离心式压缩机喘振原理
|
喘振是透平式压缩机(也叫叶片式压缩机)在流量减少到一定程度时所发生的一种非正常工况下的振动。离心式压缩机是透平式压缩机的一种形式，也就是流体机械及其管道中介质的周期性振荡，是介质受到周期性吸入和排出的激励作用而发生的机械振动。（喘振对于离心式压缩机有着很严重的危害。） 特性曲线 压缩机出口绝压Pd与入口绝压Ps之比（或称压缩比）和入口体积流量的 关系曲线（见图1）。 喘振极限线 将不同转速下的压缩机特性曲线最高点连接起来所得的一条曲线，即为压缩机喘振极限线（见图2）。 喘振工况 离心式压缩机最小流量时的工况称为喘振工况。
喘振的产生与流体机械和管道的特性有关，管道系统的容量越大，则喘振越强，频率越低。产品一般都附有压力-流量特性曲线,据此可确定喘振点、喘振边界线或喘振区。流体机械的喘振会破坏机器内部介质的流动规律性，产生机械噪声，引起工作部件的强烈振动，加速轴承和密封的损坏。一旦喘振引起管道、机器及其基础共振时，还会造成严重后果。为防止喘振，必须使流体机械在喘振区之外运转。在压缩机中，通常采用最小流量式、流量-转速控制式或流量-压力差控制式防喘振调节系统。当多台机器串联或并联工作时，应有各自的防喘振调节装置。 喘振，顾名思义就象人哮喘一样，风机出现周期性的出风与倒流，相对来讲轴流式风机更容易发生喘振，严重的喘振会导致风机叶片疲劳损坏。 表现形式： 出现喘振的风机大致现象如下： 1 电流减小且频繁摆动、出口风压下降摆动。 2 风机声音异常噪声大、振动大、机壳温度升高、引送风机喘振动使炉膛负压波动燃烧不稳。 产生喘振的原因： 当离心式压缩机的操作工况发生变动并偏离设计工况时，如果气体流量减少则进入叶轮或扩压器流道的气流方向就会发生变化。当流量减少到一定程度，由于叶轮的连续旋转和气流的连续性，使这种边界层分离现象讲扩大到整个流道，而且由于气流分离沿着叶轮旋转的反方向扩展，从而使叶道中形成气流漩涡，再从叶轮外园折回到叶轮内圆，此现象称为气流旋离，又称旋转失速。发生旋转脱离时叶道中的气流通不过去，级的压力也突然下降，排气管内较高压力的气体便倒流回级里来。瞬间，倒流回级中的气体就补充了级流量的不足，使叶轮又恢复了正常工作，从而从新把倒流回来的气体压出去。这样又使级中流量减少，于是压力又突然下降，级后的压力气体又倒流回级中来，如此周而复始，在系统中产生了周期性的气体振荡现象，这种现象称为“喘振”。
烟风道积灰堵塞或烟风道挡板开度不足引起系统阻力过大。(有碰到过但不多)；两风机并列运行时导叶开度偏差过大使开度小的风机落入喘振区运行(常碰到的情况是风机导叶执行机构连杆在升降负荷时脱出，使两风机导叶调节不同步引起大的偏差)；风机长期在低出力下运转。 流量： 每台离心式压缩机在不同转速n下都对应着1条出口压力P与流量Q之间的曲线，如图3所示。 图3 不同转速下出口压力与流量的关系 图4 不同相对分子质量时的性能 从上图3可以看出，随着流量的减少，压缩机的出口压力逐渐增大，当达到该转速下最大出口压力时，机组进入喘振区，压缩机出口压力开始减小，流量也随之减小，压缩机发生喘振。从曲线上看，流量减小是发生喘振的根本原因，在实际生产中尽量避免压缩机在小流量的工况下运行。一般认为，压缩机在最小流量下应低于设计流量60%。
气体相对分子质量： 如图4所示，离心压缩机在相同转速、不同相对分子质量下恒压进行的曲线，从曲线中可以看出，在恒压运行条件下，当相对分子质量M=20的气体发生喘振时，相对分子质量为M=25和M=28的气体运行点还远离喘振区。因此，在恒压运行工况下，相对分子质量越小，越容易发生喘振。 入口压力： 如下图5所示，压缩机的入口压力P1＞P2＞P3，在压缩机恒压的运行工况下， 入口压力越低，压缩机越容易发生喘振，这也是入口过滤器压差增大时，要及时更换滤网的原因。
入口温度 如上图6所示，恒压恒转速下进行的离心式压缩机在不同入口气体温度时的进行曲线，从曲线上可以看出在恒压运行工况下，气体入口温度越高，越容易发生喘振。因此，对同一台离心式压缩机来说，夏季比冬季更容易发生喘振。 转速 ： 透平式驱动的压缩机，往往根据外界不同流量要求而运行在不同转速下，从图3可以知道，在外界用气量一定的情况下，转速越高，越容易发生喘振。 综上所述，出现喘振的根本原因是压缩机的流量过小，小于压缩机的最小流量（或者说由于压缩机的背压高于其最高排压）导致机内出现严重的气体旋转分离；外因则是管网的压力高于压缩机所提供的排压，造成气体倒流，并产生大幅度的气流脉动。 喘振的危害：喘振的危害性极大，当压缩机发生喘振后，不能正常工作，出口压力减小，低于出口管道系统压力，使气体从管道系统向压缩机倒流，直到管道系统中压力低于压缩机出口压力，此时倒流停止，压缩机恢复工作，但是当出口管道系统的压力恢复到原值时，通过压缩机的气体流量再一次减小，这是又发生喘振，如此反复，使系统呈周期性振荡，在整个过程中，压缩机组强烈振动，伴有异常噪声，对压缩机内部的迷宫式密封、轴承和叶轮等附属设施造成极大的损伤，严重时压缩机会受到损坏，与机组出口相连的管道也发生周期振动，管道上的压力表、温度表及进口相连的管道也发生周期振动，管道上的压力表、温度表及进口处流量。计发生大幅度的摆动，与此同时，压缩机在短时间内反复从空载道过载，这对驱动系统都是非常不利的。 防喘振的原理就是针对着引起喘振的原因，在喘振将要发生时，立即设法把压缩机的流量加大，防喘振具体方法如下：
|
