第十七章离心式压缩机的防喘振控制
离心式压缩机防喘振控制措施分析
离心式压缩机防喘振控制措施分析摘要：在化工企业生产过程中，离心式压缩机有着十分重要的作用和地位，其有着排气压力在，输送流量小的优势，但其在具体运行过程中也存在一定缺陷问题。
如喘振问题，发生喘振对压缩机会造成极大危害，所以，需要采取有效防控措施，以确保压缩机得以安全、稳定地运行。
有鉴于此，下文在充分结合相关文献研究以及自己多年工作实践经验情况下，先是对离心式压缩机喘振问题的成因展开了认真分析，进而探讨了几点离心式压缩机喘振防控的有效措施，以供借鉴。
关键词：离心式压缩机；防喘振；控制措施一、探析离心式压缩机发生喘振的原因通常生产装置运行中的压缩机在运作时，如果受到外部因素影响而致使流量减小并达到Qmin值时，则会致使压缩机流道发生旋转脱离问题。
如果气量继续减少，那么压缩机叶轮整体流道就会形成气体旋涡区，而此时压缩机出口压力则会发生及时降低。
而与此同时，与压缩机出口相互连接的管网系统压力并不断立刻降低，且管网内气体还会倒流到压缩机内。
当管网内压力比压缩机出口排气压力小时，气体就会停止倒流，此时压缩机就会向管网内进行排气。
但由于进气量不够，当压缩机出口管网恢复到一定压力时流道内就会发生旋涡。
在这种循环下，机组和管道内流量也会随着之出现周期性变化，机器进出口压力也会引发较大幅度脉动。
另外，因气体压缩机进出口部位发生倒流，与此同时还会有较大周期性气流声响以及大幅度振动现象。
喘振是离心式压缩机自身所固有的一种特性，其发生喘振的原因通常可以在对象特性方面找出来。
因压缩机压缩比和流量曲线上存在一个交点，当其在右面曲线上进行作业时，压缩机是处于稳定状态的。
如在曲线左面低流量范围内作业时，会受到气体所具有的可压缩性特征影响，而出现不稳定。
而如果流量降低到喘振线时，倘若压缩比降下，那么流量就会继续减少；再加上输出管线气体压力要比压缩机出口压力大，所以，已经被压缩气体就会迅速倒流到压缩机内，随后管线内压力会进一步减小，进而会致使气体流动方向发生反转，并最终引发周期性喘振。
离心式压缩机的防喘振控制
图 ５ 通用性能曲线法防喘振控制原理图
１入口 ． 流量压差传感器 ２ 进气压力传感器 ． ３ 排气压力传感器 ４Ｐ Ｃ ． ．Ｌ 控制器 ５ 防喘振阀 ．
四、结语
喘振是离心式压缩机固有的特性，具有较大的危
害。影响喘振的因素较多，为保证离心式压缩机高效、 可靠地运行，必须设置相应的控制系统，对喘振现象产 生的先兆加以快速和准确的预测与判断，从而加以控 制 ，以避免喘振现象的发生。
因此，将通用性能曲线应用于防喘振控制，对工艺参数
经常变化的场合 ， 具有很好的适用性。通用性能曲线中
的ｐ／ ２Ｐ 很容易测 量， 但横坐标变量 Ｑ ／／ 用常 ｖ￣ ， 规
仪表难以测量，需转化为易于测量的参数。设压缩机入 口流量计 （ 孔板）差压为 ｈ，则入口 容积流量 Ｑ 为：
生产有着非常重要 的意义 。
度） ，又称为单参数法。Ｑ 为正常可以达到最高转速下
的喘振流量 （ 如图 １ 所示） 从而避免进入喘振区运行。 ，
在对离心式压缩机 的喘振机 理 、危害及判断 ，影 响
离心式压缩机喘振的主要因素以及离心式压缩机常见的 喘振实例作了详细论述…的基础上，主要探讨离心式压
（ ５ ）
值不变，则压缩机的压力比、效率保持不变［ 。当忽略
ｋ 值的变化时， ： 相等的条件为：
： —
这样， 通用性能曲 线横坐标可转化为 Ｋ＾ ， ／ 从
（） ２
，
而， 只需 检测 三个 参 数 ：Ｐ 、Ｐ 、ｈ 即 可得 到不 受工 ２ １
√ Ｒ 、ＲＴ Ｔ ， ｔｔ 式中 ｎ —— 压缩 机的转速 。 流量系数 ｛相等 的条件为 ： ５
