离心压缩机喘振发生的机理
离心式压缩机喘振产生的原因分析及解决方案

离心式压缩机喘振产生的原因及解决方案一一离心式压缩机是工业生产中的重要设备,其具有排气量大、结构简单紧凑等优点,但也存在一些缺点如稳定工况区间较窄、容易发生喘振。
喘振给压缩机带来危害极大,为了保障压缩机稳定运行,必须应用有效的防喘振控制。
本文主要介绍了离心式压缩机喘振产生的原因,详细叙述了压缩机防喘振的意义与方法,以离心式空气压缩机为例,基于霍尼韦尔DCS系统如何实现防喘振控制。
离心式压缩机的工作原理随着我国工业的迅速发展,工业气体的需求日益增长,离心式压缩机因其优秀的性能及较大的排气量而被广泛应用于工业生产中。
在离心式压缩机中,汽轮机(或电动机)带动压缩机主轴叶轮转动,在离心力作用下,气体会被甩到工作轮后面的扩压器中去。
而在工作轮中间形成稀薄地带,前面的气体从工作轮中间的进气部分进入叶轮,由于工作轮不断旋转,气体能连续不断地被甩出去,从而保持了气压机中气体的连续流动。
气体因离心作用增加了压力,以很高的速度离开工作轮,经扩压器后速度逐渐降低,动能转变为静压能,压力增加,同时气体温度相应升高,在单级压缩不能达到压力要求的情况下,需要经过多级压缩,压缩前需要经过气体冷却器冷却,经过这种多级冷却多级压缩后,最终达到气体压缩的目的。
喘振产生的原因喘振是目前离心式压缩机容易发生的通病。
离心式压缩机的操作工况偏离设计工况导致入口流量减小,使得压缩机内部叶轮、扩压器等部件气流方向发生变化,在叶片非工作面上出现气流的旋转脱离,造成叶轮通道中气流无法通过。
该工况下,压缩机出口压力及与压缩机联合工作的管网压力会出现不稳定波动,进而使得压缩机出口气体反复倒流即“喘振”现象。
另外,压缩机的吸入气体温度发生变化时,其特性曲线也将改变,如图1、图2所示,这是压缩机在某一恒定转速情况下,因吸入气体温度变化时的一组特性曲线。
曲线表明随着温度的升高,压缩机易进入喘振区。
图1离心压缩机的性能曲线图2温度对性能曲线的影响喘振现象的发生,由于气体反复倒流,会打破压缩机原有的运动平衡,导致转子的振动增大,在旋转中与定子接触摩擦,通常监控上的表现为压缩机出口的压力反复波动,轴承温度逐渐升高。
离心式压缩机喘振原因及其预防措施分析

离心式压缩机喘振原因及其预防措施分析发布时间:2022-11-08T05:39:57.849Z 来源:《工程管理前沿》2022年第14期作者:赵钧[导读] 喘振是离心式压缩机运行期间常见危害性现象,设计不当、赵钧开封空气液化有限公司河南省开封市顺河回族区 475000摘要:喘振是离心式压缩机运行期间常见危害性现象,设计不当、调试不佳、运行失误等均可引发喘振,阻碍正常生产工作,因此必须重视离心式压缩机的喘振预防工作。
在离心式压缩机设计阶段,应搭建完整的防喘振控制系统,合理设计结合尺寸与逆止阀,并按规定做好试运行与设备调试工作,最后于离心式压缩机运行期间时作为维护保养,以此全方位避免喘振现象的产生。
关键词:离心式压缩机;喘振原因;预防措施1离心式压缩机构造研究离心压缩机结构可细分两部分即静子和转子,其中,静子结构有隔板、机壳、级间密封等;转子包括大量旋转零件,如平衡盘、叶轮、主轴等。
机械具体构造如下:(1)水平轴向部分型。
静子有密封、焊接机壳;转子包含联轴器、推力盘、隔套、轴套、叶轮。
(2)垂直径向部分型。
静子为隔板、内机壳、端盖、机壳;转子与水平轴向构造相同。
(3)整体齿轮增速。
静子有型环、扩压器、蜗壳、齿轮箱体;转子包括叶轮、联轴器、低速齿轮轴、低速齿轮、高速齿轮。
2离心式压缩机喘振现象分析2.1喘振现象分析喘振现象应从以下3个角度入手,全方位了解离心式压缩机喘振现象:①观察离心式压缩机进出口压力数值及入口流量,运用CCS软件得出数值波动幅度轨迹趋势图,分析CCS趋势图特征,若此时存在较大波动或周期性波动,则离心式压缩机可能出现喘振现象;②采用“听”的方式判断喘振,若离心式压缩机进出气管出现“呼哧呼哧”的气流噪声,则证明离心式压缩机运行不稳定,机组存在喘振问题;③根据离心式压缩机实际情况分析其轴系振动图,若发现离心式压缩机内出现轴系急剧振动的情况,且振动相对明显,则说明离心式压缩机存在喘振现象。
