離心壓縮機(jī)的防喘振控制研究

方俊

（黑龍江新和成生物科技有限公司，黑龍江 綏化 152000）

離心壓縮機(jī)在生產(chǎn)領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，很多化工企業(yè)生產(chǎn)中，對(duì)離心壓縮機(jī)有著極高的依賴性，只有保障了離心壓縮機(jī)的可靠、安全運(yùn)轉(zhuǎn)，才能夠維持正常的生產(chǎn)作業(yè)。但因?yàn)殡x心壓縮機(jī)的使用特性，喘振現(xiàn)象十分常見(jiàn)，在當(dāng)下已經(jīng)越發(fā)引起了人們的關(guān)注，每個(gè)企業(yè)在離心壓縮機(jī)的使用過(guò)程中，都應(yīng)該根據(jù)自己的離心壓縮機(jī)配置情況，開展防喘振設(shè)計(jì)和控制，以保障防喘振控制策略的有效性。

1 離心壓縮機(jī)喘振的基本概述

1.1 性能曲線

在離心壓縮機(jī)的運(yùn)行中，從其運(yùn)行特性來(lái)看，基本保持的是葉片式旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)，葉輪保持在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的條件下，這一運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)使得葉輪中心部位會(huì)同步形成離心力作用，在葉輪的循環(huán)運(yùn)動(dòng)下，葉輪中心部位氣體不斷受到離心力作用，且該作用力呈現(xiàn)向外延伸的特點(diǎn)，在氣體得到了更高速度后，負(fù)壓器中所產(chǎn)生的氣體動(dòng)能就會(huì)發(fā)生一定的轉(zhuǎn)變，形成壓力，在葉輪中心產(chǎn)生負(fù)壓區(qū)，氣體不斷被吸入流道，該輸送過(guò)程呈現(xiàn)出連續(xù)性。

1.2 操作點(diǎn)

離心壓縮機(jī)在運(yùn)行時(shí)，出口與管路直接關(guān)聯(lián)，如果壓縮機(jī)處于正常的工作狀態(tài)下，壓縮機(jī)所形成的操作點(diǎn)如下：處于同一狀態(tài)的壓縮機(jī)氣量與流經(jīng)管路的氣量完全一致；管路壓力與壓縮機(jī)出口壓力相同。

1.3 喘振原理

結(jié)合離心壓縮機(jī)的運(yùn)行特性，當(dāng)氣流流向了葉輪背部出口附近后，會(huì)同步產(chǎn)生一定的能量損失，有關(guān)人員在開展能量損失的分析時(shí)，一般可直接利用氣流流向特性的分析來(lái)實(shí)現(xiàn)。在離心壓縮機(jī)的氣流流量偏小時(shí)，流量速度持續(xù)減小，且氣體徑向流速也呈不斷減小的趨勢(shì)，在這一趨勢(shì)下，進(jìn)入擴(kuò)壓器氣體的方向也大小也就發(fā)生了明顯的變化。在壓縮機(jī)出口壓力呈現(xiàn)下降趨勢(shì)時(shí)，也會(huì)同步引發(fā)出口管路系統(tǒng)壓力的調(diào)整，一旦在此過(guò)程中出現(xiàn)了氣體倒流，氣體流道的流量會(huì)快速得到補(bǔ)充，也就保持了離心壓縮機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。但在倒流情況下，氣體壓力顯著降低，系統(tǒng)內(nèi)會(huì)同步出現(xiàn)氣體流向問(wèn)題，且此問(wèn)題呈現(xiàn)周期性特征，加劇了壓縮機(jī)的振動(dòng)異常，這一現(xiàn)象也就是壓縮機(jī)的喘振。

2 離心壓縮機(jī)喘振的原因

2.1 核心部位的磨損

離心壓縮機(jī)的喘振是一個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題，引起這一現(xiàn)象的原因有多種，其中，核心部位的磨損是一個(gè)關(guān)鍵原因，根據(jù)離心壓縮機(jī)的運(yùn)行原理，核心部位主要負(fù)責(zé)的是氣體的壓縮，如果離心壓縮機(jī)處于長(zhǎng)時(shí)間使用的狀態(tài)，核心部位磨損嚴(yán)重，當(dāng)出現(xiàn)這一情況后，葉輪轉(zhuǎn)換壓縮氣體的能力將顯著降低，如果在這一情況下依然維持壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，葉輪的磨損將越發(fā)嚴(yán)重，也就會(huì)同步產(chǎn)生更大的喘振。磨損是誘發(fā)喘振的直接原因，但磨損又無(wú)法避免，需采取有效的措施進(jìn)行磨損控制。

