離心式壓縮機的喘振分析與控制研究綜述

嚴(yán)守相

摘要：離心式壓縮機相比往復(fù)式壓縮機，自身具有較多優(yōu)點，如流量大、體積小、效率高、維修便捷等。在如今工業(yè)化生產(chǎn)中對離心式壓縮機的應(yīng)用比較廣泛。然而，因為離心式壓縮機具有較強的敏感性，尤其是氣體流量以及壓力等參數(shù)的改變對機組工況有較大影響，這也易導(dǎo)致應(yīng)用中喘振現(xiàn)象的發(fā)生，本文著重對喘振控制措施進行了分析，旨在更好的應(yīng)用離心式壓縮機。

關(guān)鍵詞：離心式壓縮機;喘振分析;控制研究

引言

20世紀(jì)中葉，離心式壓縮機的喘振現(xiàn)象被英國人第一次發(fā)現(xiàn)，隨即受到各方關(guān)注。壓縮機的喘振是其固有現(xiàn)象，極具危害性，很容易損壞壓縮機。所以，在壓縮機實際應(yīng)用中，一定要弄清楚引起喘振的原因，哪些因素影響到喘振，以便積極采取措施，防止喘振發(fā)生，提高壓縮機運行的效率和可靠性。

一、喘振的概念

離心壓縮機在運行過程中，工況發(fā)生變化時，壓縮機出口壓力下降到一定數(shù)值是，管網(wǎng)氣體會倒流至壓縮機，當(dāng)壓縮機的出口壓力大于管網(wǎng)壓力是，壓縮機又開始排出氣體，氣流會在系統(tǒng)中產(chǎn)生周期性震蕩，管網(wǎng)壓力劇烈波動，機體本身劇烈振動，這種現(xiàn)象被稱為喘振。喘振的危害：喘振現(xiàn)象是離心式壓縮機工作在小流量運行時的不穩(wěn)定狀態(tài)，在這個過程中，壓縮機組劇烈振動，伴有強烈的噪音，對壓縮機內(nèi)部軸承，葉輪等設(shè)施造成極大損壞，與壓縮機連接的管道也發(fā)生振動，影響其他設(shè)備的正常運行，降低測量儀表的準(zhǔn)確率，影響工藝系統(tǒng)的穩(wěn)定。

二、喘振發(fā)生原因及影響因素

（一）喘振發(fā)生原因

（1）系統(tǒng)后路壓力過高導(dǎo)致，此種情況形成原因主要有：一突然停止運行中的壓縮機，導(dǎo)致不能放空壓縮機內(nèi)部氣體。二管路出口的逆止閥失靈，不能正常應(yīng)用。三閥門處氣體容量過大，在達(dá)到壓縮機出口前，氣體流量急劇減小，導(dǎo)致防喘系統(tǒng)的投自動完成不及時。（2）壓縮機運行過程中吸入流量較少導(dǎo)致。在實際生產(chǎn)中，此種現(xiàn)象的發(fā)生往往是由于壓縮機入口過濾器故障引起。如在寒冷的冬天，濾芯上形成結(jié)冰現(xiàn)象，進而造成壓縮機喘振現(xiàn)象的發(fā)生。

（二）喘振發(fā)生的影響因素

（1）離心式壓縮機運行時轉(zhuǎn)速變化

在固定轉(zhuǎn)速下，壓縮機產(chǎn)生的壓力與流量具有相關(guān)性，且壓縮機會產(chǎn)生一定程度上的喘振流量。喘振的發(fā)生與流量相關(guān)，當(dāng)壓縮機產(chǎn)生的流量比該轉(zhuǎn)速條件下產(chǎn)生的喘振流量小，就會在壓縮機內(nèi)發(fā)生喘振現(xiàn)象;壓縮機產(chǎn)生的流量比該轉(zhuǎn)速條件下產(chǎn)生的喘振流量大，就不會發(fā)生喘振現(xiàn)象。因此，在實際運行中要保證壓縮機產(chǎn)生的流量高于喘振流量。

（2）系統(tǒng)管網(wǎng)特性

壓縮機與管網(wǎng)系統(tǒng)直接接通，造成一定轉(zhuǎn)速下壓縮機的極限壓力和系統(tǒng)壓力之間存在較大的壓力差，進而使出口處的壓縮機流量減小，氣體在管網(wǎng)中發(fā)生回流，從而發(fā)生喘振現(xiàn)象。另外供氣不足也是引起壓縮機喘振的原因之一。