17喘振发生的原因及解决方案

c随着冷负荷的继续下降,来自压缩机的转速信号继继关闭导流叶片,并提高电动机的转速。工作原理如
下图所示。
喘振会带来的后果:
1) 使压缩机的性能显著恶化,气体参数(压力、排量)产生大幅度脉动
2) 噪声加大。
3) 大大加剧整个机组的振动,喘振使用压缩机的转子和定子的元件经受交变的动应力,压力失调引起强
烈的振动,使密封和轴承损坏,甚至发生转子和定子元件相碰等,叶轮动应力加大;
4) 电流发生脉动;
凝器中的压力下降到等于压缩出口压力为止。这时压缩机又开始向冷凝器送气,压缩机恢复正常工作。但
当冷凝器中的压力也恢复到原来的压力时,压缩机的流量又减小,压缩机出口压力又下降,气体又产生倒
流,如此周而复始,产生周期性的气流振荡现象。
喘振是压缩机一种不稳定的运行状态,压缩机周期性的发生间断的吼响声,整个机组出现强烈的热气排到蒸发器,降低压比,同时提高排气量,从而避免喘振的发生。
2)变频防喘振措施
VSD是Varialbe Speed Drives的简称,译为变频驱动装置,通过调节电动机的转速和优化压缩机导流叶片
的位置,使机组在各种工况下,尤其是部分负荷情况下,始终保持最佳效率。
喘振发生的原因及解决方案
1、喘振的原因
离心机组运行在部分负荷时,压缩机导叶开度减小,制冷剂的流量变得很小,压缩机流道中出现严重的
气体脱流,压缩抽的出口压力突然下降。由于压缩机和冷凝器联通工作,而冷凝器中气体的压力并不同时
降低,于是冷凝器中的气体压力反大于压缩机出口外的压力,造成冷凝器中的气体倒流回压缩机,直至冷
VSD控制的基本参数是是冷水出水温度实际值与设定值的温差。
离心式压缩机喘振的原因分析及处理

离心式压缩机喘振的原因分析及处理摘要:离心式压缩机喘振现象的发生主要取决于管网的特性曲线和离心式压缩机的特性曲线。
本文对离心式压缩机特点、喘振现象、产生的危害、判断方法、发生原因进行了总结,并提出了相应的预防措施。
关键词:压缩机;喘振;预防措施喘振是离心压缩机特有的一种现象,它是危害压缩机结构的主要原因之一,在工艺流程中应尽力避免压缩机喘振现象的出现。
根据石化企业压缩机机组现场应用反馈,机组发生喘振现象比较普遍,有些机组甚至频繁发生喘振,给企业安稳生产及经济效益造成了一定的影响。
1.喘振原因喘振作为离心式压缩机运行中的一-种特殊现象,易造成气流往复强烈冲击,严重影响压缩机运行部件,是造成运行事故的主要因素。
喘振是离心式压缩机本身固有的特性,导致喘振产生的因素有两方面:内在因素是由于离心式压缩机中的气流在一定的条件下出现了“旋转脱离”这种状况:而外在因素是由于离心式压缩机管网系统的特性。
2.离心机的特点离心式压缩机是具有处理气量大、体积小、结构简单、运转平稳、维修方便等特点,应用范围广。
但由于离心机本身结构所限,仍然存在短板,在压力高、流量小的场合会发生喘振,且不能从设计上予以消除。
3.离心式压缩机喘振的危害、现象及判断3.1喘振的危害喘振是当离心式压缩机的进口流量减少至一定程度时所发生的一种非正常工况下的振动,气体流量、进出口压力出现波动,从而引起压缩机转速及工艺气在系统中产生周期性振荡现象。
喘振的危害:(1)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)大幅波动,破坏了工艺系统的稳定性;(2)使压缩机叶片发生强烈振动,叶轮应力大幅增加,噪声加剧;(3)引起动静部件的摩擦与碰撞,使压缩机的轴发生弯曲变形,严重时会产生轴向窜动,使轴向推力增大,发生烧毁止推轴瓦甚至扫膛事故;(4)加剧轴承、轴瓦的磨损,破坏润滑油膜的稳定性,使轴瓦合金产生疲劳裂纹,甚至发生烧瓦抱轴等事故;(5)损坏压缩机的机械密封及轴封,使压缩机效率降低,同时由于密封的损坏会造成工艺气泄漏,极易引发火灾、爆炸等事故;(6)影响驱动机的正常运转,干扰操作人员的正常操作,使一些仪表、仪器的测量准确性降低甚至损坏。
