淺談離心式空壓機(jī)工作原理與設(shè)備運(yùn)維

辛庚嘉 劉文忠 王德恒

摘要：離心式壓縮機(jī)是一種借助葉輪旋轉(zhuǎn)以及擴(kuò)壓器擴(kuò)張等實(shí)現(xiàn)掐腰的提升，并根據(jù)排氣壓力的具體情況，劃分為離心通風(fēng)機(jī)、離心鼓風(fēng)機(jī)以及離心壓縮機(jī)三種。離心式壓縮機(jī)在許多工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中均有顯著的應(yīng)用，尤其是在金屬冶煉行業(yè)當(dāng)中的應(yīng)用尤為突出。對此，本文從離心式壓縮機(jī)在應(yīng)用過程中工作原理以及發(fā)生的喘振故障著手，探討離心式壓縮機(jī)的故障原因以及處理對策，并指出相應(yīng)的安全運(yùn)行改進(jìn)方法，為今后效果設(shè)備的采購、使用以及保養(yǎng)等提供理論性依據(jù)。

關(guān)鍵詞：離心式空壓機(jī);動(dòng)力系統(tǒng);喘振處置

1、設(shè)備概述

離心空壓機(jī)主要由轉(zhuǎn)子和定子兩大部分組成。轉(zhuǎn)子包括葉輪和軸。葉輪上有葉片，此外還有平衡盤和軸封的一部分。定子的主體是機(jī)殼（氣缸），定子上還安排有擴(kuò)壓器、彎道、回流器、迸氣管、排氣管及部分軸封等。離心壓縮機(jī)的工作原理為，當(dāng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，氣體隨著旋轉(zhuǎn)，在離心力作用下，氣體被甩到后面的擴(kuò)壓器中去，而在葉輪處形成真空地帶，這時(shí)外界的新鮮氣體進(jìn)入葉輪。葉輪不斷旋轉(zhuǎn)，氣體不斷地吸入、甩出，從而保持了氣體的連續(xù)流動(dòng)。

離心式空壓機(jī)依靠動(dòng)能的變化來提高氣體的壓力。當(dāng)帶葉片的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，葉片帶動(dòng)氣體轉(zhuǎn)動(dòng)，把功傳遞給氣體，使氣體獲得動(dòng)能。進(jìn)入定子部分后，因定子的擴(kuò)壓作用速度能量壓頭轉(zhuǎn)換成所需的壓力，速度降低，壓力升高，同時(shí)利用定子部分的導(dǎo)向作用進(jìn)入下一級葉輪繼續(xù)升壓，最后由蝸殼排出。對于每一臺壓縮機(jī)，為了達(dá)到設(shè)計(jì)需要壓力，每臺壓縮機(jī)都設(shè)有不同數(shù)量的級數(shù)和段數(shù)組成。

2、設(shè)備主要工作原理及控制

1）空壓機(jī)級中的氣體流動(dòng)

葉輪是離心式空壓機(jī)的主要部件。葉輪被驅(qū)動(dòng)機(jī)拖動(dòng)而旋轉(zhuǎn)，對氣體做功。氣體的壓力、溫度升高，比容縮小。氣體在葉輪中既隨葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，又在葉輪槽道中流動(dòng)。

葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)的速度即氣體的圓周速度在不同的半徑上有不同的數(shù)值，葉輪出口處圓周速度最大;氣體在葉輪槽道內(nèi)相對葉輪的流動(dòng)速度為相對速度，因葉片槽道截面積從葉輪進(jìn)口到出口逐漸增大，因此相對速度逐漸減小;氣體的實(shí)際速度是圓周速度u與相對速度的合成，此合成速度是相對固定機(jī)殼而言的，稱為絕對速葉輪葉片進(jìn)口處、出口度.且一般離心式空壓機(jī)氣體幾乎是軸向進(jìn)氣。

2）設(shè)備主要控制模式

目前主要為兩種模式控制，它們是恒壓基本控制和進(jìn)氣節(jié)流控制。使空壓機(jī)在各種工況下均有良好的節(jié)能表現(xiàn)?？諌簷C(jī)接收的信號：高壓柜允許合閘信號;斷路器合閘信號;斷路器跳閘信號?？諌簷C(jī)系統(tǒng)送出信號：電抗儀控系統(tǒng)綜合報(bào)警信號;高壓柜斷路器合閘指令;斷路器跳閘指令;電抗儀控系統(tǒng)綜合故障（跳閘）信號。以上信號均為無源干接點(diǎn)信號，接點(diǎn)：Ue=250VDC?Ie=5A.

a）基本模式控制：通過調(diào)節(jié)卸載控制閥來維持壓縮機(jī)的額定排氣壓力.當(dāng)廠用空氣消耗低于設(shè)計(jì)流量時(shí)，卸荷閥將打開，把過量的空氣排到大氣中.只有在進(jìn)氣溫度和/或壓力產(chǎn)生變化時(shí)，控制系統(tǒng)才調(diào)節(jié)進(jìn)氣控制閥，以維持設(shè)計(jì)馬達(dá)電流或進(jìn)氣密度。

b）進(jìn)氣節(jié)流模式控制：在滿足廠用空氣系統(tǒng)需求情況下，通過進(jìn)氣節(jié)流以減少馬達(dá)電流消耗。進(jìn)氣控制閥可以對氣流節(jié)流直到達(dá)到最小電流設(shè)定點(diǎn)。假如此時(shí)廠用系統(tǒng)需求量繼續(xù)下降，放空閥將自動(dòng)調(diào)節(jié)以保持設(shè)定壓力。