求，又具有所用电子元器件少 ，制作简单，故障率低， 可靠性高 ， 维修方便，经济实用等优点，因而具有广泛 的应用前景。
离心式压缩机喘振的危害及防喘振控制
离心式压缩机喘振的危害及防喘振控制摘要：本文就天然气液化（LNG）过程中冷剂压缩机（离心式压缩机）有关防喘振方面的相关内容展开了探讨，主要就喘振机理、影响因素、危害及判断，防喘振控制以及发生喘振时的处理措施进行了分析。
关键词：离心式压缩机喘振压缩机运行中一个特殊现象就是喘振，防止喘振是压缩机运行中极其重要的问题。
在运行时，喘振的迹象一般是首先流量大幅度下降，压缩机排量显著降低，出口压力波动，压力表的指针来回摆动，机组发生强烈振动并伴有间断低沉的吼声，好像人在咳一般。
判断喘振除了凭人的感觉外，还可以根据仪表和运行参数配合性能曲线查出。
一、喘振的危害及判断1.喘振的危害喘振现象对压缩机十分有害，主要表现在以下几个方面：①喘振时由于气流强烈的脉动和周期性振荡，会使供气参数（压力、流量等）大幅度地波动，破坏了工艺系统的稳定性。
②会使叶片强烈振动，叶轮应力大大增加，噪声加剧。
③引起动静部件的摩擦与碰撞，使压缩机的轴产生弯曲变形，严重时会产生轴向窜动，碰坏叶轮。
④加剧轴承、轴颈的磨损，破坏润滑油膜的稳定性，使轴承合金产生疲劳裂纹，甚至烧毁。
⑤损坏压缩机的级间密封及轴封，使压缩机效率降低，甚至造成爆炸、火灾等事故。
⑥影响与压缩机相连的其他设备的正常运转，干扰操作人员的正常工作，使一些测量仪表仪器准确性降低，甚至失灵。
一般机组的排气量、压力比、排气压力和气体的密度越大，发生的喘振越严重，危害越大。
2.喘振的判断由于喘振的危害较大，操作人员应能及时判别，压缩机的喘振一般可从以下几个方面判别：①听测压缩机出口管路气流的噪声。
当压缩机接近喘振工况时，排气管道中会发生周期性时高时低“呼哧呼哧”的噪声。
当进入喘振工况时，噪声立即增大，甚至出现爆音。
②观测压缩机出口压力和进口流量的变化。
喘振时，会出现周期性的、大幅度的脉动，从而引起测量仪表指针大幅度地摆动。
③喘振时，机体、轴承的振动振幅显著增大，机组发生强烈的振动[2]。
浅谈离心式压缩机的防喘振控制
浅谈离心式压缩机的防喘振控制摘要：受到大环境的影响，流量大幅度下降，压缩机排量逐渐减小，并对出口造成压力波动，导致机组整体发生强烈振动，同时会产生低吼声，就像人咳嗽一般，这种现象叫喘振，其会对离心式压缩机造成一定的危害，轻则导致离心式压缩机无法正常运行，而重则会引发爆炸甚至火灾等灾害，严重危害附近工作人员的生命安全，而造成离心式压缩机喘振的故障原因多半是由于扩压器腐蚀或磨损，进气温度过高，叶轮扩压器等中间存在缝隙，叶轮磨损或存在附着物，都会导致离心式压缩机出现喘振现象，而通过对离心式压缩机展开防喘振控制并加强故障诊断系统的有效应用，可以有效对喘振故障进行预防并展开科学治理。
关键词：离心式压缩机；防喘振；控制引言在离心式压缩机应用范围不断扩大的情况下，离心式压缩机已经成为空分行业制氧、制氮的主要设备，一旦离心式压缩机在应用过程中发生喘振现象，将会影响制氧、制氮的正常产量，也会降低压缩机使用寿命。
因此相关工作应该重点分析导致离心式压缩机出现喘振问题的基本原因，有针对性地设计一些问题预防措施，能够在提高离心式压缩机运行质量的基础上，有助于提升离心式压缩机的运行安全性。
