離心壓縮機喘振起因探討及解決對策
2015-04-29 00:00:00趙貴炎
【摘 要】離心式壓縮機是以葉片旋轉(zhuǎn)式為主的壓縮機，隨著葉輪的高速旋轉(zhuǎn)作用和通過擴壓器的擴壓，提高了介質(zhì)氣體壓力，離心式壓縮機的穩(wěn)定運行是工業(yè)生產(chǎn)的重要保障。本文說明了喘振的判斷方法，對喘振原因進行了詳細的分析，并給出了防喘振條件及措施，為離心式壓縮機喘振的治理打下了堅實的基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】離心式壓縮機；喘振；管網(wǎng)；性能曲線；控制措施
0.引言
隨著我國工業(yè)生產(chǎn)水平的提高，離心式壓縮機的應用越來越廣泛，其有點突出，得到了大家的認可。但是離心式壓縮機在運行的過程中容易發(fā)生喘振的現(xiàn)象，嚴重影響了工業(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。下面就此進行討論分析。
1.喘振的判斷方法
離心式壓縮機一旦發(fā)生喘振現(xiàn)象，則機組和管網(wǎng)的運行狀態(tài)會有以下較為明顯的特征：
（1）壓縮機和管網(wǎng)之間發(fā)生周期性的振蕩，并產(chǎn)生時高時低的噪聲，嚴重時機組甚至會發(fā)生劇烈的“吼叫”聲。
（2）機殼和軸承發(fā)生強烈的振動，且振動不穩(wěn)定，時大時小，并發(fā)出強烈的、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，嚴重時還可能產(chǎn)生氣體倒流的現(xiàn)象，這是較危險的工況。
（4）拖動壓縮機的電機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運行的聲音、進口壓力和流量、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。當進口氣體流量瞬時降低，低過了所允許的最低工況點時，壓縮機內(nèi)的氣流流動方向與葉片進口安裝角出現(xiàn)很大的偏差，造成葉道內(nèi)的氣流出現(xiàn)嚴重的“旋轉(zhuǎn)脫離”，使氣體在葉道中滯流，致使壓縮機壓力突然降低，然而出口系統(tǒng)的壓力并沒有瞬時下降，這就使排氣管內(nèi)壓力高的氣體流回壓縮機，使葉道內(nèi)的流量又得以補充，并恢復正常工作，當壓縮機內(nèi)的流量再次減小時，系統(tǒng)氣體又會出現(xiàn)倒流，如此反復，系統(tǒng)中的氣流便產(chǎn)生了周期性的振蕩，并伴隨著強烈的噪聲，這就形成了壓縮機的喘振。
2.2 喘振發(fā)生的外因
通過對離心式壓縮機性能曲線的分析，當喘振發(fā)生時，其工作點一定進入了喘振工況區(qū)。因此，壓縮機的喘振與管網(wǎng)特性有著密切關(guān)系。所謂“管網(wǎng)”就是離心式壓縮機實現(xiàn)氣體介質(zhì)輸送任務的管道系統(tǒng)，位于壓縮機入口之前的稱吸入管道，位于壓縮機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。實踐表明，離心壓縮機管網(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，工況點也由移到和，此時壓縮機不會產(chǎn)生喘振，當氣體流量進一步減少，管網(wǎng)性能曲線左移至位置4時，其工況點已進入喘振區(qū)，壓縮機開始在喘振工況下運行。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。在離心式壓縮機的實際運行中，以下各種因素也會導致喘振的發(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
當離心式壓縮機進口流量減少到一定程度時，便會發(fā)生喘振，而維持壓縮機運行的喘振流量要不低于壓縮機運行的最小流量，即離心式壓縮機在不同的轉(zhuǎn)速下運行時會得到不同的機組喘振時的性能參數(shù)，將這些喘振點的參數(shù)標在性能曲線圖上，并連接起來，就可以得到離心壓縮機的喘振線。
圖2為一臺離心壓縮機在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)生喘振工況時的性能參數(shù)產(chǎn)生出對應的喘振點a1、a2、a3、a4和喘振流量。
如果壓縮機入口的進氣量低于機器的喘振流量，必將導致喘振的發(fā)生，而在生產(chǎn)實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)
壓縮機在高于設(shè)定壓力的條件下工作時，可通過進口導葉節(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
壓縮機在開始運行時，負荷最大，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運算輸出運行頻率到變頻器，控制變頻器，隨著壓縮機的運行，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，從而降低了運行中壓縮機的轉(zhuǎn)速，避免了壓縮機的喘振，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。當壓縮機工作點到達防喘振線時，防喘振調(diào)節(jié)閥打開，以使工作點右移進入安全區(qū)，從而避免喘振的發(fā)生。
3.4改變離心壓縮機的參數(shù)
在結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇上，如采用后彎式葉片的葉輪，無葉擴壓器，葉輪葉片進口邊適當加厚等；在設(shè)計時采用導葉可調(diào)機構(gòu)，以便在需要時，將部分氣流從葉輪出口引入到葉輪入口，通過改變?nèi)~輪入口氣流的預旋，來抑制喘振的發(fā)生。
3.5設(shè)置報警儀表
在離心壓縮機的進口安裝流量、溫度監(jiān)視儀表，出口安裝壓力監(jiān)視儀表，一旦壓縮機已接近喘振工況區(qū)時能及時發(fā)出報警，以提前采取措施，防患于未然。
4.結(jié)語
綜上所述，離心式壓縮機存在喘振問題的時候，工作狀態(tài)十分危險，我們要綜合分析壓縮機與管網(wǎng)聯(lián)合工作性能曲線，盡量避免喘振現(xiàn)象的發(fā)生，確保機組能夠正常運行。離心式壓縮機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)生的時候及時采取相應的措施，防止喘振發(fā)生，提高離心式壓縮機運行的穩(wěn)定性。 [科]
【參考文獻】
[1]龐琳.離心壓縮機喘振的預防及解決措施[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2010.
[2]黃磊.離心壓縮機喘振的預防及解決措施[J].科技與企業(yè)，2011.