离心式压缩机的喘振原因及控制

托善
2 0 1 3 年 第 4 期
离心式压缩机的喘振原因及控制
黄 安安 原 时超 ( 山西潞 安煤基 合成 油有 限公 司 山西 长治 0 4 6 1 0 3 )
摘要 : 发生喘振时 , 离 心 式 压 缩 机 的 转 子 和定 子元 件经 受 交 变 的 动 应 力 , 各 级 之 间 压 力 失 调 而 引起 强 烈 的振 动 , 导 致 密 封 及轴 承 损 坏 , 影 响 系 统 稳 定 运行 , 甚 至 造 成事 故 。 喘 振 不 仅 是 离心 式 压 缩 机 损坏 的主 要 原 因 , 还 是 诸 多 化工 事 故 的 诱 因 。本 文针 对 喘 振 发 生 的原 因和 和 如 何 避 免 喘振 进 行 了 探讨 。 关键词 : 离 心 式 压 缩 机 喘 振 控 制
2 . 1 . 5冲击 仪 表 喘 振会 直接 , 降低压力表等测量仪表仪器准确性 , 甚 至 损 坏 这些仪表。 2 2喘 振 的 ห้องสมุดไป่ตู้ 断 喘 振 不 仅具 有 以 上危 害 . 而 且 会 破 坏 整 个 系 统 的平 衡 , 应 此
、
离 心 压 缩 机 工 作 的原 理 相 对 简 单 .主 要 是 利 用 汽 轮机 带 动 操 作 人 员 必 须 及 时 判 断 。 作 出响 应 , 通 常 可从 这几 个 方 面 判 断 喘 高 速 旋 转 的 叶轮 , 气体在流过叶轮时 , 一 方 面 气 体 的压 力 有 所 提 振 : 高, 另一 方面速度也极 大增加 , 使得气体获 得了动能 ; 从 叶 轮 流 2 . 2 . 1 听声 音 出 的 高 速气 体在 扩压 器 内速 度 急 速 降低 ,使 气 体 的部 分 动 能 转 当压 缩 机 工 况 接 近 喘 振 时 , 排 气 管 道 中会 有 周 期 性 的 噪声 。 变 为压 力 能 。可 见 , 离 心 压 缩 机 的压 缩 过 程 主 要 在 叶轮 和 扩 压 器 当进 人 喘 振 工 况 时 , 噪声迅 速增大 , 甚 至 出 现爆 音 现 象 , 如 果 声 内 完成 。 即 离心 式 压 缩 机 通 过 叶轮 首 先 将 原 动 机 的机 械 能 转 变 音 增 大 , 则 很 可 能 是 喘振 。 为气 体 的静 压 能 和 动 能 。 2 . 2 . 2看 仪 表 1 . 2喘 振机 理 喘 振 的 一 个 特 点 就 是 气 流 减小 ,并 且气 流 会 出 现 周 期 性 的 离 心压 缩机 在运 行 过 程 中 由 于 系统 工况 变化 或 人 为 误 操 作 脉 动 , 这 时 可 以观 察 到 流 量 表 、 压力表指针 大幅度地摆动 , 通 过 产 生 气 体 流 量 减 小 的 状 况 。使 得进 人 叶 轮或 扩压 器 管 道 的 气 流 观察 可 以判 定 是 否 为 喘振 。 方 向发 生 逆 转 , 当 气 流 量 降 到很 低 时 , 分离现象则 达到最大化 。 三、 喘振 的预 防 和 处 理措 施 3 . 1预 防措 施 : ・ 当 气 流 发 生 旋转 脱 离 时 阻 碍 了气 流 的通 过 , 这 就 使 得 另 一 端 有 着 较 高 压力 的气 体 返 流 到 级里 来 。此 时 级 里 面气 体 压 力 增加 , 流 3 . 1 . 1 在 压 缩 机 防 喘振 系 统 未 投 自动 的 情 况 下 .调 整机 组 的 量增加 , 又 会 重 新把 倒 流 回来 的气 体 重新 压 出去 。