離心式空氣壓縮機(jī)喘振故障與控制預(yù)防研究

屈楚劍

摘 要：隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的提升，石油化工產(chǎn)業(yè)在新的時(shí)代背景下得到了更好的發(fā)展。在石油化工生產(chǎn)中，離心式空氣壓縮機(jī)得到了廣泛應(yīng)用，運(yùn)行效率高、故障率低是其最大的特點(diǎn)。所以在離心式空氣壓縮機(jī)發(fā)生故障的時(shí)候，很難查到到故障的成因，因此技術(shù)人員必須清楚了解到壓縮機(jī)的工作原理，掌握壓縮機(jī)各部件的基本性能。在離心式空氣壓縮機(jī)運(yùn)行過程中，喘振是常見的一個(gè)故障問題。

關(guān)鍵詞：離心式空氣壓縮機(jī);喘振故障;控制預(yù)防

引言：離心式空氣壓縮機(jī)運(yùn)行期間，可能會(huì)出現(xiàn)很多故障問題，在空氣機(jī)組發(fā)生壓力脈沖的時(shí)候，會(huì)發(fā)出類似“喘氣”的聲音，即喘振故障的出現(xiàn)。壓縮機(jī)在發(fā)生喘振故障的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生較大的噪音，同時(shí)伴有強(qiáng)烈振動(dòng)現(xiàn)象[1]。離心式空氣壓縮機(jī)對(duì)每一個(gè)轉(zhuǎn)速點(diǎn)都有一定要求，在低于標(biāo)準(zhǔn)的情況下，會(huì)導(dǎo)致工況平衡性削弱，在此期間出現(xiàn)的節(jié)點(diǎn)即喘振點(diǎn)。一般情況下，輕微喘振不會(huì)造成壓縮機(jī)損壞，但也需要避免壓縮機(jī)在喘振的情況下運(yùn)行。這是因?yàn)榇衿陂g，可能會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)內(nèi)部葉輪和擴(kuò)壓器損壞，如喘振較為劇烈，流量波動(dòng)較大，可能會(huì)損壞軸承。

1.離心式空氣壓縮機(jī)常見的故障問題

1.1喘振

喘振故障只存在于離心式空氣壓縮機(jī)運(yùn)行期間。喘振故障一般可分為兩種情況，其一是離心式空氣壓縮機(jī)內(nèi)部壓力達(dá)到壓縮機(jī)可壓縮的最大值時(shí)產(chǎn)生的喘振。這種喘振故障可以在壓縮器運(yùn)行之前，對(duì)壓縮機(jī)的卸載壓力大小進(jìn)行設(shè)定，使運(yùn)行壓力始終小于標(biāo)定壓力。壓縮機(jī)流道中也會(huì)出現(xiàn)喘振故障，如工況發(fā)生改變，在壓縮機(jī)內(nèi)部空氣流量無法讓壓縮機(jī)產(chǎn)生足夠壓力時(shí)，導(dǎo)致壓縮機(jī)外部壓力高于內(nèi)部壓力，最終造成逆止閥關(guān)閉。在這樣的情況下，壓縮機(jī)無法輸出壓力，導(dǎo)致大量壓力在壓縮機(jī)內(nèi)部囤積，在囤積壓力超出外部壓力的情況下，逆止閥會(huì)被壓縮機(jī)內(nèi)部壓力重開。在排出氣體后，因缺乏足夠的空氣，壓縮機(jī)無法持續(xù)輸出，在壓縮機(jī)內(nèi)部壓力逐漸下降的情況下，會(huì)關(guān)閉逆止閥，空氣會(huì)重新在壓縮機(jī)內(nèi)部囤積，在壓縮機(jī)內(nèi)部壓力足夠的情況下再次排出。這種反復(fù)囤積和排出壓力的方式，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)負(fù)荷與輸出壓力出現(xiàn)頻繁波動(dòng)，逆止閥也會(huì)頻繁運(yùn)轉(zhuǎn)，在壓縮機(jī)發(fā)生低沉聲音時(shí)，流量和壓力始終處于不穩(wěn)定狀態(tài)，即喘振現(xiàn)象的出現(xiàn)。