2.2 擴(kuò)壓機(jī)器造成的腐蝕磨損

一些離心壓縮機(jī)的喘振問(wèn)題是由擴(kuò)壓機(jī)器腐蝕磨損所導(dǎo)致，因?yàn)殡x心壓縮機(jī)處于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的條件下時(shí)，存在強(qiáng)大的氣體壓縮，而此過(guò)程會(huì)對(duì)機(jī)器造成一定的腐蝕，加劇喘振。擴(kuò)壓機(jī)同樣是氣體壓縮中的關(guān)鍵構(gòu)成，因?yàn)樵跀U(kuò)壓機(jī)運(yùn)行時(shí)，氣體容重大大增大，可給氣體壓縮提供便捷，與此同時(shí)，擴(kuò)壓機(jī)同樣可對(duì)已壓縮氣體實(shí)施再壓縮，在長(zhǎng)時(shí)間的使用過(guò)程中，擴(kuò)壓機(jī)磨損嚴(yán)重，喘振效應(yīng)嚴(yán)重。

2.3 葉輪與擴(kuò)壓機(jī)之間的間隙變化

對(duì)于離心壓縮機(jī)而言，對(duì)葉輪越擴(kuò)壓機(jī)的間隙有著明確的規(guī)定，只有保障了間隙的科學(xué)性，才可以保持離心壓縮機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。但一些離心壓縮機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中，如果葉輪與擴(kuò)壓機(jī)的間隙沒(méi)有嚴(yán)格遵循相應(yīng)的規(guī)定，存在對(duì)間隙的隨意調(diào)整，也會(huì)增大喘振的發(fā)生概率。根據(jù)離心壓縮機(jī)的運(yùn)行情況，當(dāng)葉輪與擴(kuò)壓機(jī)的間隙過(guò)大時(shí)，存在氣體泄漏，而在間隙過(guò)小的情況下，葉輪與擴(kuò)壓機(jī)之間的磨損嚴(yán)重，引發(fā)的喘振危害巨大。

3 離心壓縮機(jī)的喘振控制策略

3.1 隨時(shí)調(diào)整設(shè)施的壓力

為有效減小喘振對(duì)離心壓縮機(jī)的危害，相關(guān)人員在離心壓縮機(jī)的使用中，應(yīng)結(jié)合運(yùn)行需求，對(duì)設(shè)施的壓力參數(shù)進(jìn)行靈活調(diào)整，相關(guān)人員要在壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)，開展全方位的壓力監(jiān)測(cè)，一旦壓力超出了標(biāo)準(zhǔn)值，就要立即開展對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)，在出口壓力的調(diào)節(jié)上，可通過(guò)對(duì)進(jìn)口流量的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)，必要情況下進(jìn)行防喘振調(diào)節(jié)閥的配置，利用這一調(diào)節(jié)閥將內(nèi)部壓力釋放出來(lái)。

3.2 應(yīng)用固定極限流量法

為在離心壓縮機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中有效實(shí)現(xiàn)對(duì)壓縮機(jī)壓力、流量等各個(gè)參數(shù)的科學(xué)調(diào)節(jié)和控制，如果為傳統(tǒng)壓縮機(jī)，一般可通過(guò)閥門回流、節(jié)流和放空的方式進(jìn)行基礎(chǔ)性的調(diào)節(jié)，雖然這些簡(jiǎn)單的調(diào)節(jié)方式對(duì)離心壓縮機(jī)的參數(shù)和防喘振控制有著一定的作用，但在調(diào)節(jié)工作結(jié)束后，伴隨著離心壓縮機(jī)的運(yùn)行，可能會(huì)加劇管網(wǎng)損耗，導(dǎo)致出現(xiàn)一定的能源浪費(fèi)，甚至在一些特殊的情況下難以保障離心壓縮機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致喘振情況過(guò)早出現(xiàn)。就當(dāng)下離心壓縮機(jī)的運(yùn)行和使用情況來(lái)看，很多企業(yè)中所采用的控制系統(tǒng)均為模擬形式的儀表，當(dāng)在壓縮機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)了喘振情況時(shí)，相應(yīng)模塊無(wú)法進(jìn)行錯(cuò)誤的修正。因?yàn)榇窬€呈現(xiàn)出非線性特征，控制效果很難保障，固定極限流量法在防喘振控制方面非常有效，總體上采用的是部分循環(huán)法，在這一方式下，離心壓縮機(jī)的流量始終超過(guò)某流量，也就可抑制壓縮機(jī)進(jìn)入喘振區(qū)。固定極限流量法控制流程如圖1所示。

