断阀11全开，高压机组2及管道中充满压力等于低压机组1出口的空气；此时，低压机组1工作，高压防喘振阀5开并保持一定开度。因压比不够，储能充气暂时停止。开启高压机组2至最小工作转速，后不断关闭防喘振阀至压比逐渐建立，下面将上述过程通过以下步骤进行详细的说明，即本发明提供的多机串联运行的多轴压缩机组系统控制方法具体包括以下步骤：

步骤一、导叶处于小开度，低压防喘振阀6全开，低压机组1工频启动或者变频启动，启动完成后缓慢开启导叶，缓慢关闭低压防喘振阀6，通过第一输出管路3对高压空气储罐15恒流量充气，高压空气储罐15的初始压力为3～4MPa；

初始充气时，低压机组1入口导叶有一个小的关度；此时，采集去高压空气储罐15的第一输出管路3和第二输出管路4的流量信号，根据该流量信号，充气过程逐中渐打开导叶，使得低压机组1采用恒流量充气来实现高效充气；

步骤二、通过低压启动过程启动高压机组2；

当高压空气储罐15的背压超过4.0～5.0MPa时(不同压缩机工作性能差异，背压值变化)，止回阀10自动开启(止回阀10因低压机组1工作而处于自动打开的状态)，同时，打开调节阀12，将低压机组1出口的部分空气输入至高压机组2，使高压机组2处于充气状态，高压机组充气压力为低压状态，当高压机组2的充气压力达到2～5bar时，高压机组2充气完成，关闭调节阀12；高压机组2变频启动，以最低工作转速运行，此过程高压防喘振阀5处于全开状态；

高压机组2在最低工作转速运行过程中，低压机组1仍通过第一输出管路3向高压空气储罐15充气，打开调节阀12，将高压机组2内空气压力充至与低压机组1排气压力相等，此时第三切断阀11的阀前与阀后压力相等，打开第三切断阀11，实现低压机组1和高压机组2完全导通，此时，低压机组进口的导叶全开，工作于额定工况，高压机组2以最小工作转速运行，低压机组1仍通过第一输出管路3向高压空气储罐15充气并出现充气流量逐步减小；

步骤三、缓慢关闭高压防喘振阀5，升高高压机组2排气压力，同时通过导叶减小低压机组1的入口流量，降低低压机组1出口、高压机组2入口压力，直至高压防喘振阀5完全关闭，高压机组2运行在高效区；此时，低压机组1入口导叶有一个小的关度；

在该过程中，高压机组2开始向高压空气储罐15充气，且充气量逐渐提升，低压机组1向高压空气储罐15充气逐渐减少，直至高压空气储罐15的背压关闭第一单向阀13；

步骤四、随着高压空气储罐15充气背压的提高，缓慢打开导叶，同时逐步提升高压机组2的转速，使高压机组2的排气压力不断提升；为了实现压缩机的高效运行，此时根据高压空气储罐15的第一输出管路3、第二输出管路4上的流量信号，始终控制压缩机处于最佳的充气流量下，获得高效；

步骤五、随着高压空气储罐15背压的逐步提高，高压机组2逐步达到额定转速后，机组流量达到充气低阈值时，关闭机组，或者直至高压空气储罐15背压关闭第二单向阀17，充气完成。

实施例二

如图2所示，该实施例与实施一的系统设置基本相同，不同在于，第一输出管路3和第二输出管路4的出口通过输出主管路21与高压空气储罐15连接，输出主管路21上设置有出口流量计20，该种设置可以减少出口流量计20的设置，使得系统的成本进一步减小。该实施例提供的多机串联运行的多轴压缩机组系统控制方法具体包括以下步骤：

步骤一、导叶处于小开度，低压防喘振阀6全开，低压机组1工频启动或者变频启动，启动完成后缓慢开启导叶，缓慢关闭低压防喘振阀6，通过第一输出管路3对高压空气储罐15恒流量充气，高压空气储罐15的初始压力为3～4MPa；

初始充气时，低压机组1入口导叶有一个小的关度；此时，采集去高压空气储罐15的第一输出管路3和第二输出管路4的流量信号，根据该流量信号，充气过程逐中渐打开导叶，使得低压机组1采用恒流量充气来实现高效充气；

步骤二、高压机组2可以带压启动，带压启机省略了二次开启导叶的操作，但启动力矩较大；

打开调节阀12，高压机组2充气至高压机组2内部压力等于低压机组1排气压力后，打开第三切断阀11，完成低压机组1和高压机组2的导通，后通过变频启动高压机组2至最小运行状态；

步骤三、缓慢关闭高压防喘振阀5，升高高压机组2排气压力，同时通过导叶减小低压机组1的入口流量，降低低压机组1出口、高压机组2入口压力，直至高压防喘振阀5完全关闭，高压机组2运行在高效区；此时，低压机组1入口导叶有一个小的关度；

在该过程中，高压机组2开始向高压空气储罐15充气，且充气量逐渐提升，低压机组1向高压空气储罐15充气逐渐减少，直至高压空气储罐15的背压关闭第一单向阀13；

步骤四、随着高压空气储罐15充气背压的提高，缓慢打开导叶，同时逐步提升高压机组2的转速，使高压机组2的排气压力不断提升；为了实现压缩机的高效运行，此时根据高压空气储罐15的第一输出管路3、第二输出管路4上的流量信号，始终控制压缩机处于最佳的充气流量下，获得高效；

步骤五、随着高压空气储罐15背压的逐步提高，高压机组2逐步达到额定转速后，机组流量达到充气低阈值时，关闭机组，或者直至高压空气储罐15背压关闭第二单向阀17，充气完成。