1离心式压缩机出现的喘振问题1.1扩压器腐蚀或磨损而造成离心式压缩机出现喘振的原因具有多种因素，而扩压器受到腐蚀或磨损就是其中一种，离心式压缩机体积较小，结果相对来说比较简单，但同时排放量极大，效率较高，且不受润滑油污染，在我国生产活动当中得以广泛使用，并取得了显著的应用效果，但扩压机内部磨损或腐蚀一直没有得到很好地解决，而且由于磨损与腐蚀是扩压器运行的必然现象，无法做到彻底杜绝，扩压器是离心式压缩机内部的重要组成部分，所以在一定程度上降低叶轮压出气体的流速，提高气体压力，而扩压器一旦发生磨损和腐蚀，就无法正确地发挥效用提高气体压力，从而引发离心式压缩机产生喘振故障。
在面对这项原因时需要工作人员定期对扩压器进行检修，对扩压器腐蚀或磨损部位进行及时更换或修复并做好一系列的防腐措施。
离心式压缩机的防喘振控制
离心式压缩机的防喘振控制离心式压缩机是一种常见的工业设备，广泛应用于制冷、空调、石化、化工和能源等领域。
但离心式压缩机在高速旋转过程中，易发生喘振现象，严重影响设备的可靠性和运行效率。
因此，实现离心式压缩机的防喘振控制，成为压缩机研发领域的热门话题。
喘振的概念和机理喘振是指机械系统在一定运行工况下，出现自激振动和自我放大的现象。
具体表现为设备发出高频噪声、振幅剧烈震动、设备受到损坏等。
离心式压缩机的喘振主要由两种类型引起，分别是稳定喘振和非稳定喘振。
稳定喘振是指设备在一定工况下，由于颤振力和阻尼力平衡不稳定而发生振动。
非稳定喘振则是指由于系统参数的变化而导致的振动，如流量、压力、转速等。
喘振的机理比较复杂，通常是由流体特性、机械特性和控制策略等多个因素综合作用形成。
针对离心式压缩机，具体原因如下：•离心式压缩机转子和静子间的流体动力学作用•离心式压缩机转子的惯性力和弹力•离心式压缩机流量的变化导致的系统不稳定防喘振的控制为了防止离心式压缩机的喘振，降低因喘振而引起的振动、噪声、能耗和设备损坏等问题，可以采用以下控制策略：转子动平衡离心式压缩机转子的动平衡是减少振动和噪声的有效措施。
动平衡可以通过加装质量均匀化转子重量分布，减少旋转惯量差异，使转子自身的振动减少。
减弱单元耦合离心式压缩机中存在转子和静子的相互作用，转子运转时的振动会将振动传递到静子中，同时静子的反作用力也会反过来影响转子。
因此，为了减小单元之间的耦合作用，需要采用合适的材料和合理的结构设计。
控制喘振频率喘振频率是指转子和压气机系统之间的谐振频率。
为了控制喘振，可以借助传感器、控制系统和信号处理技术，实时检测喘振频率，调节系统工况，减小喘振频率。
同时还可以采用创建额外的泄放卡止或捆绑物来改变系统频率。
控制驱动力离心式压缩机喘振的发生和发展与外界激励力有关。
为了降低驱动力，需要在系统中加入有阻尼的弹簧，将外部力矩转换为电信号或机械压力信号，并将信号传输到控制系统中，调节工况，实现防喘振。
离心式压缩机防喘振控制设计
1 概述1.1压缩机喘振及其危害压缩机运行中一个特殊现象就是喘振。
防止喘振是压缩机运行中极其重要的问题。
许多事实证明，压缩机大量事故都与喘振有关。
喘振所以能造成极大的危害，是因为在喘振时气流产生强烈的往复脉冲，来回冲击压缩机转子及其他部件；气流强烈的无规律的震荡引起机组强烈振动，从而造成各种严重后果。
喘振会造成转子大轴弯曲；密封损坏，造成严重的漏气，漏油；喘振的出现轻则使压缩机停机，中断生产过程造成经济损失，重则造成压缩机叶片损坏，造成人员伤害；喘振使轴向推力增大，烧坏止推轴瓦；破坏对中与安装质量，使振动加剧；强烈的振动可造成仪表失灵；严重持久的喘振可使转子与静止部分相撞，主轴和隔板断裂，甚至整个压缩机报废。
1.2喘振的工作原理及防治压缩机在运行中，当管路系统阻力升高时，流量将随之减小，有可能降低到允许值以下。
防喘振系统的任务就是在流量降到某一安全下限时，自动地将通大气的放空阀或回流到进口的旁通阀打开，增大经过空压机的流量，防止进入喘振区。
