单级/多级离心式空气压缩机喘振现象的判断、产生原因及预防措施【科摩尔】
离心式压缩机是以叶片旋转式为主的压缩机，随着叶轮的高速旋转作用和通过扩压器的扩压，提高了介质气体压力，离心式压缩机的稳定运行是工业生产的重要保障。本文说明了喘振的判断方法，对喘振原因进行了详细的分析，并给出了防喘振条件及措施，为离心式压缩机喘振的治理打下了坚实的基础。
随着我国工业生产水平的提高，离心式压缩机的应用越来越广泛，其有点突出，得到了大家的认可。但是离心式压缩机在运行的过程中容易发生喘振的现象，严重影响了工业生产的安全性和稳定性。因此如何分析喘振的发生原因并采取有效的治理措施成为了工作人员需要解决的问题。下面就此进行讨论分析。
产生原因及预防措施-第1张图片
1.喘振的判断方法
离心式压缩机一旦发生喘振现象，则机组和管网的运行状态会有以下较为明显的特征：
(1)压缩机和管网之间发生周期性的振荡，并产生时高时低的噪声，严重时机组甚至会发生剧烈的“吼叫”声。
(2)机壳和轴承发生强烈的振动，且振动不稳定，时大时小，并发出强烈的、周期性的气流声;喘振的振动频率一般较低，通常为1～30Hz。
(3)气体介质的出口压力和入口流量大幅度的变化，发生周期性的脉动，严重时还可能产生气体倒流的现象，这是较危险的工况。
(4)拖动压缩机的电机的电流表和功率表指针会产生大幅度的波动，并随着喘振强度的增加而逐渐增大。
因此，在生产过程中，通过对离心式压缩机运行的声音、进口压力和流量、振动幅度和仪表的观察，就可以有效地判断出喘振是否发生。
2.喘振原因的分析
2.1喘振发生的内因
研究表明，喘振发生的内部原因与叶轮结构及叶道内介质气体有着密切的关系。当进口气体流量瞬时降低，低过了所允许的最低工况点时，压缩机内的气流流动方向与叶片进口安装角出现很大的偏差，造成叶道内的气流出现严重的“旋转脱离”，使气体在叶道中滞流，致使压缩机压力突然降低，然而出口系统的压力并没有瞬时下降，这就使排气管内压力高的气体流回压缩机，使叶道内的流量又得以补充，并恢复正常工作，当压缩机内的流量再次减小时，系统气体又会出现倒流，如此反复，系统中的气流便产生了周期性的振荡，并伴随着强烈的噪声，这就形成了压缩机的喘振。
2.2喘振发生的外因
通过对离心式压缩机性能曲线的分析，当喘振发生时，其工作点一定进入了喘振工况区。因此，压缩机的喘振与管网特性有着密切关系。所谓“管网”就是离心式压缩机实现气体介质输送任务的管道系统，位于压缩机入口之前的称吸入管道，位于压缩机出口之后的称为排出管道。管网一般均为由管线、管件、阀门和设备等四大要素组成。实践表明，离心压缩机管网容量愈大，喘振的振幅愈大，振频愈低;管网容量愈小，喘振的振幅就越小，振频愈高。
图1为离心式压缩机与管网联合工作性能曲线图。从图可知，随着管网阻力的增加，气体流量的减少，其位置由1逐渐左移到2和3，工况点也由移到和，此时压缩机不会产生喘振，当气体流量进一步减少，管网性能曲线左移至位置4时，其工况点已进入喘振区，压缩机开始在喘振工况下运行。显然，随着流量的减少，管网性能曲线不断左移，并与压缩机性能曲线交于喘振区，于是喘振发生。所以，管网性能曲线左移是产生喘振的条件。在离心式压缩机的实际运行中，以下各种因素也会导致喘振的发生：
(1)吸入量不足。
(2)系统压力过高。
(3)操作不协调。
(4)机组内的部件损坏。
(5)气体介质状态的变化。
3.防喘振条件及措施
当离心式压缩机进口流量减少到一定程度时，便会发生喘振，而维持压缩机运行的喘振流量要不低于压缩机运行的最小流量，即离心式压缩机在不同的转速下运行时会得到不同的机组喘振时的性能参数，将这些喘振点的参数标在性能曲线图上，并连接起来，就可以得到离心压缩机的喘振线。
图2为一台离心压缩机在n1、n2、n3和n4转速下的一组性能曲线，而每条性能曲线会根据在发生喘振工况时的性能参数产生出对应的喘振点a1、a2、a3、a4和喘振流量。
如果压缩机入口的进气量低于机器的喘振流量，必将导致喘振的发生，而在生产实践中可以通过以下的措施来防止喘振的发生。
3.1压力调节
压缩机在高于设定压力的条件下工作时，可通过进口导叶节流的方式维持出口压力，或打开防喘振调节阀将部分压力放空;也可加装旁通管，采用旁通回流的方法，使排出压力保持在设定的压力下，使其流量维持在所限定的最低流量之内。
3.2变频器调速
压缩机在开始运行时，负荷最大，传感器把所测量的数据传至PLC(可编程控制器)，PLC经过PID运算输出运行频率到变频器，控制变频器，随着压缩机的运行，PLC根据压差与流量的降低发出信号，控制变频器降低电源频率，从而降低了运行中压缩机的转速，避免了压缩机的喘振，并减少了不必要的能量损失。
3.3合理控制防喘振安全裕度
根据离心压缩机性能曲线，见图3，在喘振线右侧采用了一条防喘振线作为防喘振调节器的给定值曲线，它与喘振线之间的这的区域是压缩机的安全边界，称为安全裕度。它是在一定工作转速下，正常流量与该转速下喘振流量之比值，一般要求安全裕度。当压缩机工作点到达防喘振线时，防喘振调节阀打开，以使工作点右移进入安全区，从而避免喘振的发生。
3.4改变离心压缩机的参数
在结构参数选择上，如采用后弯式叶片的叶轮，无叶扩压器，叶轮叶片进口边适当加厚等;在设计时采用导叶可调机构，以便在需要时，将部分气流从叶轮出口引入到叶轮入口，通过改变叶轮入口气流的预旋，来抑制喘振的发生。
3.5设置报警仪表
在离心压缩机的进口安装流量、温度监视仪表，出口安装压力监视仪表，一旦压缩机已接近喘振工况区时能及时发出报警，以提前采取措施，防患于未然。