因 此 气体 在 级 参 数使 其 运 行 状 态 离 喘振 区 , 保 留足 够 的防 喘振 空 间 。 与 管 道 间 往 复 徘 徊 ,这 就 使 得 系 统 中产 生 了 周 期 性 的 气 流 振 荡 3 . 1 . 2在 开 车 、 停 车或 者 调 整 过 程 中 , 必 须遵守 “ 升 压 过 程 先 现象 。 这种现象称为“ 喘振” 。 升速 , 降速过程先 降压” 的原则 。操作 中严格按照调整动作缓慢 、 均 匀 的过 程 。 1 - 3影 响 喘 振 的 因素 影 响 喘 振 的 因 素 主要 有 两 方 面 :一 是 离 心 式 压 缩 机 中 的气 3 . 1 . 3连 接 压 缩 机 的设 备 控 制 气 参 数 必 须 控 制 在 额 定 工 况 流在 叶道中形成气 流旋涡 即“ 旋转脱离 ” 这 是内在因素 ; 二 是 压 内。 缩 机 管 网系 统具 有 的一 种 特 性 。 这 是 外 部 因 素 。当外 界 条 件 使得 3 . 1 . 4操作 过 程 中必 须 密 切观 察 汽 轮 机 主 蒸 汽 及 后 系 统 设 备 两种因素相匹配时, 喘 振便 会 发 生 。可 归 纳 出 以下 几 个 方 面 : 的 各 项 参数 。 发 现有 喘振 的 倾 向 时 提前 做 出调 整 。 1 . 3 . 1 压 缩 机 出 口压 力 升 高 3 . 2处 理 措施 。 3 . 2 . 1阻塞 工 况 出 口压 力 升 高 时 . 使 得 系统 压 力 大 于 出 口压 力 , 气 流 量 会 降 低. 达 到 符 合 喘 振 的 流 量 。稳 定 系 统 压力 高 , 使 得 压 缩 机 出 口 憋 如 果 发 生 出 口阻 塞 工 况 .应 立 即适 当 打 开 出 口放 空 阀 进 行 减压 。 压。 大量 气 体 回流 人 压 缩 机 , 形 成气 体低 流量 。 1 . 3 . 2停 、 开机 时 3 . 2 . 2低 流 量工 况 当停 、 开 机 时 人 口流 量低 于规 定 值 。 低 流 量工 况 时 , 应 立 即打 开 反 飞 动 阀 , 增 加 出 口流 量 。 3 . 2 _ 3气 体参 数 变 化 工 况 1 . 3 . 3气 体 组 分 发生 变 化 当气 体 参 数 变 化 出 现 的 喘 振 时 。首 先 要 适 当打 开 放 空 阀 消 气 体 组 分 发 生 变 化 .气 体 的 摩 尔 质 量 变 化 。压缩 机转 数 不 变, 离 心 力却 会 变 化 , 可导 致 出 口压 力 及 排量 下 降 。 除喘 振 状 态 , 再 调 整 操 作 回 复气 体 参 数 。 1 . 3 . 4系统 气 体 含 有 油类 杂 质 3 . 2 . 4不 明 原 因 这 类 杂 质 使 压 缩 机 入 口气 体 带 油 。液 体 组 分 进 入 压 缩 机 内 发生喘振工况时 , 岗位操作人员在不能 明确判 断其 原因时 , 应 先 开 出 口放 空 阀 。 消 除 喘 振状 态后 。 再 根 据 实 际 情 况 作 出判 断 部, 则会 降低 气 体 流 量 。 1 - 3 . 5汽 轮 机 出力 下 降 后, 进行 防 喘振 操 作 。 由 于带 动 汽 轮机 的蒸 汽压 力 低 或 品质 差 时 , 机 组 出力 下 降 , 四、 结 束语 转 速 降低 , 相应 流量 会 降低 。 实践 证 明 . 喘振 的 发 生 是完 全 可 以避 免 的 。采 取 相 应 的 预 防 1 - 3 . 6机组 附件 原 因 措施 和操 作 , 提高操作人员的预防技能 , 加 强 对 机 组 的保 养 和 管 辅 助 系 统发 生故 障 。 或者调速系统失灵 。 等 等 原 因 导 致 真 空 理 . 