3、設(shè)備典型故障與運(yùn)行維護(hù)

1）末級溫度過高

故障表現(xiàn)：空壓機(jī)跳車后，現(xiàn)場觀看報(bào)警記錄，顯示“末級溫度過高”，復(fù)位后檢查無異常，開啟運(yùn)行。

分析與處置：根據(jù)查詢空壓機(jī)運(yùn)行參數(shù)趨勢，跳車前電流下降至55A，一二三級葉輪振動(dòng)有上升趨勢，IGV、放空閥同步動(dòng)作，排氣壓力曲線波動(dòng)。同時(shí)查詢10KV電壓趨勢，該時(shí)間段電壓由10.22KV降至9.46KV，電網(wǎng)電壓在此期間處于低電壓狀態(tài)?？膳袛嚯娏飨陆抵?5A時(shí)已進(jìn)入空壓機(jī)設(shè)定喘振保護(hù)區(qū)，在此期間發(fā)生空壓機(jī)喘振現(xiàn)象，導(dǎo)致機(jī)組保護(hù)跳機(jī)。

2）喘振跳車故障

故障表現(xiàn)：空壓機(jī)開機(jī)跳車，到現(xiàn)場觀看跳車記錄，顯示末級入口溫度高報(bào)警及喘振報(bào)警，現(xiàn)場檢查進(jìn)氣濾芯及排氣閥動(dòng)作情況，未發(fā)現(xiàn)異常，后續(xù)又進(jìn)行2次開機(jī)試車，都是在開機(jī)約5-10s就出現(xiàn)喘振現(xiàn)象，隨即出現(xiàn)報(bào)警停機(jī)，（在開機(jī)過程中電機(jī)啟動(dòng)后約5秒時(shí)顯示屏顯示系統(tǒng)壓力很快上升至4bar，進(jìn)口導(dǎo)葉開度為0%）。

故障原因分析：依據(jù)運(yùn)行情況及開機(jī)后各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)的變化，判斷可能導(dǎo)致空壓機(jī)在開機(jī)過程中的喘振原因有：

a.進(jìn)氣濾芯堵塞，導(dǎo)致進(jìn)氣阻力大;

b.進(jìn)氣導(dǎo)葉開度過小，導(dǎo)葉葉片卡澀或不動(dòng)作;

c.放空閥未打開，開度指示與實(shí)際不一致或閥芯脫落卡住;

d.級間冷卻器翅片堵塞造成排氣受阻;

e.放空排氣消音器有異物堵塞;

故障處理：對空壓機(jī)進(jìn)口導(dǎo)葉、放空閥進(jìn)行拆解檢查及動(dòng)作測試，進(jìn)口導(dǎo)葉各葉片無卡澀現(xiàn)象動(dòng)作正常;放空閥檢查閥軸與閥板的動(dòng)作一致無脫落或卡澀現(xiàn)象，進(jìn)氣過濾器檢查最外側(cè)一級過濾濾板灰塵較多，二級比較干凈，對進(jìn)氣濾芯進(jìn)行更換;對排氣消音器進(jìn)行現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)下部有噴出的水跡，其他無異常情況;開機(jī)前進(jìn)行手動(dòng)盤車后進(jìn)行試車，開機(jī)運(yùn)行正常。

綜合分析與預(yù)防：喘振的停機(jī)故障因素主要為進(jìn)氣過濾器1級濾芯較臟;排氣消音器處有冷凝水集聚造成放空受阻（另一方面考慮級間冷卻器疏水不暢或冷卻器本身有滲漏）。后續(xù)措施要a.觀察一、二、三級空氣冷卻器疏水情況;b.觀察消音器處是否存在漏水現(xiàn)象;c.觀察各運(yùn)行數(shù)據(jù)是否正常，是否出現(xiàn)振動(dòng)高、末級溫度高等現(xiàn)象;d.當(dāng)用氣量不穩(wěn)定，空壓機(jī)長時(shí)間處于放空狀態(tài)，需加強(qiáng)調(diào)整;e.檢查放空閥動(dòng)作情況、閥體檢查及IGV動(dòng)作情況（放空閥開閥時(shí)間為1-2秒、IGV動(dòng)作開動(dòng)時(shí)間在18-19秒）。

總結(jié)與展望：

綜上所述，離心式壓縮機(jī)以其優(yōu)越的特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)體系中，由于離心式壓縮機(jī)能否正常運(yùn)行事關(guān)整個(gè)化工行業(yè)運(yùn)行情況，所以保證離心式壓縮機(jī)的正常運(yùn)作是重中之重。維護(hù)保養(yǎng)是降低壓縮機(jī)故障發(fā)生率、提升運(yùn)行穩(wěn)定性的關(guān)鍵手段，因此，基于離心式壓縮機(jī)運(yùn)行性能要求的不斷提高，設(shè)備檢修人員必須強(qiáng)化安全意識、加強(qiáng)技能學(xué)習(xí)，防微杜漸，做好維護(hù)保養(yǎng)工作。

參考文獻(xiàn)：

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