离心式空气压缩机喘振故障分析与控制预防

摘要：主要介绍离心式压缩机喘振的形成及表现形式，分析指出喘振故障产生的主要原因有叶轮磨损或粘附物太多、扩压器腐蚀磨损、叶轮与扩压器之间的间隙变化、空气冷却器和水汽分离器（过滤器）变脏、压缩机进气口空气温度变化、压缩机进气口箱式进气过滤器变脏等，并针对以上原因提出了相应的控制和预防措施。

关键词：离心式压缩机；喘振；故障诊断；设备维护

中图分类号：TH452

目前，凡口铅锌矿主要使用的高压风生产设备是由美国英格索兰公司生产的三级压缩离心式空气压缩机。其工作过程中，在一定的工况条件下，有一个设备危害现象――喘振，如何防止和控制喘振的产生，对于日常使用和维护是非常重要的。

1 喘振的形成和表现形式

喘振是离心式压缩机运行在某一工况下产生的特有现象。当进入压缩机的空气流量不能使压缩机产生足够的压力，以至于外部系统（外部管路）的压力大于压缩机内部的压力，导致逆止阀关闭。这时，压缩机没有输出，工艺气体在压缩机内部积累，压力不断增加，直到积蓄的压力大于外部系统的压力时，压缩机内部压力冲开逆止阀排出。气体排出后由于没有足够的空气使压缩机维持连续的输出，压缩机内部压力下降，逆止阀关闭，工艺气体重新在压缩机内部积累，直到积累的压力足够时，再次排出，如此反复，导致输出的压力剧烈波动、逆止阀频繁动作，机器发出砰砰的声音，这种现象就叫喘振。

2 喘振故障分析

压缩机喘振本质上是因为进入压缩机的流量不足以使压缩机产生足够的压力，以至于外部系统（外部管路）的压力大于压缩机内部的压力，因此，产生喘振故障主要可以通过以下几个方面来分析。

（1）压缩机叶轮磨损或者粘附物太多。

压缩机叶轮通过自身的曲线槽结构和高速旋转来增加工艺气体的压力和速度，压缩机大概有2/3的压力增加都是通过叶轮产生的。当叶轮磨损或粘附物太多时，都会改变叶轮自身的曲线槽结构，降低叶轮增加工艺气体压力和速度的能力。叶轮磨损越严重或粘附物越多，越容易导致压缩机产生喘振故障。

（2）压缩机扩压器腐蚀磨损。

工艺气体经过高速旋转的叶轮产生高速高压后，经过静态的扩压器时，扩压器内特殊设计的曲线腔壁能把工艺气体的流速降低，压力再一次增加，一般约有1/3的压力是在扩压器内提高的。当扩压器内特殊设计的曲线腔壁腐蚀磨损比较严重时，高速的工艺气体经过扩压器时就容易形成涡旋，进气量就会减少，无法提高空气压力，导致压缩机的输出压力降低，从而容易形成喘振。

（3）叶轮与扩压器之间的间隙变化。

离心式压缩机对叶轮与扩压器之间的间隙有着非常严格的要求。间隙过大会发生泄漏串气，导致空气流量减少；间隙过小，通过的工艺气体流量变小，同时在后端推力轴承磨损的情况下，容易发生叶轮与扩压器碰撞的设备事故。因此叶轮与扩压器之间的间隙过大和过小都会造成空气流量变小，使压缩机无法提高输出压力，从而形成喘振故障。

（4）压缩机进气口温度变化。

离心压缩机设计上的压缩量是指在25℃ ，一个标准大气压的条件下的压缩量，而实际上的工艺气体温度是时常变化，不以人的意志而改变的。同样道理，根据气体状态方程P。V，/T。=P： / 可知，恒压的条件下，在温度升高时，工艺气体密度降低，压缩机实际压缩的工艺气体流量

减少，导致压缩机输出压力不足，形成喘振现象。实际使用过程中，夏季比冬季更容易发生喘振现象就可以说明这个原因。

（5）压缩机进气口过滤器变脏。

离心压缩机一般在入口均设有过滤网采，允许通过的杂质在2 m以内。因此，工艺气体中的灰尘杂质很容易吸附到过滤器里，造成过滤器部分堵塞，导致压缩机进气量减少，引起压缩机输出压力不足，形成喘振故障。

3 喘振故障的控制和预防

3.1 喘振的控制

为了控制和预防喘振的发生，离心式压缩机均设有防喘振系统。即当进气流量变小时，调节阀自动打开，将压缩机出口气体引致入口，防止压缩机入口流量降低。这个过程是由机器的控制系统――DCS处理器来完成的。由于各种原因，DCS不可能万无一失。当操作者听到压缩机发出砰砰的响声时，可以判断压缩机正在发生喘振。这时应立即手动打开防喘振调节阀，否则机器将被损坏。

3.2 喘振的预防

喘振的控制方式降低了压缩机的设定压力，会使压缩机产生的压力达不到用户所需系统压力，而且 值受工艺气体温度、设定压力、系统负荷变化等因素的影响较大。当这些因素变化时，先前设定的值就有可能失效，喘振仍有可能会发生。同时当以上喘振故障分析的原因影响很大时，也会引发喘振的发生。因此，在实际使用过程中，必须对以上喘振故障的原因有针对性的加以预防。

（1）压缩机叶轮磨损或粘附物太多。

离心压缩机的叶轮是一般是用高质量15―5PH不锈钢加工而成，除非后端推力轴承磨损导致叶轮与扩压器碰撞而产生磨损，通常叶轮很少发生磨损或腐蚀现象。一旦发生这种情况，因为叶轮是高速旋转的，必须通过专业部门修复，并做动平衡实验决定是否可再用。而粘附物跟使用环境有密切的关系，所以必须根据使用环境定期对叶轮上的粘附物进行清理。

（2）压缩机扩压器腐蚀磨损。

扩压器因为接触的是高温的压缩工艺气体，而且扩压器材质也一般，所以很容易发生被腐蚀和磨损。因此，必须定期检查扩压器，发现有腐蚀磨损现象时，及时进行修复和防腐蚀处理。当扩压器腐蚀磨损严重时，必须及时更换新的扩压器。

（3）叶轮与扩压器之间的间隙变化。

叶轮与扩压器之间的间隙是一项要求非常严格的技术参数，对压缩机的性能起着非常重要的作用。一般情况下，叶轮与扩压器之间的间隙不会发生变化，只有当后端推力轴承磨损或扩压器腐蚀磨损时才会发生。因此，要求每年都对间隙进行检查，发现因后端推力轴承磨损而导致变化的，可以通过后端的垫片进行调整，使间隙达到规定的数值范围内。如果是因扩压器腐蚀磨损，可以对扩压器进行修复，但如果扩压器腐蚀磨损严重，则必须更换扩压器来达到保持间隙要求。

（4）压缩机入口空气温度变化。

工艺气体温度随着季节变化而变化，只有采取适当措施减少温度变化幅度，如将压缩机安装在室内、加高房顶和增加室内空间等。如采取以上措施还会发现喘振，只有适当降低排气压力来控制喘振的发生。