离心式压缩机喘振分析及措施研究

【摘要】本文主要阐述了离心式压缩机的工作特性，分析了离心式压缩机发生喘振的前提以及工作过程中发生喘振的原由，同时还对消除剂预防喘振的措施进行了简单的描述，有效的提高了离心式压缩机运行可靠性以及抗喘振性能，具有一定的借鉴意义。

【关键词】处理措施 喘振原因 离心式压缩机 喘振分析

离心压缩机属于速度式压缩机范畴内的一类，因为它具备体积小，结构简单，效率高，排气量大，压缩气流无脉动以及正常工况下运转平稳、气体不受油污染等特点，目前已在制冷、动力、冶金、化工、石油等行业得到了广泛的应用，而喘振则是离心式压缩机工作过程中出现的一个特有现象，大量的事实表明，压缩机工作过程中的大部分问题都喝喘振有关系，因此如何防止和消除机器运行过程中的喘振现象是目前业界比较关注的问题[1]。分析由于喘振而引发的重大影响，是由于在机器喘振过程中气流会引发严重的重复脉冲产生，这样反复的冲击就会直接影响到压缩机转子等相关部件；强烈的气流同时会引发大量无规律的振荡，随之就会使得整个机组产生大范围的震动，进而产生大量不可避免的事故。自1945年，由于离心压缩机所产生的喘振现象而引发的诸多问题就得到了相关研究人员的广泛关注。

1 压缩机的喘振特性分析

压缩机在运行过程中产生喘振的条件是，压缩机中流量减低或等于喘振流量。喘振现象所具有的特性可描述为以下三个方面：

（1）压缩机的排气压力以及流量表现为周期性有规律的波动，此时查看流量表及压力表能够看出指针有不规律的大范围摆动。

（2）表现出周期性的气流声响。当其他设备声音较大或者有轻度的喘振是，除了根据人员的经验判定喘振之外，还能通过运行参数性能配合曲线以及仪表判断。

（3）机组中轴承以及机体的振动明显加大，机组产生大范围的振动。

2 产生喘振的前提条件

依照喘振产生的原理分析，可知产生喘振的前提条件有：

（1）当气流流量降低时，流量减小至此转速条件下的喘振流量的时候出现。在一定转速情况下，压缩机的运转特性就控制了，相当流量对应相当的升压比以及出口压力，同时在特定的转速条件下会出现一个超大范围的流量，称为喘振流量。在压缩机工作过程中该喘振流量高于实际流量的时候，及其就不能进行正常的工作，及喘振发生。这些喘振流量、转速、出口压力和流量关系相互结合就是压缩机的性能曲线，或称为特性线。在给定的工作转速下，喘振流量低于工作流量就可以防止喘振现象的产生[2]。

（2）一定转速下管网系统内对应的最高压力小于气体的压力时，喘振现象产生。如果系统管网以及压缩机共同工作，该转速下当压缩机在运行中的最大压力明显低于系统压力时，系统内部就会集中大量的高压气体，这样压力非常高的“背压”就会出现在压缩机出口位置，就会堵塞压缩机出口位置，导致流量不断减少，严重时对引起气体在管网内倒流；当压缩机没有足够的气流，其不能及时的补充气源或者气流的时候，气流就会在入口时被切断或减少。如果以上任一现象没有被及时检查到并进行调节，喘振现象就很可能出现。

（3）喘振现象可能会在机械部件脱落或者损坏时出现。机械密封、O形环以及平衡盘密封等机械零件安装不到位，脱落或者安装位置不正确，在各段之间及各级之间将产生串气，可能导致喘振现象产生；逆止阀损坏或起不到作用、过滤器阻力过大都将导致喘振。

（4）在操作过程中，升压或者升速太快，没有在降速之前将设备的压力首先降低就有机会引发喘振。升压或者升速应均匀缓慢，进行降速的时候需首先实施卸压操作，如回流或者放空等操作，来防止由于转速过快降低而导致的气流倒灌产生。

