壓縮機防喘振的兩種方法

孫永泰

(沈陽市遼中通達機械廠,沈陽遼中110200)

1 離心式壓縮機喘振的原因

喘振是離心式壓縮機的固有特性。產(chǎn)生喘振的原因首先得從對象特性上找。

從圖1中可見壓縮機的壓縮比P2/P1-流量Q的曲線上有一個P2/P1值的最高點。在此點右面的曲線上工作,壓縮機是穩(wěn)定的。在曲線左面低流量范圍內(nèi),由于氣體的可壓縮性,產(chǎn)生了一個不穩(wěn)定狀態(tài)。當流量逐漸減小到喘振線時,一旦壓縮比下降,使流量進一步減小,由于輸出管線中氣體壓力高于壓縮機出口壓力,被壓縮了的氣體很快倒流入壓縮機,待管線中壓力下降后,氣體流動方向又反過來,周而復(fù)始便產(chǎn)生喘振。

喘振時壓縮機機體發(fā)生振動并波及到相鄰的管網(wǎng),喘振強烈時,能使壓縮機嚴重破壞。

2 防喘振自控系統(tǒng)的可行性分析

為使壓縮機安全有效和經(jīng)濟運行,在低負荷下操作時,其氣量應(yīng)始終保持在喘振區(qū)右邊并留有一定的安全裕量,一般控制線位于超過喘振極限流量的5%～10%之處。只要保證壓縮機吸入流量大于臨界吸入量QP,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)負荷下降時,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)。

圖1 壓縮機壓縮比與流量關(guān)系圖

3 防喘振自控系統(tǒng)的幾種實現(xiàn)方法

目前常采用兩類防喘振方法,即固定極限流量(或稱最小流量)法與可變極限流量法。

(1)固定極限流量法

固定極限流量的防喘振控制系統(tǒng),就是使壓縮機的流量始終保持大于某一定值流量,如圖1中的Qp,從而避免進入喘振區(qū)運行。

此法優(yōu)點是控制系統(tǒng)簡單,使用儀表較少。缺點是當壓縮機轉(zhuǎn)速降低,處在低負荷運行時,防喘振控制系統(tǒng)投用過早,回流量較大,能耗較大。

(2)可變極限流量法

在壓縮機負荷有可能通過調(diào)速來改變的場合,因為不同轉(zhuǎn)速工況下,極限喘振流量是一個變數(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?shù)陌踩Ａ?使防喘振調(diào)節(jié)器沿著喘振極限流量曲線右側(cè)的一條安全控制線工作,這便是可變極限流量法。

常用控制方案有兩種:一是采用測量壓縮機轉(zhuǎn)速,經(jīng)函數(shù)發(fā)生器作為流量調(diào)節(jié)器給定值 (圖2)。二是根據(jù)防喘振控制線的數(shù)學(xué)表達式,用常規(guī)儀表來模擬表達式 (1),控制流程如圖3所示。近年來隨著數(shù)字儀表和微處理器的發(fā)展,這樣的控制系統(tǒng)已容易實現(xiàn)。

其中:a、b由壓縮機制造廠決定,C是一個常數(shù)。

式中:

M—分子量;

Z—壓縮系數(shù);

R—氣體常數(shù);

k—綜合流量系數(shù)

4 防喘振控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法

一英格索蘭空氣壓縮機,型號為C90M×3,三級壓縮,流量為 11942m3/h,進氣壓力 (絕)為0.09MPa,排氣壓力 (絕)為 0.9MPa,功率為1305kW。防喘振控制系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 防喘振控制系統(tǒng)

此防喘振系統(tǒng)是通過測量機組出口壓力接近喘振點 (旁通閥打開點)時,打開旁通閥來放出部分空氣實現(xiàn)的。

旁通閥打開點的設(shè)定很重要。設(shè)定過高時,壓縮機在低負荷下消耗更大的能量。設(shè)定過低時,壓縮機將被允許穿過喘振線而發(fā)生喘振。而壓縮機的CMC可自動調(diào)整旁通閥打開點,使其高于喘振線的值來修正。

該壓縮機也曾發(fā)生喘振,從自控系統(tǒng)分析,有幾種情況會造成壓縮機喘振:

(1)出口壓力的檢測出現(xiàn)故障,使CMC接受的信號是假信號,造成旁通閥不能開到位。

(2)旁通閥故障,打不開。

(3)斜坡時間 (旁通閥從關(guān)到開的時間)設(shè)定過長,使旁通閥打開過于滯后。

(4)入口過濾器臟,過濾器阻力大,入口流量減小。

(5)CMC故障,使旁通閥失控。

5 結(jié)束語

離心式壓縮機的防喘振控制系統(tǒng),在保證大機組的安穩(wěn)運行方面起著極其重大的作用。防喘振控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法,可用固定極限流量法和可變極限流量法。還可根據(jù)具體的情況,增加一些其它方面的保安措施。

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