取流量安全下限作为调节器的规定值。
当流量测量值高于规定值时，放空阀全关：当测量值低于规定值时，调节器输出信号，将放空阀开启，使流量增加。
压缩机工作效率高，在正常工况条件下运行平稳，压缩气流无脉动，对其所输送介质的压力、流量、温度变化的敏感性相对较大，容易发生喘振造成严重事故。
所以应尽力防止压缩机进入喘振工况。
喘振现象是完全可以得到有效控制的，如图（1）所示，根据离心压缩机在不同工况条件下的性能曲线，只要我们把压缩机的最小流量控制在工作区（控制线内），压缩机即可正常工作。
喘振的标志是一最小流量点，低于这个流量即出现喘振。
因此需要有一个防止压缩机发生喘振的控制系统，限制压缩机的流量不会降低到这种工况下的最低允许值。
即不会使压缩机进入喘振工况区域内。
图1压缩机性能曲线与防喘振控制原理图压缩机的防喘振条件为：△P≥a（p2±bp1）式中：△p——进口管路内测量流量的孔板前后压差p1——进口处压力p2——出口处压力a、b——与压比、温度、孔板流量计的孔板系数有关的参数,可通过热工计算机和实验取得。
离心式压缩机的防喘振控制
湖北民族学院 化学与环境工学院 王保森
目录
• 1离心式压缩机控制的问题： “喘振”
现象
• 2.“喘振”现象产生的原因 2.“ • 3.防喘振的控制方案
1.离心式压缩机控制的问题：
“喘振”现象
• 喘振是离心式压缩机固有的特性。
2.“喘振”现象产生的原因
1.离心式压缩机的特性曲线及喘振现象
图11-15 变极限流量防喘振 控制方案
时，工况是安全的。
经过换算，上述不等式可写成如下形式
r ∆ p1 ≥ 2 ( p 2 − ap1 ) bk
（11-3）
该方案控制器FC的给定 值是经过运算得到的，因此 能根据压缩机负荷变化的情 况随时调整入口流量的给定 值，而且由于这种方案将运 算部分放在闭合回路之外， 因此可像单回路流量控制系 统那样整定控制器参数。
3.防喘振控制方案 3.防喘振控制方案
（1）固定极限流量法
对于工作在一定转速下的 离心式压缩机，都有一个进入 喘振区的极限流量QB，为了安 全起见，规定一个压缩机吸入 流 量 的 最 小 值 QP ， 且 有 QP ＜ QB。
图11-13 防喘振旁路控制
评价
• 优点：结构简单、运行安全可靠、投资费 用较少。 • 缺点：不适用于转速不恒定的的压缩机。
（2）可变极限流量法
图11-14上的喘振极限线 是对应于不同转速时的压缩机 特性曲线的最高点的连线。只 要压缩机的工作点在喘振极限 线的右侧，就可以避免喘振发 生。
图11-14 防喘振曲线
安全操作线近似为抛物线，其方程可用下列近似公式 表示
p2 bQ12 ≤a+ p1 T1
（11-2）
在
p2 bQ12 =a+ p1 T1
离心式压缩机的防喘振控制
离心式压缩机的防喘振控制摘要：与其他类型的压缩机相比，离心压缩机在正常情况下体积小、流量大、运行效率高，尤其是维修方便。
因此离心压缩机在现代工业生产中得到广泛应用。
但是，实际上，由于离心压缩机本身对气体压力和流量变化非常敏感，所以在实际应用中会出现喘振现象。
为了更好地保障安全生产运行，研究离心式压缩机防喘振控制措施显得尤为重要。
关键词：离心式压缩机；防喘振；性能曲线1引言当压缩机进气流量足够小时，扩散器整个流动通道将出现严重的旋转停滞，压缩机的出气压力会突然降低，使管网压力大于压缩机的出气压力，迫使气流返回压缩机；当管网压力低于压缩机出口压力时，压缩机将再次为管网供电。
当管网压力恢复到原始压力时，压缩机会产生旋转间隙，出口压力会降低，管网中的气流会返回到压缩机。
如此反复，压缩机流量和出口压力周期性波动，这种现象被称为突现现象，是离心压缩机固有的现象，是压缩机损坏的主要原因之一。
