离心式压缩机的喘振及防喘振控制分析

【摘要】同往复式压缩机相比，离心式压缩机具有体积小、流量大，运行效率高，维修简单的优点。因此，离心式压缩机在现代工业生产中得到了广泛的应用。例如在裂解气，丙烯压缩机中都有着应用。但是，由于离心式压缩机对气体的流量、压力等变化十分敏感，因此在运用过程中容易发生喘振。

【关键词】离心式压缩机；喘振控制；影响因素

喘振是离心式压缩机运行的一种特殊形式，离心式压缩机在运行过程中如果发喘振，容易导致气流发生强烈的冲击，情况严重时，将会使压缩机内部的零件受到损坏，是导致离心式压缩机运行故障的主要原因。因此，采取有效地措施，对离心式压缩机的喘振进行控制，使现代从事离心式压缩机研究人员的工作重点。

一、离心式压缩机的工作原理

离心式压缩机工作原理如下：设备在运行过程中，气体将会随着叶轮旋转，气体受到离心力的作用，将会被甩出，流入到扩压器中，叶轮处将会构成真空地带，此时，外界未经过处理的新鲜空气将会流入到叶轮中。叶轮通过不断的旋转，不断的吸收气体，并将气体甩出，从而确保气体能够保持连续流动。

二、离心式压缩机喘振出现的原因及影响因素

（一）离心式压缩机出现喘振的原因

1、系统承受的压力过大，导致此情况的发生的原因主要有以下三点：（1）压缩机在运行过程中突然停止，没有将及时将压缩机内的气体放空。（2）出口管路的逆止阀失灵，无法正常使用。（3）阀门处气体容量偏大，在达到压缩机出口前，气体的流量将会急速下降，从而造成防喘系统没有足够的时间完成投自动。

2、吸入流量不足，压缩机在运行过程中，吸入流量低于喘振流量，压缩机入口的过滤器在应用过程中存在故障。例如，冬季天气比较寒冷，滤芯发生结冰，将会导致压缩机发生喘振。

（二）影响离心式压缩机喘振的因素

1、转速发生变化，离心式压缩机的转速一定时，流量与压力之间将会呈现一定的相关性，并且在该转速下会产生一定的喘振流量。如果离心压缩机在运行过程中形成的流量小于喘振流量，则可能会引发喘振，因此，在离心压缩机运行过程中需要确保压缩机的流量要大于喘振流量。

2、压缩机在运行过程中，部件受到破坏。离心式压缩机中部件不仅多，而且复杂。例如，顾虑器、O型环等，这些部件如果在安装过程中存在不当，或者在长期运行过程中受到破坏，出现损伤，都可能会引起喘振。

3、管网特性。压缩机与系统管网同时运行，压缩机在特定的转速下极限压力要远比系统压力小上许多，压力差较大，从而将会减少压缩机的出口的流量，摒弃会造成管网出现气体回流，引发喘振。除此之外，压缩机如果出现了工期不足，也极有可能引起喘振。

4、介质状态发生变化，通常情况下，流量与气体状态有着紧密的联系，如果转速固定，喘振流量将会伴随着进气压的提升变大，出口压及转速不变时，如果气体的入口温度上升，也有可能会引发喘振现象；进气压力、出口压力、转速都固定时，如果气体分量减少明显，也容易引发喘振情况的发生。

三、控制喘振现象的主要措施

（一）控制喘振的传统措施

1、对流量进行固定，控制喘振，如果离心压缩机的转速最高为V向对应的喘振流量值为P，那么机器在运行过程中，如果压缩机的入口流量低于P，那么就需要开启旁路的控制阀，从而使出口中一定量的气体能够回流到入口中。该控制方案的主要优点在于，操作简单、仪表的使用量少，安全，但在对其进行应用中存在一个致命的缺点：离心压缩机在高速旋转过程中时效率大，如果转速偏低，在能量上将会产生较大的消耗，造成资源浪费。

2、对可变极限流量进行控制，此方案主要是针对固定流量防治喘振的一种弥补，工作原理如下：喘振极限流量的大小会随着转速的降低而减少，因此在设备运行过程中需要在喘振极限流处留出安全流量，确保极限流的安全。该控制系统是通过模拟计算完成的，是一种随动系统。在入口截流装置的差值Q大于设定值时，表明人口流量已经超过了极限流量，则需要关闭旁路控制阀，如果Q小于定值，则应当开启旁路控制阀，从而确保压缩机入口流量始终大于极限流量，对喘振现象进行有效预防。

采用该控制方案时，设备在运行过程中要做好以下几项工作：（1）此系统为随动控制系统，在施工过程中为了确保旁路控制阀的关闭和开启，控制方使用的线性特性比应当偏小。（2）在此方案实施过程中，运用的仪表、系数都必须通过相应的调整和转换。同时在操作过程中应当尽可能的缩短仪表和控制阀之间的信号传输。（3）旁路控制阀的选择，应当尽量挑选具有消除不平衡能力和降低噪音的阀。

3、通用性能曲线控制，该方案与前两种控制方案相比，主要的优势在于：在实施过程中需要对压缩机气体的压力、介质以及气体问题的变化等因素进行充分考虑。利用相似性原理，将压缩机性能曲线合理的转化为不受进入影响的通用性能曲线，并依次为依据，对离心式压缩机的工程状态进行调整，从而实现对喘振现象的有效预防。

（二）控制喘振的新型方案

1、利用回流对喘振进行控制，该方案在实施上主要通过对电机的转速进行改变，合理的调整流量，从而实现控制喘振，降低压缩机在运行过程中能量消耗的目的。

2、联锁控制，该控制主要通过交流接触器和时间继电器等元件共同构成，通过两者之间的相互制约和作用实现对电路的保护，从而实现对喘振的预防。

3、预估控制，该方案的实施主要是在工作进入喘振控制前，开启旁路控制阀，从而确保机组在设备运行过程中能够安全运行。预估控制的方式主要有两种，分别为工作点跟踪和移动速率检测点跟踪。

四、结束语：

离心压缩机在现代工业生产中有着广泛的应用空间，但其在应用过程中，存在喘振现象，这对生产造成了较大危害。在生产过程中需要与实践相结合，查出喘振发生的原因，并通过有效的措施对喘振进行预防和控制，从而使离心压缩机抗喘振性得到提高，确保离心压缩机的安全运行。

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