防喘振控制理及方法.pdf

4.2 离心压缩机防喘振控制 4.2.1 离心压缩机的喘振 1．离心压缩机喘振现象及原因 离心式压缩机在运行过程中，可能会出现这样一种现象，即当负荷低于某一定值时，气 体的正常输送遭到破坏，气体的排出量时多时少，忽进忽出，发生强烈震荡，并发出如同哮 喘病人“喘气”的噪声。此时可看到气体出口压力表、流量表的指示大幅波动。随之，机身 也会剧烈震动，并带动出口管道、厂房震动，压缩机会发出周期性间断的吼响声。如不及时 采取措施，将使压缩机遭到严重破坏。例如压缩机部件、密封环、轴承、叶轮、管线等设备 和部件的损坏，这种现象就是离心式压缩机的喘振，或称飞动。 下面以图 4.2-1 所示为离心压缩机的特性曲线 来说明喘振现象的原因。离心压缩机的特性曲线显 示压缩机压缩比与进口容积流量间的关系。当转速 n c 一定时，曲线上点 有最大压缩比，对应流量设 为QP ，该点称为喘振点。如果工作点为B 点，要 求压缩机流量继续下降，则压缩机吸入流量 Q QP ，工作点从C 点突跳到D 点，压缩机出口 压力P 从突然下降到P ，而出口管网压力仍为 C D PC ，因此气体回流，表现为流量为零 同时管网压力 图4.2-1 离心压缩机的特性曲线 也下降到P ，一旦管网压力与压缩机出口压力相等，压缩机由输送气体到管网，流量达到 D Q 。因流量Q 大于B 点的流量，因此压力憋高到P ，而流量的继续下降，又使压缩机重 A A B 复上述过程，出现工作点从B C D A B 的反复循环，由于这种循环过程极迅速， 因此也称为“飞动”。由于飞动时机体的震动发出类似哮喘病人的喘气吼声，因此，将这种 由于飞动而造成离心压缩机流量呈现脉动的现象，称为离心压缩机的防喘振现象。 2 ．喘振线方程 喘振是离心压缩机的固有特性。离心压缩机的喘振点与被压缩机介质的特性、转速等有 关。将不同转速下的喘振点连接，组成该压缩机的喘振线。实际应用时，需要考虑安全余量。 喘振线方程可近似用抛物线方程描述为： 2 p 1 Q1 a b （4.2-1 ） p 2  式中，下标 1 表示入口参数；p 、Q 、分别表示压力、流 量和温度；a 、b 是压缩机系数，由压缩机厂商提供。喘振 线可用图 4.2-2 表示。当一台离心压缩机用于压缩不同介质 气体时，压缩机系数会不同。管网容量大时，喘振频率低，喘 振的振幅大；反之，管网容量小时，喘振频率高，喘振的振幅 小。 图4.2-2 离心压缩机的喘振线 74 3 ．振动、喘振和阻塞 喘振是离心压缩机在入口流量小于喘振流量时离心压缩机出现的流量脉动现象。 震动是高速旋转设备固有特性。旋转设备高速运转到某一 转速时，是转轴强烈震动的现象。它是因旋转设备具有自由振 动频率（称为自由振动频率），转速到该自由有振动频率的倍 数时，出现的谐振（这是的谐振称为谐振频率），造成转轴振 动。振动发生在自由振动频率的倍数，转速继续升高或降低时， 这这种振动会消失。 压缩机流量过大时，气体流速接近或达到音速，压缩机叶 轮对气体所做功全部用于克服振动损失，气体压力不再升高的 现象，这种现象称为阻塞现象。 离心压缩机的工作区、喘振区域阻塞区如图4.2-3 所示， 图4.2-3 离心压缩机的工作区、 图中也给出了压缩机的最大和最小转速。 喘振区与阻塞区 4 ．2 ．2 离心压缩机防喘振控制系统的设计