防喘振控制程序是控制系统制造商基于机组制造商提供的实验数据开发的具有防喘振控制功能的标准功能模块。
这样可以确保压缩机的安全运行，提高机组的运行效率，但如果应用不当，会使机组发生喘振，破坏设备，导致停产等事故。
2离心式压缩机概述2.1离心式压缩机运行原理在正常运行期间，压缩机随着压缩机叶轮旋转，同时气体在离心力的作用下排放，排放的气体大量进入压缩机膨胀器，然后进入叶轮位置形成真空带，同时一部分未经过处理的外部空气也流入叶轮，随着叶轮的不断旋转，气体持续吸入和排放，使气体来回循环保持流动。
2.2离心式压缩机喘振成因造成喘振现象的直接和间接因素有很多种，在很多情况下，是由于多种因素结合而形成的喘振问题。
2.2.1流量因素离心式压缩机在运行过程中，当压缩机流量下降时，压缩机出口压力增加，当在该转速下达到最大出口压力时，机组进入喘振区，同时压缩机出口压力下降，导致压缩机喘振。
同时，在一定流量下，压缩机转速越高，喘振发生越容易。
离心式压缩机喘振的发生，其主要原因是流量小，因此压缩机运行中压缩机流量的增加是防止离心式压缩机喘振的重要条件。
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特点：结构简单，投资少，变转速时容量大。 常用于转速不变的场合，应用范围不广。
17.2.2 可变极限流量防喘振控制
策略：根据防喘振线方程和压缩比计算出极限喘
振流量。
特点： 采用孔板测量入口流量，可不必采用开方器 按计算指标计算设定值的单回路控制系统。 控制回路中不含计算单元，因此，参数整定简单。
第十七章 离心式压缩机的防
喘振控制
17.1 离心压缩机的喘振
1.离心压缩机的喘振
2.喘振线方程 3.振动、喘振和阻塞
17.2 离心压缩机防喘振控制系统的设计
Hale Waihona Puke 1.固定极限流量防喘振控制2.可变极限流量防喘振控制
3.测量出口流量的可变极限流量防喘振控制
4.离心压缩机串并联时的防喘振控制
☆ 离心压缩机串联运行时的防喘振控制
☆ 离心压缩机并联运行时的防喘振控制
17.3 实例分析
1.二氧化碳压缩机的防喘振控制
2.催化气压缩机的防喘振控制
3.空气压缩机的防喘振控制
17.1 离心式压缩机的喘振
离心压缩机的工作特性：
工作特性指一定转速下，出口压力与流量的关系。
最大出口压力对应的流量是喘振点极限流量。
设置一个旁路阀，从第二级出口到第一级入口间
设置旁路阀。 采用低选器选择两个控制器中的低值信号送旁路 阀。
并联运行时的防喘振控制
当流量不够时，采用两台或两台以上的压缩机并 联运行： 单独设置各自的旁路阀 选用低选器，共用一个旁路阀，可实现单台压缩 机运行。
实施离心压缩机串并联运行时的注意事项
是针对特定的气体介质和入口温度及压力。
不同转速下有不同工作特性。
工作特性分为工作区、喘振区和阻塞区。
离心压缩机的喘振现象
喘振现象：离心压缩机运行中，负荷减小到某一
值时，气体排出流量减小并倒流，造成压缩机剧
烈震动的现象，又称飞动。
喘振的原因
内因：叶轮结构和介质特性造成一定的工作特性。 外因：流量减小或被压缩气体介质的特性变化。
尽量不要采用压缩机的串并联运行
串联运行时，后级的管网容量小，易发生喘振。 并联运行时，两台压缩机应尽量特性一致，防止 因负荷不均匀而引起某一台压缩机喘振。 从安全角度出发，常选用低选器，相应的流量控
制器常选用正作用控制器。
串并联运行增加控制的复杂性和工艺操作的复杂
性。
17.3 防喘振特例分析
为防止喘振发生，设置喘振接近的连锁系统。
当某些条件满足，通过HIC1085，连锁使连锁放
