離心壓縮機喘振起因探討及解決對策

【摘 要】離心式壓縮機是以葉片旋轉式為主的壓縮機，隨著葉輪的高速旋轉作用和通過擴壓器的擴壓，提高了介質氣體壓力，離心式壓縮機的穩定運行是工業生產的重要保障。本文說明了喘振的判斷方法，對喘振原因進行了詳細的分析，并給出了防喘振條件及措施，為離心式壓縮機喘振的治理打下了堅實的基礎。

【關鍵詞】離心式壓縮機；喘振；管網；性能曲線；控制措施

0.引言

隨著我國工業生產水平的提高，離心式壓縮機的應用越來越廣泛，其有點突出，得到了大家的認可。但是離心式壓縮機在運行的過程中容易發生喘振的現象，嚴重影響了工業生產的安全性和穩定性。因此如何分析喘振的發生原因并采取有效的治理措施成為了工作人員需要解決的問題。下面就此進行討論分析。

1.喘振的判斷方法

離心式壓縮機一旦發生喘振現象，則機組和管網的運行狀態會有以下較為明顯的特征：

（1）壓縮機和管網之間發生周期性的振蕩，并產生時高時低的噪聲，嚴重時機組甚至會發生劇烈的“吼叫”聲。

（2）機殼和軸承發生強烈的振動，且振動不穩定，時大時小，并發出強烈的、周期性的氣流聲；喘振的振動頻率一般較低，通常為1～30Hz。

（3）氣體介質的出口壓力和入口流量大幅度的變化，發生周期性的脈動，嚴重時還可能產生氣體倒流的現象，這是較危險的工況。

（4）拖動壓縮機的電機的電流表和功率表指針會產生大幅度的波動，并隨著喘振強度的增加而逐漸增大。

因此，在生產過程中，通過對離心式壓縮機運行的聲音、進口壓力和流量、振動幅度和儀表的觀察，就可以有效地判斷出喘振是否發生。

2.喘振原因的分析

2.1 喘振發生的內因

研究表明，喘振發生的內部原因與葉輪結構及葉道內介質氣體有著密切的關系。當進口氣體流量瞬時降低，低過了所允許的最低工況點時，壓縮機內的氣流流動方向與葉片進口安裝角出現很大的偏差，造成葉道內的氣流出現嚴重的“旋轉脫離”，使氣體在葉道中滯流，致使壓縮機壓力突然降低，然而出口系統的壓力并沒有瞬時下降，這就使排氣管內壓力高的氣體流回壓縮機，使葉道內的流量又得以補充，并恢復正常工作，當壓縮機內的流量再次減小時，系統氣體又會出現倒流，如此反復，系統中的氣流便產生了周期性的振蕩，并伴隨著強烈的噪聲，這就形成了壓縮機的喘振。

2.2 喘振發生的外因

通過對離心式壓縮機性能曲線的分析，當喘振發生時，其工作點一定進入了喘振工況區。因此，壓縮機的喘振與管網特性有著密切關系。所謂“管網”就是離心式壓縮機實現氣體介質輸送任務的管道系統，位于壓縮機入口之前的稱吸入管道，位于壓縮機出口之后的稱為排出管道。管網一般均為由管線、管件、閥門和設備等四大要素組成。實踐表明，離心壓縮機管網容量愈大，喘振的振幅愈大，振頻愈低；管網容量愈小，喘振的振幅就越小，振頻愈高。

圖1為離心式壓縮機與管網聯合工作性能曲線圖。從圖可知，隨著管網阻力的增加，氣體流量的減少，其位置由1逐漸左移到2和3，工況點也由移到和，此時壓縮機不會產生喘振，當氣體流量進一步減少，管網性能曲線左移至位置4時，其工況點已進入喘振區，壓縮機開始在喘振工況下運行。顯然，隨著流量的減少，管網性能曲線不斷左移，并與壓縮機性能曲線交于喘振區，于是喘振發生。所以，管網性能曲線左移是產生喘振的條件。在離心式壓縮機的實際運行中，以下各種因素也會導致喘振的發生：

（1）吸入量不足。

（2）系統壓力過高。

（3）操作不協調。

（4）機組內的部件損壞。

（5）氣體介質狀態的變化。

3.防喘振條件及措施

當離心式壓縮機進口流量減少到一定程度時，便會發生喘振，而維持壓縮機運行的喘振流量要不低于壓縮機運行的最小流量，即離心式壓縮機在不同的轉速下運行時會得到不同的機組喘振時的性能參數，將這些喘振點的參數標在性能曲線圖上，并連接起來，就可以得到離心壓縮機的喘振線。

圖2為一臺離心壓縮機在n1、n2、n3和n4轉速下的一組性能曲線，而每條性能曲線會根據在發生喘振工況時的性能參數產生出對應的喘振點a1、a2、a3、a4和喘振流量。

如果壓縮機入口的進氣量低于機器的喘振流量，必將導致喘振的發生，而在生產實踐中可以通過以下的措施來防止喘振的發生。

3.1壓力調節

壓縮機在高于設定壓力的條件下工作時，可通過進口導葉節流的方式維持出口壓力，或打開防喘振調節閥將部分壓力放空；也可加裝旁通管，采用旁通回流的方法，使排出壓力保持在設定的壓力下，使其流量維持在所限定的最低流量之內。

3.2變頻器調速

壓縮機在開始運行時，負荷最大，傳感器把所測量的數據傳至PLC（可編程控制器），PLC經過PID運算輸出運行頻率到變頻器，控制變頻器，隨著壓縮機的運行，PLC根據壓差與流量的降低發出信號，控制變頻器降低電源頻率，從而降低了運行中壓縮機的轉速，避免了壓縮機的喘振，并減少了不必要的能量損失。

3.3合理控制防喘振安全裕度

根據離心壓縮機性能曲線，見圖3，在喘振線右側采用了一條防喘振線作為防喘振調節器的給定值曲線，它與喘振線之間的這的區域是壓縮機的安全邊界，稱為安全裕度。它是在一定工作轉速下，正常流量與該轉速下喘振流量之比值，一般要求安全裕度。當壓縮機工作點到達防喘振線時，防喘振調節閥打開，以使工作點右移進入安全區，從而避免喘振的發生。

3.4改變離心壓縮機的參數

在結構參數選擇上，如采用后彎式葉片的葉輪，無葉擴壓器，葉輪葉片進口邊適當加厚等；在設計時采用導葉可調機構，以便在需要時，將部分氣流從葉輪出口引入到葉輪入口，通過改變葉輪入口氣流的預旋，來抑制喘振的發生。

3.5設置報警儀表

在離心壓縮機的進口安裝流量、溫度監視儀表，出口安裝壓力監視儀表，一旦壓縮機已接近喘振工況區時能及時發出報警，以提前采取措施，防患于未然。

4.結語

綜上所述，離心式壓縮機存在喘振問題的時候，工作狀態十分危險，我們要綜合分析壓縮機與管網聯合工作性能曲線，盡量避免喘振現象的發生，確保機組能夠正常運行。離心式壓縮機的工作人員要熟悉并掌握喘振現象的起因，能在問題發生的時候及時采取相應的措施，防止喘振發生，提高離心式壓縮機運行的穩定性。 [科]

【參考文獻】

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