1.2旋轉(zhuǎn)失速

離心式空氣壓縮機(jī)在運(yùn)行期間，受特殊因素影響，導(dǎo)致壓縮機(jī)內(nèi)部空氣流量減少，會(huì)增大葉柵的進(jìn)氣沖角。在進(jìn)氣沖角變大的情況下，壓縮機(jī)內(nèi)部部分葉片先產(chǎn)生氣體的繞流分離?？諝夥至骱罅鲃?dòng)損失增大，會(huì)出現(xiàn)氣流減少或氣流堵塞的情況。堵塞的氣流區(qū)會(huì)使周圍的空氣流動(dòng)發(fā)生變化，會(huì)增大相鄰葉片進(jìn)口的氣流沖角，最終導(dǎo)致分離，同時(shí)會(huì)降低對(duì)應(yīng)一邊相鄰葉片進(jìn)口的氣流沖角，以至出現(xiàn)分離區(qū)，并順著葉片柵圓周方向傳播。

2.喘振故障產(chǎn)生的原因

2.1葉輪磨損

離心式空氣壓縮機(jī)中的葉輪，主要起到增強(qiáng)空氣壓力、增加空氣流速的作用，空壓機(jī)內(nèi)部多數(shù)壓力都是由葉輪產(chǎn)生的。如果葉輪磨損較為嚴(yán)重，葉輪表面粘附物較多，會(huì)增大壓縮機(jī)喘振故障的概率。

2.2擴(kuò)壓器腐蝕磨損

處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的葉輪，會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的壓力，當(dāng)壓力與擴(kuò)壓器接觸，擴(kuò)壓器可以有效降低空氣流速，會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)空氣壓力，也就是說擴(kuò)壓器具有提高壓縮機(jī)內(nèi)部壓力的效果。在擴(kuò)壓器存在較為嚴(yán)重的磨損、腐蝕情況的時(shí)候，流速較高的空氣在經(jīng)過擴(kuò)壓器時(shí)很容易形成漩渦，會(huì)降低進(jìn)氣量，也就無法提高壓縮機(jī)內(nèi)部空氣壓力，在空壓機(jī)內(nèi)部輸出壓力持續(xù)降低的情況下，壓縮機(jī)會(huì)出現(xiàn)喘振故障。

2.3擴(kuò)壓器和葉輪間隙發(fā)生變化

離心式空氣壓縮機(jī)對(duì)擴(kuò)壓器和葉輪之間間隙的要求非常嚴(yán)格[2]。如果二者之間間隙過大，可能會(huì)出現(xiàn)串氣泄露的情況，會(huì)降低液壓機(jī)內(nèi)部空氣流量，在間隙過小的情況下，通過葉輪和擴(kuò)壓器的空氣流量會(huì)變小，如后端推力軸承有磨損問題，很容易導(dǎo)致葉輪與擴(kuò)壓器發(fā)生碰撞。所以在葉輪和擴(kuò)壓器之間間隙過大或過小的情況下，都會(huì)導(dǎo)致空氣流量變小，壓縮機(jī)無法提高輸出壓力，這也是導(dǎo)致喘振故障出現(xiàn)的原因。

3.離心式空氣壓縮機(jī)喘振故障的控制預(yù)防

3.1喘振故障的控制

為了更好的預(yù)防和控制離心式空氣壓縮機(jī)喘振故障，通?？梢圆捎米詣?dòng)雙重、空重車、恒壓節(jié)流、恒壓四種控制方式。在自動(dòng)雙重模式或恒壓節(jié)流過程中，在進(jìn)氣閥關(guān)小的情況下，會(huì)降低馬達(dá)電流，如因進(jìn)氣閥關(guān)小導(dǎo)致喘振故障發(fā)生，該馬達(dá)電流即節(jié)流極限。壓縮機(jī)運(yùn)行到節(jié)流極限值的時(shí)候，需要對(duì)進(jìn)氣閥角度進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)打開旁通閥排出適量壓縮空氣，使壓縮機(jī)內(nèi)部空氣流量持續(xù)流動(dòng)。如技術(shù)人員聽到壓縮機(jī)發(fā)出沉悶的“喘息聲”時(shí)，幾乎可斷定壓縮機(jī)出現(xiàn)了喘振故障。在此期間，技術(shù)人員需及時(shí)點(diǎn)擊控制盤上的服務(wù)按鈕，徹底將喘振現(xiàn)象清楚，避免因喘振故障對(duì)壓縮機(jī)造成損壞。

