離心式壓縮機喘振發生的機理、原因及預防措施!
一、喘振發生的機理
當離心式壓縮機的操作工況發生變動並偏離設計工況時,
當流量減少到一定程度,由於葉輪的連續旋轉和氣流的連續性,使這種邊界層分離現象擴大到整個流道,而且由於氣流分離沿著葉輪旋轉的反方向擴展,從而使葉道中形成氣流漩渦,再從葉輪外圓折回到葉輪內圓,此現象稱為氣流旋離,又稱旋轉失速。發生旋轉脫離時葉道中的氣流通不過去,
二、喘振發生的原因
1、流量
圖1 不同轉速下出口壓力與流量的關係
每台離心式壓縮機在不同轉速n下都對應著一條出口壓力P與流量Q之間的曲線,如圖1所示。
隨著流量的減少,壓縮機的出口壓力逐漸增大,當達到該轉速下最大出口壓力時,機組進入喘振區,壓縮機出口壓力開始減小,
2、氣體相對分子品質
圖2 不同相對分子品質時的性能
離心壓縮機在相同轉速、不同相對分子品質下恒壓進行的曲線,
3、入口壓力
圖3 不同入口壓力時的性能
壓縮機的入口壓力P1>P2>P3,在壓縮機恒壓的運行工況下,入口壓力越低,壓縮機越容易發生喘振,這也是入口篩檢程式壓差增大時,要及時更換濾網的原因。
4、入口溫度
圖4 不同入口溫度時的性能
恒壓恒轉速下進行的離心式壓縮機在不同入口氣體溫度時的進行曲線,從曲線上可以看出在恒壓運行工況下,氣體入口溫度越高,越容易發生喘振。因此,對同一台離心式壓縮機來說,夏季比冬季更容易發生喘振。
5、轉速
透平式驅動的壓縮機,往往根據外界不同流量要求而運行在不同轉速下,從圖1可以知道,在外界用氣量一定的情況下,轉速越高,越容易發生喘振。
綜上所述,出現喘振的根本原因是壓縮機的流量過小,小於壓縮機的最小流量(或者說由於壓縮機的背壓高於其最高排壓)導致機內出現嚴重的氣體旋轉分離;外因則是管網的壓力高於壓縮機所提供的排壓,造成氣體倒流,並產生大幅度的氣流脈動。
三、喘振的預防措施
1、壓力調節
壓縮機在高於設定壓力的條件下工作時,可通過進口節流的方式維持出口壓力,或打開防喘振調節閥將部分壓力放空;也可加裝旁通管,採用旁通回流的方法,使排出壓力保持在設定的壓力下,使其流量維持在所限定的最低流量之內。
2、變頻器調速
壓縮機在開始運行時,負荷最大,感測器把所測量的數據傳至PLC(可程式設計控制器),PLC經過運算輸出運行頻率到變頻器,控制變頻器,隨著壓縮機的運行,PLC根據壓差與流量的降低發出信號,控制變頻器降低電源頻率,從而降低了運行中壓縮機的轉速,避免了壓縮機的喘振,並減少了不必要的能量損失。
3、合理控制防喘振安全裕度
根據離心壓縮機性能曲線,在喘振線右側採用了一條防喘振線作為防喘振調節器的給定值曲線,它與喘振線之間的這的區域是壓縮機的安全邊界,稱為安全裕度。它是在一定工作轉速下,正常流量與該轉速下喘振流量之比值。當壓縮機工作點到達防喘振線時,防喘振調節閥打開,以使工作點右移進入安全區,從而避免喘振的發生。
4、設置報警儀錶
在離心壓縮機的進口安裝流量監視儀錶,出口安裝壓力監視儀錶,一旦壓縮機已接近喘振工況區時能及時發出報警,以提前採取措施,防患於未然。
5、轉速
透平式驅動的壓縮機,往往根據外界不同流量要求而運行在不同轉速下,從圖1可以知道,在外界用氣量一定的情況下,轉速越高,越容易發生喘振。
綜上所述,出現喘振的根本原因是壓縮機的流量過小,小於壓縮機的最小流量(或者說由於壓縮機的背壓高於其最高排壓)導致機內出現嚴重的氣體旋轉分離;外因則是管網的壓力高於壓縮機所提供的排壓,造成氣體倒流,並產生大幅度的氣流脈動。
三、喘振的預防措施
1、壓力調節
壓縮機在高於設定壓力的條件下工作時,可通過進口節流的方式維持出口壓力,或打開防喘振調節閥將部分壓力放空;也可加裝旁通管,採用旁通回流的方法,使排出壓力保持在設定的壓力下,使其流量維持在所限定的最低流量之內。
2、變頻器調速
壓縮機在開始運行時,負荷最大,感測器把所測量的數據傳至PLC(可程式設計控制器),PLC經過運算輸出運行頻率到變頻器,控制變頻器,隨著壓縮機的運行,PLC根據壓差與流量的降低發出信號,控制變頻器降低電源頻率,從而降低了運行中壓縮機的轉速,避免了壓縮機的喘振,並減少了不必要的能量損失。
3、合理控制防喘振安全裕度
根據離心壓縮機性能曲線,在喘振線右側採用了一條防喘振線作為防喘振調節器的給定值曲線,它與喘振線之間的這的區域是壓縮機的安全邊界,稱為安全裕度。它是在一定工作轉速下,正常流量與該轉速下喘振流量之比值。當壓縮機工作點到達防喘振線時,防喘振調節閥打開,以使工作點右移進入安全區,從而避免喘振的發生。
4、設置報警儀錶
在離心壓縮機的進口安裝流量監視儀錶,出口安裝壓力監視儀錶,一旦壓縮機已接近喘振工況區時能及時發出報警,以提前採取措施,防患於未然。