離心式空氣壓縮機喘振原因分析及其預防

惠正鵬

摘 要：該文在總結闡釋離心式空氣壓縮機喘振含義及發生機制基礎上，詳盡探析了離心式空氣壓縮機喘振故障的產生原因，并針對故障原因探索提出有效的預防與處理措施。

關鍵詞：離心式空氣壓縮機 ?喘振 ?故障原因 ?預防

中圖分類號：TF083 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）11（b）-0086-01

喘振是離心式空氣壓縮機特定工況下運行產生的一種現象;主要表現為在進入空氣壓縮機的空氣流量不足以對空氣壓縮機產生足夠壓力情況下，發生空氣壓縮機外部管路系統壓力會大于內部系統壓力，導致離心式空氣壓縮機逆止閥發生關閉;逆止閥關閉，直接導致離心式空氣壓縮機輸出停止，而空氣持續進入并在離心式空氣壓縮機內部不斷積累，這時內部壓力會不斷的增加，當內部壓力增加到與外部管路系統壓力相當或者大于外部管路系統壓力時，逆止閥被沖開排出內部氣體;這時離心式空氣壓縮機內部系統壓力再次小于外部管路系統壓力，逆止閥再次關閉，空氣再次在離心式空氣壓縮機內部積累，當積累到足夠壓力時，再次沖開逆止閥，排出氣體，如此反復。上述離心式空氣壓縮機產生的現象統稱為喘振。

1 離心式空氣壓縮機喘振故障原因分析

依據發生原因不同，離心式空氣壓縮機喘振可以分為自然喘振和故障喘振;自然喘振是指當空氣壓縮機內部壓力達到其可以壓縮的極限，即最大值發生的喘振，其可以通過重新設定空氣壓縮機的卸載壓力來避免，即設定卸載壓力小于標定壓力。本文這里主要探討的是故障喘振。如前所述，離心式空氣壓縮機故障喘振本質原因在于進入空氣壓縮機的空氣流量不足以在空氣壓縮機內部產生足夠壓力，導致外部管路系統壓力大于空氣壓縮機內部壓力。就其產生的原因，可以歸結為以下幾個方面。

1.1 空氣壓縮機葉輪發生磨損或者有粘附物

空氣壓縮機葉輪主要通過自身曲線槽結構及高速旋轉來增加空氣壓力和旋轉速度，基本有2/3的壓力都產生自葉輪。當空氣壓縮機中的某一級葉輪發生磨損或者出現較多的粘附物時，葉輪自身曲線槽結構發生改變，其空氣增壓能力和旋轉加速能力降低，不能滿足空氣壓縮機內部增壓需要，致空氣壓縮機發生喘振。

1.2 空氣壓縮機的擴壓器發生腐蝕或者磨損

空氣經過高速旋轉的葉輪后實現增壓增速，然后經過靜態擴壓器利用其內部特殊設計的曲線腔壁來降低把空氣流速，從而再次增大壓力，增加的壓力約占到最后總壓力的1/3，該1/3壓力基本都是在擴壓器內部提高完成的。如果擴壓器內部特殊設計的曲線腔壁發生腐蝕或者磨損嚴重，高速空氣在經過擴壓器時就很容易形成渦旋，導致單位時間內進氣量減少，導致離心式空氣壓縮機輸出壓力降低，從而發生喘振。

1.3 葉輪與擴壓器之間的間隙過大或者過小

離心式空氣壓縮機對葉輪和擴壓器之間的間隙大小有著近乎苛刻的嚴格要求。如果二者之間的間隙過大，則會導致泄漏串氣發生，導致進入到空氣壓縮機中的空氣流量減少;如果二者之間的間隙過小，則會直接影響進入空氣量，同時在后端推力軸承磨損情況下，還會引發葉輪與擴壓器之間的碰撞等設備事故。因此，無論葉輪與擴壓器之間的間隙過大或者過小都會導致進入到空氣壓縮機中的空氣減少，使空氣壓縮機無法在設計時間內達到輸出壓力，形成喘振故障。

