試論離心壓縮機(jī)喘振起因探討及解決對策

　　【摘 要】離心式壓縮機(jī)是以葉片旋轉(zhuǎn)式為主的壓縮機(jī)，隨著葉輪的高速旋轉(zhuǎn)作用和通過擴(kuò)壓器的擴(kuò)壓，提高了介質(zhì)氣體壓力，離心式壓縮機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行是工業(yè)生產(chǎn)的重要保障。本文說明了喘振的判斷方法，對喘振原因進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并給出了防喘振條件及措施，為離心式壓縮機(jī)喘振的治理打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

　　【關(guān)鍵詞】離心式壓縮機(jī);喘振;管網(wǎng);性能曲線;控制措施

　　引言

　　隨著我國工業(yè)生產(chǎn)水平的提高，離心式壓縮機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛，其有點(diǎn)突出，得到了大家的認(rèn)可。但是離心式壓縮機(jī)在運(yùn)行的過程中容易發(fā)生喘振的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了工業(yè)生產(chǎn)的安全性和穩(wěn)定性。因此如何分析喘振的發(fā)生原因并采取有效的治理措施成為了工作人員需要解決的問題。下面就此進(jìn)行討論分析。

　　1.喘振的判斷方法

　　離心式壓縮機(jī)一旦發(fā)生喘振現(xiàn)象，則機(jī)組和管網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)會有以下較為明顯的特征：

　　(1)壓縮機(jī)和管網(wǎng)之間發(fā)生周期性的振蕩，并產(chǎn)生時(shí)高時(shí)低的噪聲，嚴(yán)重時(shí)機(jī)組甚至?xí)l(fā)生劇烈的“吼叫”聲。

　　(2)機(jī)殼和軸承發(fā)生強(qiáng)烈的振動，且振動不穩(wěn)定，時(shí)大時(shí)小，并發(fā)出強(qiáng)烈的、周期性的氣流聲;喘振的振動頻率一般較低，通常為1～30Hz。

　　(3)氣體介質(zhì)的出口壓力和入口流量大幅度的變化，發(fā)生周期性的脈動，嚴(yán)重時(shí)還可能產(chǎn)生氣體倒流的現(xiàn)象，這是較危險(xiǎn)的工況。

　　(4)拖動壓縮機(jī)的電機(jī)的電流表和功率表指針會產(chǎn)生大幅度的波動，并隨著喘振強(qiáng)度的增加而逐漸增大。

　　因此，在生產(chǎn)過程中，通過對離心式壓縮機(jī)運(yùn)行的聲音、進(jìn)口壓力和流量、振動幅度和儀表的觀察，就可以有效地判斷出喘振是否發(fā)生。

　　2.喘振原因的分析

　　2.1 喘振發(fā)生的內(nèi)因

　　研究表明，喘振發(fā)生的內(nèi)部原因與葉輪結(jié)構(gòu)及葉道內(nèi)介質(zhì)氣體有著密切的關(guān)系。當(dāng)進(jìn)口氣體流量瞬時(shí)降低，低過了所允許的最低工況點(diǎn)時(shí)，壓縮機(jī)內(nèi)的氣流流動方向與葉片進(jìn)口安裝角出現(xiàn)很大的偏差，造成葉道內(nèi)的氣流出現(xiàn)嚴(yán)重的“旋轉(zhuǎn)脫離”，使氣體在葉道中滯流，致使壓縮機(jī)壓力突然降低，然而出口系統(tǒng)的壓力并沒有瞬時(shí)下降，這就使排氣管內(nèi)壓力高的氣體流回壓縮機(jī)，使葉道內(nèi)的流量又得以補(bǔ)充，并恢復(fù)正常工作，當(dāng)壓縮機(jī)內(nèi)的流量再次減小時(shí)，系統(tǒng)氣體又會出現(xiàn)倒流，如此反復(fù)，系統(tǒng)中的氣流便產(chǎn)生了周期性的振蕩，并伴隨著強(qiáng)烈的噪聲，這就形成了壓縮機(jī)的喘振。

　　2.2 喘振發(fā)生的外因

　　通過對離心式壓縮機(jī)性能曲線的分析，當(dāng)喘振發(fā)生時(shí)，其工作點(diǎn)一定進(jìn)入了喘振工況區(qū)。因此，壓縮機(jī)的喘振與管網(wǎng)特性有著密切關(guān)系。所謂“管網(wǎng)”就是離心式壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)氣體介質(zhì)輸送任務(wù)的管道系統(tǒng)，位于壓縮機(jī)入口之前的稱吸入管道，位于壓縮機(jī)出口之后的稱為排出管道。管網(wǎng)一般均為由管線、管件、閥門和設(shè)備等四大要素組成。實(shí)踐表明，離心壓縮機(jī)管網(wǎng)容量愈大，喘振的振幅愈大，振頻愈低;管網(wǎng)容量愈小，喘振的振幅就越小，振頻愈高。

　　圖1為離心式壓縮機(jī)與管網(wǎng)聯(lián)合工作性能曲線圖。從圖可知，隨著管網(wǎng)阻力的增加，氣體流量的減少，其位置由1逐漸左移到2和3，工況點(diǎn)也由移到和，此時(shí)壓縮機(jī)不會產(chǎn)生喘振，當(dāng)氣體流量進(jìn)一步減少，管網(wǎng)性能曲線左移至位置4時(shí)，其工況點(diǎn)已進(jìn)入喘振區(qū)，壓縮機(jī)開始在喘振工況下運(yùn)行。顯然，隨著流量的減少，管網(wǎng)性能曲線不斷左移，并與壓縮機(jī)性能曲線交于喘振區(qū)，于是喘振發(fā)生。所以，管網(wǎng)性能曲線左移是產(chǎn)生喘振的條件。在離心式壓縮機(jī)的實(shí)際運(yùn)行中，以下各種因素也會導(dǎo)致喘振的發(fā)生：

