大型透平式压缩机防喘振控制及应用
大型透平式压缩机是工业生产中常见的设备，其运行过程中可能会出现喘振现象，严重时甚至会对设备造成损坏。对大型透平式压缩机进行喘振控制至关重要。本文将从大型透平式压缩机的喘振原因、喘振控制方法和应用实例等方面进行探讨。
一、大型透平式压缩机的喘振原因
1. 受力不平衡：透平式压缩机在运行过程中，由于零部件的磨损或装配不良等原因，会导致叶片、轴承等部件受到不平衡的力，从而引起喘振。
2. 流体动态影响：透平式压缩机在高速旋转时，叶片与流体之间的相互作用会导致流体的波动和压力的变化，若流体动态影响不稳定则容易引起喘振。
3. 控制系统不良：大型透平式压缩机的控制系统，包括调速装置、润滑系统等，如果调控不当或存在故障，也会导致喘振的发生。
1. 结构设计优化：在透平式压缩机的设计阶段，可以通过优化结构设计来降低叶轮、轴承等部件的受力不平衡，减少喘振的发生概率。
2. 流体动态分析：通过数值模拟或实验手段，对透平式压缩机叶片与流体的相互作用进行研究，找出流体动态影响不稳定的原因，并采取相应措施来稳定流场，减少喘振的可能性。
3. 控制系统优化：对于透平式压缩机的调速装置、润滑系统等控制系统，进行优化设计和严格的质量控制，确保其正常运行，避免因控制系统问题引起的喘振。
4. 振动监测与诊断：对大型透平式压缩机进行振动监测，并建立相应的诊断系统，及时发现喘振现象并采取措施进行控制。
以某大型化工装置中采用的透平式压缩机为例，通过对其喘振问题的控制，取得了良好的应用效果。
该透平式压缩机采用了先进的结构设计和流体动态分析技术，通过优化叶轮结构和流道形状等手段，降低了受力不平衡和流体动态影响，极大地减少了喘振的发生概率。
控制系统方面，采用了先进的调速装置和智能化的润滑系统，保证了设备在高速旋转时的平稳运行，有效地避免了因控制系统不良引起的喘振。
1. 概述
为使涡轮压缩机稳定运行在一定区域内，会有一个最小流量的限制。当测定体积流量低于此最小流量时，进气叶轮的进气流量方向会反复变动，这种现象称作“喘振”。此时，对机械元件（如进气导叶片）的冲击压力会非常大，元件极易损坏，因此，要避免喘振的发生。为使压缩机稳定运行-甚至在测定流量不断减少的情况下-压缩机需要配备一个旁通/排放阀。旁通/排放阀用来弥补实际流量与最小流量的差值，由喘振控制器控制。稳定运行状态与不稳定运行状态的分界线被称作喘振线。喘振的发生取决于各种因素如温度、压力等。在喘振线与喘振控制线之间必须有一个安全距离来确保稳定控制。
2. 喘振控制器FIC
喘振控制器为安全控制器，只有在极端情况下才激活。它的作用就在于防止压缩机喘振。
喘振控制器的过程值PV为压缩机的测定体积流量（m³/h ），依据下式数值，计算得到：
Tflow 流量计安装处的温度Pflow 流量计安装处的压力dPflow 流量计两端的差压const：
常数计算公式如下：
喘振控制器的设定值SP是一个固定值（旁通/排放线=喘振线+安全距离），由调试工程师在调试时设定。喘振控制器可以有选择地工作在一个动态设定值附近，且该动态设定值依据压缩机当前工作点小幅变动。当排气流量增加时，动态设定值直接沿当前工作点变化-保证与工作点保持一个固定的距离；当排气流量减少时，动态设定值被延时，直到达到最小设定值（喘振线-安全距离，上图虚线位置）。
喘振控制器将SP（设定值）与PV（过程值）进行比较，它们之间的差值为：
XD=SP-PV。控制器一直试图取得“0”差值（即过程值等于设定值，达到控制效果）。负差值(SPV）时，控制器将增加输出（旁通/排放阀将开大）；喘振控制器的输出值将作为MAX（大数值）选择器的输入 (与更大值进行进一步比较)。旁通阀的安全位置为打开（4mA对应100%打开；20mA对应关闭）。
MAX选择器的输出经过取反之后，来控制旁通/排放阀。
