防喘振閥的選型及動(dòng)作時(shí)間探討

摘要：針對(duì)壓縮機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的重要性，介紹壓縮機(jī)防喘振閥門(mén)的選型及防喘振閥門(mén)動(dòng)作時(shí)間的計(jì)算，通過(guò)簡(jiǎn)單的介紹，在選型過(guò)程中選擇合適的閥門(mén)和合理的附件，從而滿(mǎn)足防喘振閥門(mén)的要求，使壓縮機(jī)避免喘振。

關(guān)鍵詞：防喘振閥 ?閥門(mén)選型 ?動(dòng)作時(shí)間

壓縮機(jī)廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、食品、醫(yī)藥等行業(yè)中，壓縮機(jī)是非常重要的設(shè)備之一，它主要的作用是提高其壓力和輸送壓縮介質(zhì)的功能，它安全可靠地運(yùn)行對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)裝置的安全生產(chǎn)起著非常重要的作用。

1 壓縮機(jī)喘振的產(chǎn)生和危害

當(dāng)壓縮機(jī)的流量低于極限流量值時(shí)或壓縮機(jī)的輸出壓力比輸出管道下游的壓力小的時(shí)候都會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的工況，這會(huì)導(dǎo)致氣體介質(zhì)從壓縮機(jī)的出口倒流回壓縮機(jī)，造成壓縮機(jī)的氣體流量和排氣壓力周期性的低頻率、大振幅的波動(dòng)，引起壓縮機(jī)的強(qiáng)烈震動(dòng)，這就是壓縮機(jī)的喘振[1]。壓縮機(jī)的不穩(wěn)定工況導(dǎo)致壓縮機(jī)的工作性能不穩(wěn)定，使壓縮機(jī)周期性的發(fā)生噪音、振動(dòng)、嚴(yán)重的情況會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)的零件損壞，影響其正常的工作。

2 壓縮機(jī)防止喘振的方法

壓縮機(jī)防止喘振的方法主要有兩類(lèi)：一類(lèi)是在壓縮機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)盡可能的增加葉片氣體繞流無(wú)脫離的穩(wěn)定區(qū)。二類(lèi)是采取相應(yīng)的防喘振裝置來(lái)避免喘振，當(dāng)壓縮機(jī)的流量低于極限流量的時(shí)候，通過(guò)防喘振閥門(mén)或者放空閥、切斷閥來(lái)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的介質(zhì)流量或介質(zhì)壓力，讓壓縮機(jī)的流量處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)。這需要防喘振閥門(mén)的動(dòng)作時(shí)間非?？?，如果防喘振的動(dòng)作時(shí)間不能滿(mǎn)足壓縮機(jī)的介質(zhì)回流或者介質(zhì)壓力無(wú)法達(dá)到工作時(shí)穩(wěn)定狀態(tài)的要求，就有可能出現(xiàn)喘振。防喘振閥門(mén)的動(dòng)作時(shí)間一般都小于2秒，下面將闡述防喘振閥門(mén)的選型，壓縮機(jī)的防喘振閥門(mén)的口徑從DN25到DN2000不等，防喘振閥門(mén)的選型，我們?cè)谶@里主要考慮閥門(mén)的結(jié)構(gòu)類(lèi)型和閥門(mén)動(dòng)作時(shí)間。

2.1 防喘振閥門(mén)類(lèi)型的選擇

壓縮機(jī)防喘振閥門(mén)結(jié)構(gòu)類(lèi)型主要考慮介質(zhì)的壓差、溫度、流量及介質(zhì)的分子量，這幾個(gè)主要方面的因素將確定閥門(mén)的結(jié)構(gòu)類(lèi)型。閥門(mén)的壓差是決定閥門(mén)結(jié)構(gòu)類(lèi)型的主要因素，壓縮機(jī)上使用的防喘振閥門(mén)主要有單座閥、套筒閥、高壓差閥門(mén)、蝶閥，下面我將闡述這幾種閥門(mén)使用的場(chǎng)合。