　　(1)吸入量不足。

　　(2)系統(tǒng)壓力過高。

　　(3)操作不協(xié)調(diào)。

　　(4)機(jī)組內(nèi)的部件損壞。

　　(5)氣體介質(zhì)狀態(tài)的變化。

　　3.防喘振條件及措施

　　當(dāng)離心式壓縮機(jī)進(jìn)口流量減少到一定程度時(shí)，便會發(fā)生喘振，而維持壓縮機(jī)運(yùn)行的喘振流量要不低于壓縮機(jī)運(yùn)行的最小流量，即離心式壓縮機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)會得到不同的機(jī)組喘振時(shí)的性能參數(shù)，將這些喘振點(diǎn)的參數(shù)標(biāo)在性能曲線圖上，并連接起來，就可以得到離心壓縮機(jī)的喘振線。

　　圖2為一臺離心壓縮機(jī)在n1、n2、n3和n4轉(zhuǎn)速下的一組性能曲線，而每條性能曲線會根據(jù)在發(fā)生喘振工況時(shí)的性能參數(shù)產(chǎn)生出對應(yīng)的喘振點(diǎn)a1、a2、a3、a4和喘振流量。

　　如果壓縮機(jī)入口的進(jìn)氣量低于機(jī)器的喘振流量，必將導(dǎo)致喘振的發(fā)生，而在生產(chǎn)實(shí)踐中可以通過以下的措施來防止喘振的發(fā)生。

　　3.1壓力調(diào)節(jié)

　　壓縮機(jī)在高于設(shè)定壓力的條件下工作時(shí)，可通過進(jìn)口導(dǎo)葉節(jié)流的方式維持出口壓力，或打開防喘振調(diào)節(jié)閥將部分壓力放空;也可加裝旁通管，采用旁通回流的方法，使排出壓力保持在設(shè)定的壓力下，使其流量維持在所限定的最低流量之內(nèi)。

　　3.2變頻器調(diào)速

　　壓縮機(jī)在開始運(yùn)行時(shí)，負(fù)荷最大，傳感器把所測量的數(shù)據(jù)傳至PLC(可編程控制器)，PLC經(jīng)過PID運(yùn)算輸出運(yùn)行頻率到變頻器，控制變頻器，隨著壓縮機(jī)的運(yùn)行，PLC根據(jù)壓差與流量的降低發(fā)出信號，控制變頻器降低電源頻率，從而降低了運(yùn)行中壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，避免了壓縮機(jī)的喘振，并減少了不必要的能量損失。

　　3.3合理控制防喘振安全裕度

　　根據(jù)離心壓縮機(jī)性能曲線，見圖3，在喘振線右側(cè)采用了一條防喘振線作為防喘振調(diào)節(jié)器的給定值曲線，它與喘振線之間的這的區(qū)域是壓縮機(jī)的安全邊界，稱為安全裕度。它是在一定工作轉(zhuǎn)速下，正常流量與該轉(zhuǎn)速下喘振流量之比值，一般要求安全裕度。當(dāng)壓縮機(jī)工作點(diǎn)到達(dá)防喘振線時(shí)，防喘振調(diào)節(jié)閥打開，以使工作點(diǎn)右移進(jìn)入安全區(qū)，從而避免喘振的發(fā)生。

　　3.4改變離心壓縮機(jī)的參數(shù)

　　在結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇上，如采用后彎式葉片的葉輪，無葉擴(kuò)壓器，葉輪葉片進(jìn)口邊適當(dāng)加厚等;在設(shè)計(jì)時(shí)采用導(dǎo)葉可調(diào)機(jī)構(gòu)，以便在需要時(shí)，將部分氣流從葉輪出口引入到葉輪入口，通過改變?nèi)~輪入口氣流的預(yù)旋，來抑制喘振的發(fā)生。

　　3.5設(shè)置報(bào)警儀表

　　在離心壓縮機(jī)的進(jìn)口安裝流量、溫度監(jiān)視儀表，出口安裝壓力監(jiān)視儀表，一旦壓縮機(jī)已接近喘振工況區(qū)時(shí)能及時(shí)發(fā)出報(bào)警，以提前采取措施，防患于未然。

　　4.結(jié)語

　　綜上所述，離心式壓縮機(jī)存在喘振問題的時(shí)候，工作狀態(tài)十分危險(xiǎn)，我們要綜合分析壓縮機(jī)與管網(wǎng)聯(lián)合工作性能曲線，盡量避免喘振現(xiàn)象的發(fā)生，確保機(jī)組能夠正常運(yùn)行。離心式壓縮機(jī)的工作人員要熟悉并掌握喘振現(xiàn)象的起因，能在問題發(fā)生的時(shí)候及時(shí)采取相應(yīng)的措施，防止喘振發(fā)生，提高離心式壓縮機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。 [科]

　　【參考文獻(xiàn)】

　　[1]龐琳.離心壓縮機(jī)喘振的預(yù)防及解決措施[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2010.

　　[2]黃磊.離心壓縮機(jī)喘振的預(yù)防及解決措施[J].科技與企業(yè)，2011.