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0 引 言
压缩机运行中一个特殊现象就是喘振。防止喘振是压缩机运行中极其重要的问题。许多事实证明，压缩机大量事故都与喘振有关。喘振所以能造成极大的危害，是因为在喘振时气流产生强烈的往复脉冲，来回冲击压缩机转子及其他部件；气流强烈的无规律的震荡引起机组强烈振动，从而造成各种严重后果。喘振曾经造成转子大轴弯曲；密封损坏，造成严重的漏气，漏油；喘振使轴向推力增大，烧坏止推轴瓦；破坏对中与安装质量，使振动加剧；强烈的振动可造成仪表失灵；严重持久的喘振可使转子与静止部分相撞，主轴和隔板断裂，甚至整个压缩机报废，这在国内外已经发生过了。喘振在运行中是必须时刻提防的问题。
在运行时，喘振的迹象一般是首先流量大幅度下降，压缩机排量显著降低，出口压力波动，压力表的指针来回摆动，机组发生强烈振动并伴有间断低沉的吼声，好像人在于咳一般。判断喘振除了凭人的感觉外，还可以根据仪表和运行参数配合性能曲线查出。
1 喘振发生的条件
根据喘振原理可知，喘振在下述条件下发生：
1.1 在流量小时，流量降到该转速下的喘振流量时发生
压缩机特性决定，在转速一定的条件下，一定的流量对应于一定的出口压力或升压比，并在一定的转速下存在一个极限流量——喘振流量。当流量低于这个喘振流量时压缩机便不能稳定运行，发生喘振。2 / 8下载文档可编辑 上述流量，出口压力，转速和喘振流量综合关系构成压缩机的特性线，也叫性能曲线。在一定转速下使流量大于喘振流量就不会发生喘振。
1.2 管网系统内气体的压力，大于一定转速下对应的最高压力是发生喘振
如果压缩机与管网系统联合运行，当系统压力大大高出压缩机该转速下运行对应的极限压力时，系统内高压气体便在压缩机出口形成恒高的“背压”，使压缩机出口阻塞，流量减少，甚至管网气体倒流，造成压缩机喘振。
2 在运行中造成喘振的原因
在运行中可能造成喘振的各种原因有：
2.1 系统压力超高
1. 压缩机的防喘振控制方案
以往方案大致可分为固定极限流量和可变极限流量防喘振控制两类。但到目前为止，对于不同摩尔质量、温度、压力的压缩气体，还没有一种切实可行的方法来有效、精确地计算压缩机的喘振线，通常都是建立一个较大的额外安全空间，保证机组在可预设的最佳工作状况下安全运行，但这种方法使得压缩机的工作效率大为降低，因此有关的专业技术人员一直在寻找更有效的方法来解决防喘振控制过程中的安全与效率问题。TS3000 系统的成功应用，
就较好地解决了此问题。
2. 喘振线作图的基本方法
压缩机防喘振控制系统的基本原理，如图 2 所示。
图中：Yl=Y2/Y3=Pd/Ps=(PT2+ 1.0332)/(PT1+1.0332)；
SP=Y4=V(Pd/Ps)+K(给定)；Y5= h/Ps=FT5/(PT1+1.0332)(测量)采用Pd／Ps
和c· h/Ps 做喘振曲线，其基本形状为抛物线，而采用Pd/Ps 和(c· h/Ps )2作图时得到的喘振线则在工作点附近基本呈直线形状(简化后，C2h/Ps)。
其关系式如下：
h/Ps=V·(Pd/Ps)+K式中，Pd—压缩机出口压力(绝压)，kPa；Ps—压缩机入口压力(绝压)，kPa；C—常数(由孔板尺寸决定)，m2；h—孔板差压(与流量的关系式为Q2=H)，kPa
3. 工艺控制方案
(1)压缩机防喘振调节画面组成 (a)防喘振动态示意图，将压缩机实际工作点在防喘振示意图上相应显示。
(b)动态数据，将实际工作点数据在ESD 画面相应处显示。
(c)点击ESD 流程图上相应调节阀，可弹出PID 画面，可在线修改设定值或输出值。
(2)调节防喘振电磁阀设定 3 种状态，正常运转状态下，可设定自动调节，开停工或异常状态下，
可设定手动调节或强制调节。
(3)报警
利用声光报警及画面报警提示。
(4)控制要点
(a)开压缩机前，应先将防喘振阀强制打开至100％。
