離心式壓縮機喘振分析及解決措施

摘要：論述了離心式壓縮機喘振機理、影響因素、危害及判斷，以及本車間氣壓機組發生喘振時的處理措施。

關鍵詞：離心式壓縮機 喘振 機理 影響因素 危害 判斷 措施

0 引言

離心壓縮機是速度式壓縮機中的一種，由于具有排氣量大，效率高，結構簡單，體積小，氣體不受油污染以及正常工況下運轉平穩、壓縮氣流無脈動等特點，目前已廣泛應用于石油、化工、冶金、動力、制冷等行業。離心壓縮機的安全可靠運行對工業生產有著非常重要的意義。然而，離心壓縮機對氣體的壓力、流量、溫度變化較敏感，易發生喘振。喘振是離心壓縮機固有的一種現象，具有較大的危害性，是壓縮機損壞的主要誘因之一。早在

1945年于英國首先發現了離心壓縮機的喘振現象并引起了人們的注意。

1 離心式壓縮機的喘振機理及影響因素

1.1 離心式壓縮機的喘振機理 離心壓縮機工作的基本原理是利用高速旋轉的葉輪帶動氣體一起旋轉而產生離心力，從而將能量傳遞給氣體，使氣體壓力升高，速度增大，氣體獲得了壓力能和動能。在葉輪后部設置有通流截面逐漸擴大的擴壓元件(擴壓器)，從葉輪流出的高速氣體在擴壓器內進行降速增壓，使氣體的部分動能轉變為壓力能。可見，離心壓縮機的壓縮過程主要在葉輪和擴壓器內完成。當離心壓縮機的操作工況發生變動，而偏離設計工況時，如果氣體流量減小則進人葉輪或擴壓器流道的氣流方向發生變化，氣流向著葉片的凸面(工作面)沖擊，在葉片的凹面(非工作面)的前緣部分，產生很大的局部擴壓度，于是在葉片非工作面上出現氣流邊界層分離現象，形成旋渦區，并向葉輪出口處逐漸擴大。氣量越小，則分離現象越嚴重，氣流的分離區域就越大。由于葉片形狀和安裝位置不可能完全相同及氣流流過葉片時的不均勻性，使得氣流的邊界層分離可能先在葉輪(或葉片擴壓器)的某個葉道中出現，當流量減少到一定程度，隨著葉輪的連續旋轉和氣流的連續性，這種邊界層分離現象將擴大到整個流道，而且氣流分離沿著葉輪旋轉的反方向擴展，以至葉道中形成氣流旋渦，從葉輪外圓折回到葉輪內圓，此現象稱為旋轉脫離，又稱為旋轉失速。發生旋轉脫離時葉道中氣流通不過去，級的壓力突然下降，排氣管內較高壓力的氣體便倒流回級里來。瞬間，倒流回級中的氣體補充了級流量的不足，葉輪又恢復正常工作，重新把倒流回來的氣體壓出去。這樣又使級中流量減小，于是壓力又突然下降，級后的壓力氣體又倒流回級中來，如此周而復始，在系統中產生了周期性的氣流振蕩現象，這種現象稱為“喘振”。

2 喘振的危害及判斷

2.1 喘振的危害 喘振現象對壓縮機十分有害，主要表現在以下幾個方面：①喘振時由于氣流強烈的脈動和周期性振蕩，會使供氣參數(壓力、流量等)大幅度地波動，破壞了工藝系統的穩定性。②會使葉片強烈振動，葉輪應力大大增加，噪聲加劇。③引起動靜部件的摩擦與碰撞，使壓縮機的軸產生彎曲變形，嚴重時會產生軸向竄動，碰壞葉輪。④加劇軸承、軸頸的磨損，破壞潤滑油膜的穩定性，使軸承合金產生疲勞裂紋，甚至燒毀。⑤損壞壓縮機的級間密封及軸封，使壓縮機效率降低，甚至造成爆炸、火災等事故。⑥影響與壓縮機相連的其他設備的正常運轉，于擾操作人員的正常工作，使一些測量儀表儀器準確性降低，甚至失靈。一般機組的排氣量、壓力比、排氣壓力和氣體的密度越大，發生的喘振越嚴重，危害越大。

2.2 喘振的判斷 由于喘振的危害較大，操作人員應能及時判別，壓縮機的喘振一般可從以下幾個方面判別:①聽測壓縮機出口管路氣流的噪聲。當壓縮機接近喘振工況時，排氣管道中會發生周期性時高時低“呼哧呼哧”的噪聲。當進人喘振工況時，噪聲立即大增，甚至出現爆音。②觀測壓縮機出口壓力和進口流量的變化。喘振時，會出現周期性的、大幅度的脈動，從而引起測量儀表指針大幅度地擺動。③觀測壓縮機的機體和軸承的振動情況。喘振時，機體、軸承的振動振幅顯著增大，機組發生強烈的振動。

3 壓縮機的喘振預防及解決措施

三催化車間的氣壓機組是由美國DRESS-RAND公司制造的3M8-9兩段壓縮機和4U背壓式汽輪機組成，該機組安裝在公司120萬噸/年催化裂化裝置內，機組主要用來壓縮氣體、控制反應壓力。當汽輪機調速系統出現故障可導致壓縮機轉數急劇下降，壓縮機出口壓力下降，從而使管網中高壓氣體倒流回壓縮機引起喘振。

3.1 為了防止喘振發生，在操作中應注意到：①防喘振系統未投自動的情況下，機組的操作狀態必須遠離喘振區，留有足夠的防喘余度。②氣壓機開停與調整時，必須嚴守“升壓先升速，降速先降壓”的原則。操作中應緩慢、均勻，多次交替完成升壓和變速。③反映、分餾崗位應努力平穩操作，控制好冷后溫度，力求控制富氣參數在設計范圍內。④操作中必須密切觀察主蒸汽和背壓蒸汽參數，發現不利趨勢及時聯系加以調整。

3.2 氣壓機不同工況下喘振現象的處理措施。①針對低流量工況，應立即適量打開反飛動閥。②針對出口阻塞工況，應立即適當打開出口放火炬閥。③針對由氣體參數變化出現的喘振工況，應首先打開出口放火炬消除喘振狀態后，再調整操作改變氣體參數。④發生喘振工況時，氣壓機崗位操作員在情況判斷不明的情況下，應先開出口放火炬消除喘振狀態，再進行針對性處理的原則來操作。

4 結論

喘振是離心式壓縮機固有的特性，具有較大的危害。喘振現象的發生取決于管網的特性曲線和離心壓縮機的特性曲線。喘振形成的原因在于倒流與供氣的周期性地交替進行。應當結合生產實踐，逐步弄清喘振的機理，掌握喘振的主要影響因素，熟悉常見的喘振實例，采取有效的防喘振控制措施，提高離心壓縮機抗喘振性能和運行可靠性。