離心式壓縮機的喘振分析與控制研究綜述

嚴守相

摘要：離心式壓縮機相比往復式壓縮機，自身具有較多優點，如流量大、體積小、效率高、維修便捷等。在如今工業化生產中對離心式壓縮機的應用比較廣泛。然而，因為離心式壓縮機具有較強的敏感性，尤其是氣體流量以及壓力等參數的改變對機組工況有較大影響，這也易導致應用中喘振現象的發生，本文著重對喘振控制措施進行了分析，旨在更好的應用離心式壓縮機。

關鍵詞：離心式壓縮機;喘振分析;控制研究

引言

20世紀中葉，離心式壓縮機的喘振現象被英國人第一次發現，隨即受到各方關注。壓縮機的喘振是其固有現象，極具危害性，很容易損壞壓縮機。所以，在壓縮機實際應用中，一定要弄清楚引起喘振的原因，哪些因素影響到喘振，以便積極采取措施，防止喘振發生，提高壓縮機運行的效率和可靠性。

一、喘振的概念

離心壓縮機在運行過程中，工況發生變化時，壓縮機出口壓力下降到一定數值是，管網氣體會倒流至壓縮機，當壓縮機的出口壓力大于管網壓力是，壓縮機又開始排出氣體，氣流會在系統中產生周期性震蕩，管網壓力劇烈波動，機體本身劇烈振動，這種現象被稱為喘振。喘振的危害：喘振現象是離心式壓縮機工作在小流量運行時的不穩定狀態，在這個過程中，壓縮機組劇烈振動，伴有強烈的噪音，對壓縮機內部軸承，葉輪等設施造成極大損壞，與壓縮機連接的管道也發生振動，影響其他設備的正常運行，降低測量儀表的準確率，影響工藝系統的穩定。

二、喘振發生原因及影響因素

（一）喘振發生原因

（1）系統后路壓力過高導致，此種情況形成原因主要有：一突然停止運行中的壓縮機，導致不能放空壓縮機內部氣體。二管路出口的逆止閥失靈，不能正常應用。三閥門處氣體容量過大，在達到壓縮機出口前，氣體流量急劇減小，導致防喘系統的投自動完成不及時。（2）壓縮機運行過程中吸入流量較少導致。在實際生產中，此種現象的發生往往是由于壓縮機入口過濾器故障引起。如在寒冷的冬天，濾芯上形成結冰現象，進而造成壓縮機喘振現象的發生。

（二）喘振發生的影響因素

（1）離心式壓縮機運行時轉速變化

在固定轉速下，壓縮機產生的壓力與流量具有相關性，且壓縮機會產生一定程度上的喘振流量。喘振的發生與流量相關，當壓縮機產生的流量比該轉速條件下產生的喘振流量小，就會在壓縮機內發生喘振現象;壓縮機產生的流量比該轉速條件下產生的喘振流量大，就不會發生喘振現象。因此，在實際運行中要保證壓縮機產生的流量高于喘振流量。

（2）系統管網特性

壓縮機與管網系統直接接通，造成一定轉速下壓縮機的極限壓力和系統壓力之間存在較大的壓力差，進而使出口處的壓縮機流量減小，氣體在管網中發生回流，從而發生喘振現象。另外供氣不足也是引起壓縮機喘振的原因之一。

（3）介質狀態的改變

氣體是壓縮機的主要介質，氣體的狀態通常會影響壓縮機流量的變化，固定轉速的壓縮機，具有一定的喘振流量，但是進氣壓力增加會使喘振流量增加，進而使壓縮機流量相對減小，引起喘振現象。壓縮機的轉速以及進出口壓力不變時，進口氣體的溫度提高或者所占比例減少，都比較容易造成喘振現象。

三、喘振控制方法研究

（一）固定極限流量法防喘振

傳統的壓縮機類設備為達到控制流量或壓力的目的，可以采用閥門節流、旁通回流、放空等控制手段，這些調節方式雖然簡單易行，但卻是以增加管網損耗，浪費能源為代價的。它不能充分使壓縮機工作在其工況區，往往過早啟動防喘振系統，浪費了能源，降低了經濟效益。且控制系統一般采用模擬儀表構成，在壓縮機的喘振線發生變化時不能及時修正，對非線性的喘振線不能較好的實施控制。目前，固定極限流量法的控制參數通常分為3類，即：只控制流量或壓力的單參數控制;同時控制流量、壓力的雙參數控制;同時控制溫度、流量及壓力的多參數控制。只要保證壓縮機吸入流量大于臨界吸入量Q min，系統就會工作在穩定區，不會發生喘振。即在生產降負荷時，須將部分出口氣體，經出口旁路閥返回到入口或將部分出口氣放空，保證系統工作在穩定區。

（二）可變極限流量法防喘振

可變極限流量法常用在壓縮機流量經常變動的情況下，通過改變壓縮機轉速的方法使壓縮機工況處于喘振區以外。由于壓縮機的喘振流量隨著轉速的變化而變化，所以可以通過改變轉速使入口流量高于喘振極限流量。同一臺壓縮機壓縮同樣容積流量的氣體，壓縮機給氣體提供的能量不變，多變指數不變。那么，進氣溫度增大、進氣壓力降低、分子量減小，都會引起排氣壓力的降低。可定性地得出：進氣溫度增大、進氣壓力降低、分子量減小都會使壓縮機性能曲線下移。在壓縮機負荷有可能通過調速來改變的場合，隨著不同工況（壓縮比、出口壓力或轉速），極限喘振流量是個變數。它隨轉速的下降而變小，所以最合理的防喘振控制方法，應是留有適當的安全裕量。變極限流量法是采用隨動防喘振流量控制系統在壓縮機的不同工況下沿喘振曲線自動改變防喘振流量調節器的給定值，使防喘振調節器沿喘振曲線右側安全控制線工作，這樣既安全又節能。

（三）控制喘振的新型方案

（1）利用回流對喘振進行控制，該方案在實施上主要通過對電機的轉速進行改變，合理的調整流量，從而實現控制喘振，降低壓縮機在運行過程中能量消耗的目的。（2）聯鎖控制，該控制主要通過交流接觸器和時間繼電器等元件共同構成，通過兩者之間的相互制約和作用實現對電路的保護，從而實現對喘振的預防。（3）預估控制，該方案的實施主要是在工作進入喘振控制前，開啟旁路控制閥，從而確保機組在設備運行過程中能夠安全運行。預估控制的方式主要有兩種，分別為工作點跟蹤和移動速率檢測點跟蹤。

四、結束語

在如今的現代化工業生產中，離心壓縮機作為管網輸送系統主要的動力設備應用比較廣泛，然而在實際的應用過程中，經常有喘振現象發生，進而對壓縮機本身形成損害，同時嚴重影響了生產效益。結合實際應用過程，對喘振發生的原因進行分析，利用相應措施做到合理控制，增強離心壓縮機自身的抗喘振性，使得離心壓縮機維持正常工作。

參考文獻：

[1]鄧鳳龍.離心式壓縮機的喘振分析與控制[J].城市建設理論研究：電子版，2015，5（036）：1211-1212.

（作者單位：液化空氣（日照）有限公司）