离心式压缩机的喘振及控制探讨

离心式压缩机的喘振及控制探讨
【摘要】离心式压缩机属于透平式压缩机的一种，它具有的优点是：平稳的运转、体积小、处理量速度快、结构简单以及气体不受油污等。

近几年在物理、石油、机械制造等行业运用非常广泛。

离心式压缩机的安全可靠的运行被人们所看重，对工、农业生产意义重大。

但是，离心式压缩机易发生喘振，所以我们要防止此现象的发生。

【关键词】喘振喘振的危害防喘振
1 离心式压缩机工作的基本原理及特点
离心式压缩机工作的基本原理是利用叶轮的高速旋转带动机体内的气体也随之一同旋转，一方面压力有所提高，另一方面速度也极大增加，从而产生较大的离心力，气体就获得了巨大的能量。

在离心式压缩机的机体内，气体在流经叶轮后部的扩压器的通道时，流道截面逐渐增大，前面的气体分子流速降低，后面的气体分子不断涌流向前，使气体的绝大部分动能又转变为静压能，也就是进一步起到增压的作用。

当离心压缩机将排出的气体输向管网中时，如果压缩机排出的气体产生的压力与气体的流量都相当稳定时，这就是说明两者的性能相协调，是一种稳定的工作状况。

下面是这个稳定工作点所具有的两个条件：
一是压缩机的排气量、管网的进气量，两者应该相等；
二是压缩机排压、管网需要的端压，两者应该相等。

2 离心式压缩机的喘振现象
根据流体力学理论，当离心式压缩机的操作工况与设计工况偏离时，气体的流量就会减少，进而进入叶轮的气流的方向就会发生变化。

当气体的流量减少到低于最小流量值时，天然气流在叶片进口处与叶片发生冲击效应较大，在气流的连续性和叶轮的连续旋转下，这种边界层分离的现象就会扩大，直至整个流道，在叶道中形成气流漩涡，从而形成“旋转脱离”或“旋转失速”。

当发生旋转脱离时，气流在叶道中不能顺利的通过去，造成机体的出口压力大于进口压力，排气管内较高压力的气体便倒流回来。

瞬时，使叶轮又达到了正常压力值，从而又恢复了正常工作，因此就会把倒流回来的气体压出去。

这样的重复现象，使机体发出“哮喘”声，这种现象叫做压缩机的“喘振”。

3 喘振发生的条件
根据喘振的原理可知，喘振在下述条件下发生：
（1）在一定转速下使流量小于喘振流量发生喘振，这是由压缩机特性决定的。

在一定的转速下存在一个极限流量值，称为喘振流量。

当压缩机运行中实际
流量低于喘振流量时压缩机发生喘振；
（2）管网系统内气体压力过大时发生喘振。

当系统压力大大高出压缩机在一定转速下的极限压力时，使压缩机出口阻塞甚至管网气体倒流；
（3）机械零部件损坏或脱落会引发喘振；
（4）操作中，升速升压过猛，降速之前未能首先降压可能导致喘振。

升速升压要缓慢均匀，降速之前应先采取卸压措施；
（5）工况改变，如改变转速、流量时未参照特性曲线使压缩机运行点落入喘振区；
（6）防喘系统在压缩机运行时未投自动。

当外界因素变化时，未用自动防喘装置可能造成喘振。

4 离心式压缩机喘振的危害
压缩机发生喘振时不能正常工作，出口压力减小到低于出口管道系统压力，从而出现气体从管道系统向压缩机倒流的现象。

倒流现象直到管道中压力低于压缩机出口压力时停止。

但是通过压缩机的气体流量在出口的压力恢复到原值时再一次减小，压缩机再次发生喘振。

喘振现象对压缩机的危害主要表现在以下几个方面：
（1）气流在喘振时出现强烈振荡会造成供气参数的大幅度波动，不利于维持系统的稳定性；
（2）叶轮应力增加，叶片振动加强，噪声加大；
（3）动静部件发生摩擦与碰撞，甚至产生轴向窜动，损坏坏叶轮；
（4）加剧轴承磨损，使轴承合金产生裂纹甚至烧毁；
（5）损降低压缩机的密封性使压缩机效率降低，甚至造成爆炸事故；
（6）不利于与压缩机相连的其他设备及操作人员的正常工作，破坏仪表仪器的准确性。

因此，喘振在运行中是必须时刻提防的问题，离心式压缩机严禁在喘振区域内运行。

5 离心式压缩机喘振的控制探讨能及时从以下几个方面判别喘振：
（1）压力和流量的变化：离心式压缩机喘振时会出现大幅度且周期变化的
脉动，这时候仪表指针会大幅度地摆动。

（2）气流的噪声：排气管道中的噪声在压缩机接近喘振工况时出现，在进入喘振工况后大增。

（3）机体和轴承的振动：在喘振时，机体、轴承发生强烈的振动。

5.3 防止与消除喘振的方法
离心式压缩机发生喘振的根本原因是压缩机内气体的实际流量较低，从而使压缩机不能正常工作。

喘振是离心式压缩机的固有特性，防喘振的原理就是针对着引起喘振的原因，当发生喘振时需采取措施降低出口压力或增大入口流量，尽量降低喘振时间。

一般对无毒气体可采用放空，如空气、二氧化碳等；对有害气体采取回流循环，如氨气。

上述方法可增加流经压缩机的气体流量，有助于消除喘振。

在系统需要维持等压的情况下，为使排出压力达到原有水平应在放空或回流之后即时提升转速。

在升压和变速时要坚持“降速必先降压，升压必先提速”的原则。

升压要根据性能曲线，升到指定转速后再提升压力。

升速升压和降速降压应缓慢均匀，操作不要太猛。

除此之外还应参照压缩机性能曲线来控制防喘裕度，并且应当把防喘系统投入自动。

在提速和升压之前查好性能曲线，根据防喘裕度整定好防喘系统以后，在正常运行时应当关闭防喘阀门并投入自动，这样既经济又安全。

裕度太大会使得压力下降，造成浪费从而降低经济效益。

有的机组防喘振装置不投自动，造成大量气体在正常运行时回流或放空，且发生喘振时来不及用手动操作是，结果不能防止喘振。

这样既不经济又不安全。

6 结语
喘振对离心式压缩具有较大的危害。

应当结合生产实践，加强机组的维护和保养，从而提高离心式压缩机抗喘振性能。

总之，离心式压缩机的良好运行是经济效益和安全生产的保证。

因此，在生产过程中一定要逐步弄清喘振的机理并采取有效的防喘振控制措施，避免喘振等现象的发生。

参考文献
[1] 高慎琴，化工机器[M].化学工业出版社，2008
[2] 徐忠，离心式压缩机原理（修订本）[M].机械工业出版社，2010
[3] 魏龙，常新忠等，离心式压缩机喘振分析及实例[J].通用机械，2009。