2.1.1 直通單座閥

單座閥的允許壓差小，主要應(yīng)用在1MPa以下的場(chǎng)合，由于單座閥的CV值可以做的很小，所以在壓差大一些的場(chǎng)合也可以應(yīng)用，但前提是閥內(nèi)件必須進(jìn)行全司太萊堆焊等強(qiáng)化處理，才可以滿(mǎn)足使用要求。

2.1.2 套筒閥

套筒閥也叫籠式閥，套筒閥最突出的特點(diǎn)是密封面和節(jié)流面分開(kāi)、使用壽命比單座閥長(zhǎng)，閥芯具有壓力平衡孔，所以穩(wěn)定性好，可以承受比較大的壓差，由于套筒閥的流量窗口在套筒上，介質(zhì)高進(jìn)低處，所以適用于介質(zhì)出現(xiàn)閃蒸或者空化的場(chǎng)合，介質(zhì)流動(dòng)過(guò)程中，力相互抵消，具有降壓降噪的作用，壓縮機(jī)的防喘振閥門(mén)的前后壓差在3MPa以?xún)?nèi)都可以選用此類(lèi)型的閥門(mén)，現(xiàn)場(chǎng)具有很好的使用效果。

2.1.3 高壓差閥門(mén)

因?yàn)閴嚎s機(jī)的特殊性，介質(zhì)全部為可壓縮的氣體，受到介質(zhì)流量、壓差、溫度、分子量等因素的影響，在溫度、壓力、分子量不變的情況下，流量的增大會(huì)導(dǎo)致閥門(mén)的噪音和流速的提高;在流量、溫度、壓差不變的情況下，分子量的減小，同口徑閥門(mén)的情況下，會(huì)導(dǎo)致介質(zhì)流速和噪音的提高;在流量、溫度、分子量不變的情況下，壓差的改變對(duì)噪音的影響最明顯，所以在高壓差的壓縮機(jī)場(chǎng)合中，需要特殊的高壓差閥門(mén)來(lái)解決此類(lèi)問(wèn)題，高壓差閥門(mén)閥內(nèi)件的結(jié)構(gòu)形式主要有：打孔式、套筒式、多級(jí)降壓式、迷宮式等等的閥內(nèi)件形式。

2.1.4 蝶閥

在閥前后壓差比較小，管道口徑比較大、介質(zhì)流量大，要求空間比較小等情況下，蝶閥的經(jīng)濟(jì)價(jià)值馬上就體現(xiàn)出來(lái)了，同口徑的蝶閥價(jià)格是直動(dòng)閥的1/3，現(xiàn)在市場(chǎng)上最流行的三偏心蝶閥，可以達(dá)到六級(jí)泄漏量，雙向密封，扭矩小，所以蝶閥已占到壓縮機(jī)防喘振閥門(mén)的半壁江山。

2.2 防喘振閥的動(dòng)作時(shí)間

防喘振閥門(mén)最重要的一方面就是它的動(dòng)作時(shí)間，為了保證壓縮機(jī)不發(fā)生喘振，就必須保證防喘振閥門(mén)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)打開(kāi)或者關(guān)閉，防喘振閥門(mén)動(dòng)作時(shí)間的實(shí)現(xiàn)，主要是通過(guò)閥門(mén)附件來(lái)實(shí)現(xiàn)，主要的閥門(mén)附件有定位器、減壓閥、加速器、氣控閥、電磁閥等等。下面將舉例說(shuō)明防喘振閥門(mén)動(dòng)作時(shí)間的實(shí)現(xiàn)方法。

某項(xiàng)目有一臺(tái)壓縮機(jī)防喘振閥門(mén)，介質(zhì)為混合氣體，分子量是37.5，閥前溫度是64.6，最大流量是24702kg/h，正常流量是20188kg/h，最小流量是16262kg/h，閥前壓力是0.301MPa（A），閥后壓力是0.29MPa（A），氣源故障時(shí)：閥門(mén)打開(kāi)，閥門(mén)口徑與管道口徑一致，閥門(mén)要求：帶定位器、減壓閥、電磁閥，電磁閥斷電時(shí)，閥門(mén)從全關(guān)到全開(kāi)時(shí)間小于2秒，定位器正常工作時(shí)，調(diào)節(jié)時(shí)間小于10秒。

