离心式氮气压缩机的喘振分析与控制

离心式氮气压缩机的喘振分析与控制

李庆朋

莱芜天元气体有限公司 山东省济南市 271100

摘要：在离心式氮气压缩机运行过程中，出现小流量不稳定流动的情况时，会出现喘振的现象。轻微的喘振虽不会对压缩机造成损害，但是若喘振过于严重，会使流量产生过大的波动，从而导致压缩机内件损坏。因此，针对离心式压缩机运行中发生喘振现象，应釆取相应的有效措施加以控制，才能确保空心压缩机正常平稳的运行。

关键词：离心式；氮气；压缩机；喘振；控制

1离心式压缩机的工作原理

压缩机在正常运行过程中，气体将会随着压缩机的叶轮而旋转，同时也会因受离心力的作用被甩出，大量的流进压缩机的扩压器中，在叶轮处形成一个真空地带，与此同时，一些未经处理的外界新鲜空气会逐渐流入叶轮中，通过叶轮不停的旋转，对气体不断的吸入又甩出，从而使气体可以保持连续不断的流动。

2离心式压缩机喘振出现的原因及影响因素

1. 当压缩比与转速保持不变时，倘若所吸入的流量不能满足压缩机的实际运行所需，会造成压缩机运行工况点向左偏移，从而进入喘振区，出现喘振现象，影响压缩机的正常运转。2）当离心式压缩机的转速保持一定时，气体流量与压力之间会存在一定的相关性，并且在此时压缩机转速的情况下，很容易产生一定量的喘振流量。如果压缩机在正常运行状况下产生的流量低于喘振流量时，很有可能会引起压缩机发生喘振。因此，在离心式压缩机正常运行当中，一定要确保离心式压缩机的气体流量超出喘振的流量。3）在吸入流量一定、转速不变的情况下，如果压缩机排出口的管网压力过大，压缩机的运行工况点与正常点的偏差会越大，出现上移进入喘振区，引发压缩机喘振现象。4）通常状况下，气体状态与流量有着非常密切的联系。如果将压缩机的转速固定，压缩机进气压力的提升会引发喘振流量的增加。而当压缩机管道出口处的压力及压缩机的转速固定时，如果压缩机进口处的温度升高，也会引起压缩机的喘振。然而当压缩机进口处压力、出口处压力、转速全部固定时，如果发生气体分量的明显减少，也很容易引起压缩机的喘振发生。5）气体冷却器换热效果不理想，若未得到及时的处理，会使得压缩机排气温度过高，引发喘振现象。

3喘振的危害

1）喘振会使压缩机出现周期性的震荡现象，长时间的震荡未能及时解决，会造成压缩机运行中的各项参数性能出现大幅度的变动，影响设备的稳定、有序运行。2）压缩机发生喘振现象后，会造成叶轮应力持续增加，叶片出现一定的振动，设备会发出巨大的噪声，不仅对设备的运行造成影响，也给工作人员带来了一定的困扰。3）压缩机的喘振现象若没有及时进行处理，轴承与轴颈的长期接触，轴承合金会因长时间的磨损而出现裂纹，缩短轴承的使用寿命。4）喘振现象会加剧部件之间的摩擦力度，使设备发生变形等现象，影响其正常运转。5）喘振在一定程度上会对与压缩机相关联的设备造成影响，特别是一些精密仪器的精确性会大大降低。

4喘振的判断

可从以下几个层面对喘振现象做出判断：1）离心式压缩机在运作过程中会发出连续的噪声，若噪声的音量较低属于正常现象，如果压缩机的排气管中的气流发出的噪声断断续续，忽高忽低，则压缩机会发生喘振现象。2）压缩机的机体或者是轴承出现大幅度的振动现象，机组有明显的振动，也会引发喘振现象。3）压缩机的进口流量指示值下降速度过快，出口压力发生周期性的大幅度脉动，都是喘振现象发生的迹象。