空阀。
例题 选择题（选择正确的答案，将相应的字母添入题内
的括号中。）
1．下列流体输送设备中，哪一种设备会产生喘振 （C） （A）往复泵 机 （B）离心泵 （C）离心式压缩 （D）往复式压缩机
A处，如Q↓，则P↑。到B点，Q↑，则气体倒流到C 点，Q=0，气体积累，C→D →A，Q↑→Q↓。气 体在叶轮中反复冲击，造成吼叫喘振声。C到D变 化快，故称飞动。
喘振的影响
流量不稳定，出现周期性的脉动流量。
使压缩机设备损坏。如1968年美国以压缩机喘振
损失100万美元。 使相应管网设备损坏
特点：
采用孔板测量出口流量，可允许较大的压力损失。
可用于高压缩比的场合。
需要考虑出口和入口温度（重度变化）的影响。
有些场合，计算式可更简化。
17.2.4 离心压缩机串并联时的防喘振控制
串联运行时的防喘振控制
当一台压缩机的出口压力不够时，采用两台或两 台以上的压缩机串联运行。 各个压缩机单独设置各自的旁路阀：如上述各自 设置。
17.3.1 二氧化碳压缩机的防喘振控制 实例一、二氧化碳压缩机的防喘振控制
二氧化碳压缩机用于二氧化碳的压缩，用气量用汽 轮机转速控制
吸入总管压力控制：压力高时放空（选气关阀）。
吸入流量FC与汽轮机转速SC的串级控制（工况正
常时）
吸入流量FC与吸入压力PC的选择性控制（压力低
时取代FC）
高压段入口压力控制：保证高压段入口压力恒定。
阻塞：压缩机流量过大时，气体流速接近或达到
音速（315M/S），压缩机叶轮对气体所做功全
部用于克服流动损失，气体压力不再升高的现象。
17.2 离心压缩机防喘振控制系统的设计
17.2.1 固定极限流量防喘振控制
离心压缩机的防喘振控制系统
固定极限流量防喘振控制
吸入流量Q>QP不开旁路阀。
策略：最大转速和最高温度下的喘振流量作为固 定极限流量QP。 与一般旁路控制的区别：
高压段入口压力PC-4与流量FC-3的选择性控制
（出口压力高时取代FC-3）。
低压段防喘振控制（采用出口流量，a=0）。
高压段防喘振控制（采用入口流量，a=0）。
17.3.2 催化气压缩机的防喘振控制 实例二、催化气压缩机的防喘振控制
催化气压缩机防喘振控制系统由两部分组成：
入口压力控制系统： 通过P1C控制进入蒸汽透平机的蒸汽，保证入口 压力稳定。
入口流量的可变极限流量防喘振控制： 采用上面显示的公式控制旁路阀（这是a≠0时的 应用示例：采用了乘法、除法和加法运算单元）。
17.3.2 空气压缩机的防喘振控制
实例三、空气压缩机的防喘振控制
空气压缩机的防喘振控制系统
采用DCS实施的防喘振控制系统
因对空气压缩，因此，不采用旁路，而直接放空。 入口压力采用入口导向叶片位置表示。 空气压缩机的负荷是调节入口导向叶片位置实现。 空气压缩机的防喘振控制是用FIC1051实现的。
有些场合，计算式可简化：
17.2.3 测量出口流量的可变极限流量防喘振控制 测量出口流量的可变极限流量防喘振控制
问题的提出：入口流量无法测量（如无安装位置、 入口压力低不允许大的压损等）采用出口流量的
测量实现可变极限流量防喘振控制。
依据：出口处测得的重量流量和入口处测得的重
量流量是相等的。
设入口和出口板的校正系数K1和K2相等。
喘振线方程 实际喘振线是过原点的一根抛物线。
振动、喘振和阻塞
喘振：在入口流量小于喘振流量QP时，离心压缩
机出现的流量脉动现象。
振动：高速旋转设备固有特性。旋转设备高速运 转达到某一转速时，使转轴强烈振动的现象。 它是因旋转设备具有自由旋转频率（称为自由振 动频率），转速达到该自由振动频率的倍数时， 出现的谐振。 转速继续高升或降低时，这种振动会消失。