解：我們主要考慮閥門(mén)的動(dòng)作時(shí)間，閥門(mén)的CV值計(jì)算將不再闡述，由于閥門(mén)前后壓差不大，管道口徑比較大，我們選用三偏心蝶閥WB310 DN350，壓力等級(jí)選用Class150，執(zhí)行機(jī)構(gòu)選用單作用的SR-400-K10，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的容積是86L，供氣壓力是0.5MPa。

閥門(mén)動(dòng)作時(shí)間的計(jì)算是根據(jù)一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式，如下所示：

T=■×60

式中：T=閥門(mén)的動(dòng)作時(shí)間，單位S;Q=執(zhí)行機(jī)構(gòu)容積，單位L;P=供氣壓力，單位bar;q=主氣路限流原件的壓縮空氣流量，單位NL/min。

防喘振閥門(mén)時(shí)間要求：閥門(mén)從全關(guān)到全開(kāi)時(shí)間小于2秒，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的容積是86L，為了滿(mǎn)足時(shí)間要求，配備了氣動(dòng)加速器、氣控閥等附件。

根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)管徑有效截面積為18mm2時(shí)，流過(guò)的儀表氣流量是250NL/min，所以相應(yīng)附件的流通能力公式可以按照下面的公式計(jì)算：

■=■

式中：S=相應(yīng)附件流道的節(jié)流面積，mm2;V=相應(yīng)附件的流通能力，NL/min。

相應(yīng)附件的流通能力這里不在計(jì)算，具體如下所示：

減壓閥選用AW60-N10B，通徑為1寸，壓縮空氣量為7000NL/min;氣動(dòng)加速器選用4818ANJNS，通徑為1寸，壓縮空氣量為7000NL/min;定位器選用FISHER的DVC6200HC，電磁閥選用NF8327B102;氣控閥選用Bifold的PPV系列，通徑為1寸，壓縮空氣量為17500NL/min;氣源管選用φ25，壓縮空氣量為5800NL/min。

我們從圖1可以看出黑色的粗線為主控制氣路，這條氣路上面氣源管是限流元件，所以計(jì)算閥門(mén)從全開(kāi)到全關(guān)時(shí)間，應(yīng)該以氣源管的壓縮氣量為分母，如下所示：

閥門(mén)正常工作的調(diào)節(jié)時(shí)間：

T1 =■×60=■×60=4.5S，動(dòng)作時(shí)間滿(mǎn)足要求。

閥門(mén)從全關(guān)時(shí)間到全開(kāi)時(shí)間，因?yàn)檫@條氣路上面只有一個(gè)氣控閥而已，所以把氣控閥的壓縮氣量作為分母，如下所示：

閥門(mén)從全關(guān)到全開(kāi)時(shí)間T2=■×60=■×60=1.5S，動(dòng)作時(shí)間滿(mǎn)足要求。

閥門(mén)控制氣路圖如下所示：

■

圖1 ?閥門(mén)控制氣路圖

不管設(shè)計(jì)院如何要求，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是單作用還是雙作用，動(dòng)作時(shí)間多長(zhǎng)，計(jì)算方法是一樣的，因?yàn)殡p作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要帶儲(chǔ)氣罐，一是儲(chǔ)氣罐會(huì)增加閥門(mén)的成本，二是由于壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)原因，需要考慮壓縮機(jī)的配管，所以壓縮機(jī)防喘振閥門(mén)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般不選用雙作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

選型時(shí)，如遇到防喘振閥門(mén)有動(dòng)作時(shí)間的要求，需要確定哪個(gè)是主氣路，哪個(gè)是控制氣路，選擇合適的閥門(mén)附件后，一定要認(rèn)真、仔細(xì)的把時(shí)間計(jì)算好，不要因?yàn)殚y門(mén)動(dòng)作時(shí)間無(wú)法滿(mǎn)足壓縮機(jī)的喘振時(shí)間要求，而造成壓縮機(jī)的喘振，給用戶(hù)的生產(chǎn)造成不必要的麻煩。

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作者簡(jiǎn)介：陳玉玲（1983-），女，甘肅張掖人，助理工程師，本科，主要從事閥門(mén)附件的研究。