圖1 固定極限流量法控制流程

在上圖中，用FT來(lái)表示差壓變送器，此差壓變送器在系統(tǒng)中的應(yīng)用，可對(duì)壓縮機(jī)入口流量進(jìn)行全面檢查，利用FC為表示調(diào)節(jié)器，可發(fā)揮比例積分調(diào)節(jié)作用，通常情況下，調(diào)節(jié)器中的設(shè)定值要略微大于壓縮機(jī)的喘振流量。旁路調(diào)節(jié)閥利用FV來(lái)表示，這一閥門屬于氣關(guān)閥，與調(diào)節(jié)器一樣發(fā)揮的是正作用，不同構(gòu)成要素之間的相互配合，可有效形成完善的控制回路，此回路為單相不可逆條件，當(dāng)在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)負(fù)荷降低情況時(shí)，F(xiàn)T也就是差壓變送器所檢測(cè)的流量要比實(shí)際值小一些，隨后，在調(diào)節(jié)器的作用下，流量進(jìn)一步降低，作用于調(diào)節(jié)閥上的壓力信號(hào)也同步減少，在這一系列的運(yùn)行條件下，壓縮機(jī)進(jìn)口流量閥門被緩緩打開，而入口流量顯著增大，因?yàn)樵O(shè)備負(fù)荷降低所引起的流量減少將得到一定的補(bǔ)充，也就可保障防喘振效果。

3.3 合理調(diào)整離心式壓縮機(jī)的參數(shù)

離心式壓縮機(jī)的防喘振控制上，也可通過(guò)對(duì)壓縮機(jī)各個(gè)參數(shù)的調(diào)節(jié)和控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槊總€(gè)企業(yè)的生產(chǎn)情況、離心壓縮機(jī)配置、各個(gè)參數(shù)都存在一定的區(qū)別，就需要在防喘振控制上，要嚴(yán)格根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行各個(gè)參數(shù)的科學(xué)調(diào)節(jié)，以保持離心壓縮機(jī)的可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。在離心壓縮機(jī)處理上，也可適當(dāng)對(duì)葉輪進(jìn)口側(cè)開展加厚處理，并對(duì)壓縮機(jī)設(shè)置可調(diào)導(dǎo)葉。

3.4 安裝離心式壓縮機(jī)喘振報(bào)警設(shè)備

隨著生產(chǎn)現(xiàn)代化的實(shí)現(xiàn)，當(dāng)下越來(lái)越多的企業(yè)都引入了現(xiàn)代化的生產(chǎn)技術(shù)，對(duì)離心壓縮機(jī)的防喘振控制上，同樣可采用現(xiàn)代化的控制技術(shù)，比如，可在離心壓縮機(jī)中進(jìn)行喘振報(bào)警設(shè)備的安裝，因?yàn)樵撛O(shè)備本身具有極高的智能化特征，可在壓縮機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中，由智能化模塊開展相應(yīng)的監(jiān)控，一旦識(shí)別出了潛在的喘振問(wèn)題，該裝置會(huì)立即發(fā)出警報(bào)，提醒有關(guān)人員來(lái)及時(shí)采取有效的措施進(jìn)行防喘振控制。

3.5 設(shè)置防喘裕度

離心壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)，如果可以將不同轉(zhuǎn)速的喘振流在特定的方式下連接起來(lái)，也就可獲得完整的喘振線，將此作為基礎(chǔ)以5%余量依次向右平移兩次，在這一條件下，也就可得到3個(gè)喘振線，這些防喘振線中，如果機(jī)組工作點(diǎn)與該線無(wú)限接近，在壓縮機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中，防喘振控制系統(tǒng)就會(huì)立即開啟防喘振線，開啟時(shí)間要保持到工作點(diǎn)離開喘振線的情況。防喘振快開線在處于機(jī)組流量持續(xù)降低的條件下，工作點(diǎn)會(huì)在短時(shí)間內(nèi)與第二防喘振線相互接近，在這一情況下，防喘振控制系統(tǒng)會(huì)立即進(jìn)行提示信號(hào)的反饋，進(jìn)而使得防喘振閥的安全開度設(shè)置符合要求。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著當(dāng)前離心壓縮機(jī)應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，各個(gè)企業(yè)都要意識(shí)到喘振現(xiàn)象對(duì)壓縮機(jī)所造成的巨大危害，根據(jù)喘振發(fā)生機(jī)理和原因，采取有效的防喘振控制措施，以保障離心壓縮機(jī)的可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。