论离心式压缩机防喘振分析及措施

机械与设备2015.06︱349︱论离心式压缩机防喘振分析及措施论离心式压缩机防喘振分析及措施张宇（沈阳鼓风机集团自动控制系统工程有限公司，辽宁沈阳110000）【摘要】从压缩机的喘震原理和故障分析，剖析了离心压缩机发生喘振现象原因，阐述了三种预防喘震的控制方法，固定极限流量法、变极限流量法和变频调速法，对每一种方法进行详细的分析，最终得出了使用变频器、调节阀和旁路回流三种方法配合使用的最佳控制系统。【关键词】离心式压缩机；防喘振；控制方案1离心式压缩机产生喘振的原因分析下图1为离心式压缩机的工作特性曲线，n1，n2，n3分别代表不同的转速，Q1为压缩机入口流量，P是压力。每一种转速都有一条工况线来描述入口流量与压缩比的关系，压缩比用P2/P1表示，其中P1是入口的绝对压力，P2是出口的绝对压力。由图1可知：在定转速情况下，随着流量Q1的变化，压缩比P2/P1有极大值。将每一种转速下P2/P1的极大值连接起来得到一条光滑的曲线，这条曲线就成为喘振曲线（即图1中虚线）。虚线的左上半部阴影区域为喘振区，右下半部为正常工作区。工况处于正常工作区的压缩机能够稳定工作。当压缩机的工作点位于P2/P1极大值的右侧时，减少流量能够提高P2/P1的值，反之，则会降低压缩比。设正常工作的转速为图1中的n2，此时流量为QA，若存在轻微扰动使流量QA减少，则P2/P1值变大，即P2变大，压缩机会增大排出量使之回到稳定流状态。2喘振现象造成的危害压缩机喘振现象发生时会给压缩机带来极大的危害。具体情况如下。第一，压缩机的参数情况都会发生剧烈的波动，其中包括流量、排气压力等参数等，在振动幅度较大的情况下还会出现气体倒流现象，使得压缩机的工作状况变得极其不稳定。第二，喘振现象发生的时候，会伴有巨大的噪音。处理不及时的会，造成密封件的严重损坏。密封作用严重受损。第三，喘振发生时对于机械各个零件的影响也是不可忽视的，它会使得零件的位置发生偏离，原有间隙变化，严重的将会使轴变形、发生扭曲等现象，破坏压缩机的安装质量，造成仪表失灵。3防喘振控制3.1固定极限流量法防喘振由图1可知，只要使得流量大于喘振区的临界流量就不会产生喘振现象，因此固定极限流量法的原理是让压缩机的流量总是大于临界流量QP，避免进入喘振区。为了防止任何转速下压缩机都不会发生喘振，就要选取最大转速下的喘振极限流量值为QP。一般采用闭路循环法控制流量。图2是闭路循环的结构图。FT是利用差压的原理监测入口流量；FC是调节器P2/P1。图1离心式压缩机的特性曲线图2闭路循环结构图接受FT的信号并输出控制信号到旁路调节阀。当FT检测到入口流量降低，则FC的输出信号减弱，调节阀开度增大，促使流量增加。通过这种调节使得入口流量始终大于喘振临界流量，从而防止喘振。为节约能源，入口流量大于临界流量的5-7%。固定极限流量法一般用在转速固定的条件下，他的优点是控制方案简单、投资少、系统运行可靠安全。闭路循环调节对压缩机喘振有着有着很好的控制作用，操作方法也是十分的简单，但是很大的一部分工作的区域会被浪费到。正常运行的压缩机，低速工作的时候也会要打开旁路调节阀，导致气体回流，造成了能量的浪费，降低了经济效益。3.2可变极限流量法防喘振可变极限流量法常用在压缩机流量经常变动的情况下，通过改变压缩机转速的方法使压缩机工况处于喘振区以外。由于压缩机的喘振流量随着转速的变化而变化，所以可以通过改变转速使入口流量高于喘振极限流量。气体的压缩功见公式（1）：1-pp1-mmhm1-m211pol）（RThpol-多变压缩功；m-多变指数；T1-进气温度；p1、p2-进、排气压力；R-气体常数。由公式（1）可知，进、排气压力、气体分子量、进气温度都会对压缩功造成影响，使压缩机性能变化。变极限流量法使压缩机在不同的工况下自动改变FC的设定值，使安全裕量保持定值。如图1，当流量由QP变化到QA时，可以调节转速从n2到n3，使安全裕量保持定值，这样既可防止发生喘振，又可节约能源。3.3变频器调速法防喘振变频器控制压缩机有着很大的优点具体如下：电网不会受到压缩机的启动时带来的损害。和没有是使用变频调速器的压缩机比较来说，很大的程度上减少了了压缩机因使用旁路调节法带来的能源浪费。当压缩机启动时所需负荷较大，PLC接收到相关信号后，输出控制信号使变频器频率增大，电机开始旋转并使转速逐渐升高，实现压缩机的快速启动。当压缩机所需负荷降低时，PLC输出控制信号使变频器频率降低，从而降低压缩机转速，让压缩机在低负荷运行，达到所需的流量要求。但是当变频器频率过低、压缩机转速过小时能耗反而上升。将变频器与调节阀和变极限流量法配合使用可以获得更好的调节效果。4结束语现代化工企业中大型气体离心压缩机的正常运行和企业的经济效益是联系在一起的。一但