3.2喘振的預(yù)防

控制喘振的方式降低了壓縮機(jī)的設(shè)定壓力，導(dǎo)致壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓力達(dá)不到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)TL值容易受空氣溫度、系統(tǒng)負(fù)荷變化、設(shè)定壓力等因素的影響。在各種影響因素發(fā)生變化的時(shí)候，可能會(huì)導(dǎo)致提前設(shè)定好的TL值實(shí)效，喘振故障依然不會(huì)消失。為了避免喘振故障給離心式空氣壓縮機(jī)的正常運(yùn)行造成影響，必須針對(duì)喘振故障問題采取相應(yīng)的預(yù)防措施。

3.2.1預(yù)防磨損、腐蝕

離心式空氣壓縮機(jī)在運(yùn)行過程中，如葉輪出現(xiàn)磨損、腐蝕現(xiàn)象，在高速旋轉(zhuǎn)情況下可能會(huì)和擴(kuò)壓器發(fā)生碰撞，為了避免磨損、腐蝕問題影響葉輪旋轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，可使用不銹鋼材質(zhì)的葉輪。同時(shí)，還需要密切關(guān)注后端推理軸承的磨損情況，保證葉輪旋轉(zhuǎn)的平衡性。長時(shí)間使用壓縮機(jī)的過程中，葉輪表面可能會(huì)出現(xiàn)一些粘附物，則需技術(shù)人員定期對(duì)粘附物進(jìn)行清理，有效預(yù)防喘振故障的出現(xiàn)。另外還需要密切關(guān)注擴(kuò)壓器的磨損、腐蝕情況，因壓縮機(jī)運(yùn)行期間擴(kuò)壓器長期處于高壓、高溫的狀態(tài)下，所以技術(shù)人員需定期對(duì)擴(kuò)壓器進(jìn)行修復(fù)處理，避免磨損、腐蝕等情況的出現(xiàn)，如在磨損、腐蝕情況較為嚴(yán)重的情況下，則考慮更換擴(kuò)壓器[3]。

3.2.2控制葉輪和擴(kuò)壓器間隙

離心式空氣壓縮機(jī)運(yùn)行期間，葉輪與擴(kuò)壓器間隙如發(fā)生改變，喘振故障出現(xiàn)的概率提升，因此控制好葉輪與擴(kuò)壓器的間隙是很有必要的。為了更好觀測葉輪與擴(kuò)壓器的間隙變化，可在離心機(jī)高低速轉(zhuǎn)子位置安裝振動(dòng)傳感器，在葉輪與轉(zhuǎn)子發(fā)生變化的時(shí)候，振動(dòng)值也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，在變化超出標(biāo)準(zhǔn)值的時(shí)候，報(bào)警器會(huì)發(fā)出警報(bào)，提醒技術(shù)人員進(jìn)行處理。

結(jié)語：綜上所述，離心式空氣壓縮機(jī)如發(fā)生喘振故障，直接影響其運(yùn)行質(zhì)量，甚至?xí)?dǎo)致壓縮機(jī)報(bào)廢，因此避免喘振故障的發(fā)生，需要從預(yù)防控制方案做起。導(dǎo)致喘振故障的原因有很多，尤其是在葉輪、擴(kuò)壓器、軸承出現(xiàn)磨損和腐蝕情況的時(shí)候，很容易出現(xiàn)喘振故障，因此在壓縮機(jī)運(yùn)行期間，需重點(diǎn)檢查壓縮機(jī)的各部件，進(jìn)而提高離心式空氣壓縮機(jī)的性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]呂文浩，魯悅，劉云龍.離心式空氣壓縮機(jī)喘振故障分析與控制預(yù)防[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2020（26）：195-196.

[2]羅軍.離心式空氣壓縮機(jī)喘振故障分析與控制預(yù)防[J].新疆有色金屬，2016，39（S1）：83-85.

[3]鐘瑞明.離心式空氣壓縮機(jī)喘振故障分析與控制預(yù)防[J].采礦技術(shù)，2010，10（03）：84-86.

（烏魯木齊石化公司煉油廠，新疆 烏魯木齊 830000）