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离心式压缩机的喘振与防范

离心式压缩机是空分设备中的关键部机，离心式压缩机能否安全运行，关系到整套空分设备的正常运行。喘振是离心式压缩机的最大隐患，喘振现象对压缩机的破坏性是巨大的，是损坏压缩机的主要祸根之一。当压缩机喘振时，由于气流强烈的脉动和周期性振荡，在叶片末端形成的激波，叶轮动应力大大增加，使叶片产生强烈振动，发生疲劳断裂。发生逆流时，高温气倒流回压缩机，这时压缩机仍维持原转向不变，会使压缩机转子产生强烈振动，并可能损坏轴承、密封，进而造成严重的事故。因而，压缩机的喘振机理及防喘振措施的研究探讨是很有必要的。

1、喘振的机理

1.1 喘振产生的原因

Pout4喘振区S321压缩机发生喘振的一个原因是压缩机的运行工况，流量超过最小值，在压缩机流道中出现严重的旋转脱离和失速。发生喘振

P

out

4

喘振区

S

3

2

1

工况时，噪音立即大增，甚至有爆音出现。

观察压缩机出口压力和流量的变化在稳定工况运行时，其出口压力和进口

流量的变化幅度不大，在平均值附近摆动；当接近或进入喘振工况时，两者的变化都很大，发生周期性大幅度的脉动，甚至有气体从压缩机进口处被倒推出来。

观测压缩机的机体和轴承的振动

在稳定工况运行时，机体和轴承的振动振幅是很小的；当接近或进入喘振工况时，两者都发生强烈振动，其振幅将显著增加。当压缩机运行中出现上述现象之一，说

明已经接近或进入喘振工况。

1.3喘振的程度

喘振的程度与许多因素有关，一般机组输气量、压缩比、排气压力和气体的密度越大，发生喘振越严重；实际进气量越小，运行工况点在喘振区距离喘振曲线越远，喘振越严重；管网容量越大，喘振的振幅越大，频率越低，喘振的越严重，破坏性越强。

2、防喘振措施的探讨

2.1 合理选取设计参数

为了尽量避免压缩机在运行中发生喘振现象，在设计时就要注意合理设计压缩机通流部分的结构和几何尺寸、气动参数，使压缩机具有一个较宽的稳定工况范围。设计工况点要离喘振点有一定距离。一般要求Qmin＜0.8Qp(Qp为设计工况的流量)，如图2。

Qmin

Q

min

Q

①Pout②喘振区

①

P

out

②

喘振区

Q

1.2 喘振工况的判断方法

（1）听测压缩机出口管路气流的噪音

压缩机在稳定工况范围内运行时，其噪音是连续的，且较低；而当接近喘振工况时，周期性的气流振荡，会使排气管道中发出的噪音时高时低，产生周期变化。当进入喘振

图2 压缩机的喘振保护曲线

①近似喘振曲线 ②喘振保护曲线

2.2 合理设置防喘振工艺流程

压缩机应设置自动和手动两用的防喘振控制调节系统。压缩机的防喘振就是使压缩机的运行工况始终在喘振曲线的右侧，为了安全起见，在喘振曲线的右侧预先设计好一条“保护曲线”，当压缩机运行工况点因某些原因从右侧逐渐移向保护曲线时，从而增加压缩机进口流量，防止运行工况点进入喘振区。

目前，国内常用的有单参数、双参数控制两种防喘振工艺流程。单参数又分压力控制和流量控制两种。

1、压力控制

压缩机的排气压力根据空分设备的要求保持一个恒定的值（以下简称PC）不变，若排气压力超过该值时，调节器就输出一个信号，经气电转换器后通过阀门定位器的功率放大及定位作用，推动活塞式调节阀的活塞，把阀门打开放出部分压缩机空气，从而使排气压力下降到PC值以下，此时调节阀又自动关闭，压缩机排气压力又回升到PC值不变。在正常情况下，压缩机不会因排气压力过高以及气量减少使其工作点进入喘振区，从而保证压缩机的安全运行。

即使上述排气压力自动调节系统由于某种原因失效，而压缩机同时出现不正常的工况而使排气压力继续升高达到某一值时，调节阀还可以通过排出管路上另一取压点引出的管线上的压力控制器及其继电控制回路被迅速自动打开。如图3。

PTPIS

PT

PIS

排气

PC

放空

图3 压力控制防喘振示意图

2、流量控制

压缩机根据本身情况一定值Q0，当压缩机流量小于Q0时，就适当开启回流阀，保证压缩机在Q≥Q0的范围内运行，见图4。

P

P

out

喘振区

Q

0

(a) Q

(a)

Q

排气PT

排气

PT

(b)

图4 流量控制防喘振示意图

3、双参数控制

Q=λ保护曲线 P

Q=λ

Pout

P

out

喘振区

PC

，为常数，当 P

λ Q/

λ Q/

≤λ时，适当开启回流阀，保护压缩机在

Q=λP

Q=λ

Pout

P

out

喘振区

Q=λP

2

的右侧范围内运行，见图5。

QQ进气(a)

Q

Q

进气

(a)

图5 双参数控制防喘振示意图

目前，国际上一种先进的双参数防喘振工艺流程很值得我们借鉴，其原理如图6。

放空

放空

FIC

FIC

FY

PC

FT

排气

GV

PT

进气

PIC

图6 国外某压缩机防喘振系统示