（3）介質(zhì)狀態(tài)的改變

氣體是壓縮機的主要介質(zhì)，氣體的狀態(tài)通常會影響壓縮機流量的變化，固定轉(zhuǎn)速的壓縮機，具有一定的喘振流量，但是進氣壓力增加會使喘振流量增加，進而使壓縮機流量相對減小，引起喘振現(xiàn)象。壓縮機的轉(zhuǎn)速以及進出口壓力不變時，進口氣體的溫度提高或者所占比例減少，都比較容易造成喘振現(xiàn)象。

三、喘振控制方法研究

（一）固定極限流量法防喘振

傳統(tǒng)的壓縮機類設(shè)備為達(dá)到控制流量或壓力的目的，可以采用閥門節(jié)流、旁通回流、放空等控制手段，這些調(diào)節(jié)方式雖然簡單易行，但卻是以增加管網(wǎng)損耗，浪費能源為代價的。它不能充分使壓縮機工作在其工況區(qū)，往往過早啟動防喘振系統(tǒng)，浪費了能源，降低了經(jīng)濟效益。且控制系統(tǒng)一般采用模擬儀表構(gòu)成，在壓縮機的喘振線發(fā)生變化時不能及時修正，對非線性的喘振線不能較好的實施控制。目前，固定極限流量法的控制參數(shù)通常分為3類，即：只控制流量或壓力的單參數(shù)控制;同時控制流量、壓力的雙參數(shù)控制;同時控制溫度、流量及壓力的多參數(shù)控制。只要保證壓縮機吸入流量大于臨界吸入量Q min，系統(tǒng)就會工作在穩(wěn)定區(qū)，不會發(fā)生喘振。即在生產(chǎn)降負(fù)荷時，須將部分出口氣體，經(jīng)出口旁路閥返回到入口或?qū)⒉糠殖隹跉夥趴?，保證系統(tǒng)工作在穩(wěn)定區(qū)。

（二）可變極限流量法防喘振

可變極限流量法常用在壓縮機流量經(jīng)常變動的情況下，通過改變壓縮機轉(zhuǎn)速的方法使壓縮機工況處于喘振區(qū)以外。由于壓縮機的喘振流量隨著轉(zhuǎn)速的變化而變化，所以可以通過改變轉(zhuǎn)速使入口流量高于喘振極限流量。同一臺壓縮機壓縮同樣容積流量的氣體，壓縮機給氣體提供的能量不變，多變指數(shù)不變。那么，進氣溫度增大、進氣壓力降低、分子量減小，都會引起排氣壓力的降低。可定性地得出：進氣溫度增大、進氣壓力降低、分子量減小都會使壓縮機性能曲線下移。在壓縮機負(fù)荷有可能通過調(diào)速來改變的場合，隨著不同工況（壓縮比、出口壓力或轉(zhuǎn)速），極限喘振流量是個變數(shù)。它隨轉(zhuǎn)速的下降而變小，所以最合理的防喘振控制方法，應(yīng)是留有適當(dāng)?shù)陌踩Ａ俊Ｗ儤O限流量法是采用隨動防喘振流量控制系統(tǒng)在壓縮機的不同工況下沿喘振曲線自動改變防喘振流量調(diào)節(jié)器的給定值，使防喘振調(diào)節(jié)器沿喘振曲線右側(cè)安全控制線工作，這樣既安全又節(jié)能。

（三）控制喘振的新型方案

（1）利用回流對喘振進行控制，該方案在實施上主要通過對電機的轉(zhuǎn)速進行改變，合理的調(diào)整流量，從而實現(xiàn)控制喘振，降低壓縮機在運行過程中能量消耗的目的。（2）聯(lián)鎖控制，該控制主要通過交流接觸器和時間繼電器等元件共同構(gòu)成，通過兩者之間的相互制約和作用實現(xiàn)對電路的保護，從而實現(xiàn)對喘振的預(yù)防。（3）預(yù)估控制，該方案的實施主要是在工作進入喘振控制前，開啟旁路控制閥，從而確保機組在設(shè)備運行過程中能夠安全運行。預(yù)估控制的方式主要有兩種，分別為工作點跟蹤和移動速率檢測點跟蹤。

四、結(jié)束語

在如今的現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，離心壓縮機作為管網(wǎng)輸送系統(tǒng)主要的動力設(shè)備應(yīng)用比較廣泛，然而在實際的應(yīng)用過程中，經(jīng)常有喘振現(xiàn)象發(fā)生，進而對壓縮機本身形成損害，同時嚴(yán)重影響了生產(chǎn)效益。結(jié)合實際應(yīng)用過程，對喘振發(fā)生的原因進行分析，利用相應(yīng)措施做到合理控制，增強離心壓縮機自身的抗喘振性，使得離心壓縮機維持正常工作。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄧鳳龍.離心式壓縮機的喘振分析與控制[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2015，5（036）：1211-1212.

（作者單位：液化空氣（日照）有限公司）