5控制离心式压缩机喘振现象的主要措施

5.1控制离心式压缩机发生喘振的传统措施

第一，进行流量的固定来控制压缩机的喘振。假设将离心式压缩机的最高转速设为V，与它相对应的压缩机喘振流量值设为P。那么当压缩机正常运行中，如果压缩机管道入口处的流量低于P，这时就需启动旁路中的控制阀，使管道出口处的气体能够迅速回流到管道入口中。这种控制方式具有操作简便、使用各种仪表仪器比较少，操作安全等特点。但是在实际应用中，它有一个非常致命的缺陷：压缩机在高速运转时会产生较大的时效率。一旦转速出现偏低时，将会消耗大量的能量，导致资源的浪费。

第二，控制可变极限流量。这种控制方法主要针对当流量固定时，防治压缩机发生喘振的一种弥补方式。其工作原理是，压缩机发生喘振时，其极限流量会随着压缩机转速的减小而降低，因此在压缩机正常运行当中，应在喘振极限流所处地留有一定的安全流量，以保极限流的稳定和安全。这种控制系统属于一种随动系统，是经模拟计算而得的。如当压缩机管道入口处的截流装置产生的差值（Q)超出设定值时，可以断定压缩机管道入口处的流量已远远超过了极限流动，此时，应立刻釆取关闭旁路的控制阀措施。而如果说当Q值低于设定值时，应立即开启旁路的控制阀，最终目的是始终保持离心式压缩机入口处的流量务必大于极限流量。这样才能对压缩机发生喘振起到积极预防的作用。在釆用这种控制方法时，压缩机在正常运行中应注意以下几个方面的问题：1）由于此控制系统属于随性系统，因此为了保证旁路控制阀开关有效的实施开启和关闭，控制阀应使用偏小特性比线性。2）此控制系统实施中，所有运用到的仪表仪器及系数都必须经过相应合理的转换与调整。同时，在操作的具体过程中，要将旁路控制阀和使用仪表之间发生的信号传输距离尽量的缩短。3）关于选择控制阀，应尽量选择可以降低噪音并且具有消除控制阀不平衡能力的。

第三，通用性能曲线控制。这部控制方式与前两种控制方式相比，具有一定的优势，具体表现在：在运用此控制系统过程中，应对影响压缩机的各种因素进行全面的充分考虑，如气体的压力变化、气体问题等因素。然后，利用上述两方面的相似工作原理，将压缩机性能曲线做合理的转换，使其成为通用性能曲线而且是在不受进入影响的情况下，并且以此为调整依据，对离心式压缩机运行的工程状态实施相应的调整，从而起到预防压缩机发生喘振的作用。

5.2控制压缩机喘振的新型方案

第一，充分利用回流来控制压缩机喘振。具体实施步骤如下：通过改变离心式压缩机的转速，将流量进行合理的调整，从而实现有效的控制压缩机的喘振现象，最终达到离心式压缩机在正常运行中大幅度的降低能量消耗的目的。

第二，联锁控制。这种控制系统的构成主要有时间继电器和交流接触器等元件。其工作原理是通过时间继电器和交流接触器两者之间相互作用和相互制约，最终实现电路被保护的目的，进而有效的预防了压缩机的喘振。

第三，预估控制。此种控制方案的具体操作方法是，在对压缩机喘振实施控制前，将旁路的控制阀开启，这样的话，就可以保证离心式压缩机安全稳定的运行。通常状况下，预估控制方法分为两种即：对工作点跟踪和对移动速率检测点跟踪。

6结语

总之，离心式压缩机在我国工业生产中具有广泛的发展和应用空间，但是，因其在正常运行时会出现喘振现象，从而给工业的正常生产带来较大的危害。在离心式氮气压缩机运行过程中，为了避免喘振现象的发生，可通过打开喘振控制阀对压缩机的流量进行相应的调节。如果工作点与喘振线之间存在一定的距离，转速调节法也能有效解决喘振现象，以保障离心式压缩机设备的稳定、有序运行。

参考文献

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