（5）当改变工况时，运行点进到了喘振区。当改变压力、流量以及转速之前，工况发生变化，单没有观察设备的特性曲线，导致压缩机运行点进到了喘振区。

（6）在设备运行正常时，没有将防喘系统设置为自动功能。当汽量波动或蒸汽压力降低等外界条件发生变化时；当汽轮机转速降低的时候防喘系统没有得到合理的手动调节时因为没有设置自动防喘动作会引发喘振。

3 引发喘振的原因

（1）系统内的压力过高。出现该状况的原因可能是紧急停止压缩机，气体没有得到回流以及放空处理；止逆阀在出口管路上动作没有很好的关闭或操作不灵敏；或者压缩机出口距离单向阀门过大，使得阀门前位置的气体容量非常多，突然系统出现气流减量，压缩机得不到及时的调节，或者防喘系统没有定在自动功能上等。

（2）流量吸入不够。吸入量由于外界原因没有达到喘振流量以上，但转速却没有变化，导致压缩机落到喘振区产生喘振，过滤器在压缩机入口位置发生阻塞，导致产生过大的阻力，而没有改变压缩机转速；或者在冬季气温过低出现冰冻的时候都会产生喘振[3]。

4 喘振的防止和消除方法

根据前面分析的引发压缩机喘振的原因，防治或者是消除出现喘振现象的主要措施就是通过其他途径加大压缩机的入口气流量。对于无毒和危险性的气体，如空气和二氧化碳气体等，可以直接放空；而对于专用的压缩机循环气、氨气和其他合成气体，则采用一种回流循环系统。但是，通过上述方法，可以增加流经压缩机内的气体流量，从而消除喘振现象。同时，气流量的增加，导致压缩机内的气压降低，浪费了功率，经济性差。对于此问题，可以在放空或者回流之后，提升压缩机的转速，使输出压力达到正常水平。

对于采用增加气流量和提速的措施实施中，在升压、降速和停机前，需打开回流阀或者是放空阀，增大气流量，降低背压，达到消除喘振的效果。同时，应根据压缩机的总体性能曲线，控制压缩机防喘裕度，在正常运行状态下，防喘系统应设置为自动开启状态。在升速或升压之前，检查以下压缩机的性能曲线，设定好下一步工况运行点。根据安全裕度性能曲线，对防喘系统进行设定。进入到正常运行状态后，应关闭防喘阀门，进入到自动状态，这样保证安全的情况下，又节省了经济。

在变速以及升压的时候，要认真执行“降速前首先降压，升压前首先升速”的规范。在汽轮机的调速器进入工作状态之后才能对压缩机执行升压操作；进行升压操作前首先查看性能曲线，明确其能够运行的转速，等到升至此转速的时候才能提高压力；在防喘阀门妥当安排后才能对压缩机进行降速操作；升压以及升速的操作要均匀，速度不可过快；降速以及降压的操作也要均匀，速度不可过快。

关闭以及开启防喘振阀门的时候动作不能过猛，应该交替、缓慢操作，防止轴的移动量太大，轴向推力及振动范围急剧增加。如果防喘振阀门在压缩机组上有两个以上，在执行开启与关闭的操作时需排序重复进行，这样各缸的压力才能够变化均匀，这都有益于密封系统的协调以及各缸防喘与受力。

5 结论

离心式压缩本身特有的现象就是喘振，且其危害非常大。离心压缩机固有的特性曲线以及管网的特性曲线决定着喘振现象的出现与否。形成喘振的原因是因为供气以及倒流的交替的周期性操作。运行人员必须结合实际生产的经验和知识，严肃面对喘振现象，切实有效的分析喘振主要影响因素及产生的原因，一旦有可能出现喘振现象，立即实施有效的放置办法，真正的保证离心式压缩机的运行可靠性以及抗喘振性能。

参考文献

[1] 白坤海.空压机变频及微机自动控制系统研究[D].山东：山东大学，2006，5

[2] 罗韬.基于可编程变频器控制的空气压缩机控制系统的改造[J].江西有色金属，2009，23（2）：44-45

[3] 陈陶锴.空压机控制系统改造[J].科技动态，2007，4（298）：37-38