1.4 空氣冷卻器、水氣分離器及過濾器變臟

經過壓縮后的空氣，不但壓力、速度會增加，溫度也會升高，因此每一級缸體內都設計安裝了空氣冷卻器和水氣分離器，氣體在進入到下一級壓縮前需要經過冷卻器冷卻和分離器分離。二者在實際運行過程中，由于空氣中不可避免的有細小的灰塵以及空氣壓縮機本身磨損產生的微粒等，都很容易粘附到冷卻器和水氣分離器上，從而堵塞冷卻器和水汽分離器，導致進入到空氣壓縮機中的空氣量減少，至空氣壓縮機輸出壓力不足，形成喘振;除了空氣冷卻器和水氣分離器外，在空氣壓縮機進氣口處還安裝了過濾器，目的吸收空氣中的灰塵、雜質，如果過濾器變臟、堵塞，也會導致空氣壓縮機的進氣量減少，引發空氣壓縮機輸出壓力不足，形成喘振。

1.5 空氣壓縮機進氣口處的空氣溫度過高

空氣壓縮機在設計上的壓縮量是指在25 ℃溫度條件下、一個標準大氣壓條件下的空氣壓縮量;但實際情況是空氣的溫度是不斷變化的，其并不是一種25 ℃的恒溫狀態;依據氣體狀態方程，我們知道恒壓條件下，如果溫度升高，空氣的密度則會降低，這樣就會使空氣壓縮機的實際壓縮空氣量減少，導致空氣壓縮機的輸出壓力不足，形成喘振。一般情況下，空氣壓縮機在夏季要比冬季更容易發生喘振。

2 離心式空氣壓縮機喘振故障的預防與處理

2.1 定期對空壓機葉輪及粘附物進行修復與清理

離心式空氣壓縮機的葉輪，基本都是采用不銹鋼加工制成，除后端推力軸承磨損而導致葉輪和擴壓器發生碰撞而出現磨損外，葉輪很少出現磨損、腐蝕現象;但是一旦發生磨損應由專業人員進行修復，并對其進行動平衡實驗以此決定是否可繼續用。對于粘附物則需要根據設備處理環境，定期進行檢查清理。

2.2 定期對空壓機擴壓器進行修復與防腐蝕處理

離心式空氣壓縮機擴壓器所處的是高溫、高濕空氣環境，對于采用一般材質的擴壓器很容易發生磨損、腐蝕;需要定期對擴壓器進行磨損檢查修改及進行必要的防腐蝕處理，必要時可能需要更換擴壓器。

2.3 保證空壓機葉輪與擴壓器二者間的間隙要求

針對離心式空氣壓縮機葉輪與擴壓器二者之間的間隙及是否變化情況，要求每年應該對其進行檢查，保證間隙始終處理規定數值范圍內。如擴壓器發生腐蝕磨損，首先考慮修復，如果腐蝕磨損過于嚴重，則要考慮通過更換擴壓器來保證間隙要求。

2.4 及時清洗空壓機冷卻器、水氣分離器和過濾器

上述幾個部件變臟都會引發喘振故障，因此需要定期進行檢查清洗。空氣壓縮機的冷卻器、水氣分離器由于結構比較復雜，其清洗要困難一些，要由專業人士完成。而進氣口的過濾器則較方便檢查、拆裝，發現變臟及時拆除清洗即可。

2.5 適當采取措施控制空壓機入口空氣溫度變化

空氣壓縮機入口處的空氣溫度是隨著季節變化而變化的，可以采取適當措施來減少其溫度變化，如：離心式空氣壓縮機安裝在室內、加高房頂、增加室內空間等;如果還是會發生喘振，可以考慮適當降低排氣壓力。

參考文獻

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[2] 金星，姜長泓，王盛慧.離心式空壓機防喘振廣義預測控制方法的研究[J]東北師大學報（自然科學版），2010（4）.endprint