可 以有 效 地 防 止 压 缩 机 的喘 振 的 发 生 及 其 带 来 的 危 害 , 为 机 组的安全稳定运行 提供可靠 的保 障。 从而增加机组运行周期 , 降 效 率下 降 , 机 组 出 力降 低 。 低 检 维修 保 养 费 用 。 不 断提 高 经 济运 行 效 率 。 二、 喘 振 的 危 害 和判 断 方 法 参 考 文献 ‘ 2 . 1 喘 振 的 危 害 『 1 】王 书敏 , 何 可 禹. 离 心 式 压 缩 机 技 术 问答[ M】 . 第 二 版 .中 传 真 造 成 的危 害 主 要 有 以 下几 个 方 面 : 国石 化 出版 社。 2 0 0 6 . 2 . 1 . 1 影 响 工艺 稳 定 喘 振 时 气 流 强 烈 的 脉 动 和 ,会 造 成 供 气 的 压 力 大 幅 度地 波 f 2 1 周 国 良. 压 缩 机 维 修 手 册【 M] . 1 . 化 学 工 业 出版 社, 2 0 1 0 . 动. 影 响 工艺 系统 的稳 定性 及安 全 。 f 3 1 朱报祯, 郭涛. 离心压缩机 i M 】 . 3 . 西安交通大学出版社, 1 9 8 9 :‘ 2 . 1 . 2损 坏 压 缩 机 作者 简介 : 黄安安 . 男. 山西阳泉人 , 助理 工程师 。 从 事 煤 化 喘 振 发 生 破 坏 了润 滑 系 统 平 衡 .加 剧 了轴 承等 磨 损 件 磨 损 工行 业 。 山 西潞 安 煤 基 合 成 油有 限公 司 。 程度 . 不 断 的震 动 会 使 轴 承 产 生疲 劳形 成 裂 纹 、 形变 、 损毁 。 2 . 1 - 3 破 坏 密 封 喘 振 产 生 的震 动 扩 大 了密 封 的 间 隙 一 方 面 降 低 压 缩 机 效
离心机喘振原因有哪些及工作原理

离心机喘振原因有哪些及工作原理离心机喘振原因有哪些?在低负荷状态下,离心机都共有一个喘振问题。
那么离心机喘振原因有哪些?如何解决呢?1、冷凝器积垢冷凝器换热管内表水质积垢(开式循环的冷却水系统最简单积垢),而导致传热热阻增大,换热效果降低,使冷凝温度上升或蒸发温度降低,另外,由于水质未经处理和维护不善,同样造成换热管内表面沉积沙土、杂质、藻类等物,造成冷凝压力上升而导致离心机喘振发生。
解决方法:清除传热面的污垢和清洗冷却塔。
2、制冷系统有空气当离心机组运行时,由于蒸发器和低压管路都处于真空状态,所以连接处极简单渗入空气,另外空气属不凝性气体,绝热指数很高,为 1.4,当空气凝积在冷凝器上部时,造成冷凝压力和冷凝温度上升,而导致离心机喘振发生。
解决方法:离心机接受K11制冷剂时,一般液体温度超过28℃时,表明系统中有空气存在。
排出方法:启动抽气回收装置,将不凝性气体排出,一般将制冷剂R11的压力抽到稍低于制冷荆液体温度相对应的饱和压力,即28℃以下的对应压力:117.68KMP以下即可。
3、冷却塔冷却水循环量不足,进水温度过高由于冷却塔冷却效果不佳而造成冷凝压力过高,而导致喘振发生。
解决方法:进行反喘振调整。
当能量调整大幅度削减时,造成吸气量不足,即蒸气不能均匀流入叶轮,导致排气压力陡然下降,压缩机处于不稳定工作区,而发生喘振。
为了防止喘振,可将一部分被压缩后的蒸气,由排气管旁通到蒸发器,不但可防喘振。
而且对离心机启动时也有益:削减蒸气密度和启动时的压力,可减小启动功率。
4、蒸发器蒸发温度过低由于系统制冷剂不足、制冷量负荷减小,球阀开启度过小,造成蒸发压力过低而喘振。
解决方法:检查蒸发压力过低原因,制冷剂不足添加制冷剂,制冷量负荷小,关闭能量调整叶片。
5、关机时未关小导叶角度和降低离心机排气口压力当离心机停机时,由于增压蓦地消失,蜗壳及冷凝器中的高压制冷剂蒸气倒灌,简单喘振。
解决方法:停离心机时应注意主电机有无反转现象,并尽可能关小导叶角度,降低离心机排气口压力。
离心式空气压缩机喘振原因与预防措施

离心式空气压缩机喘振原 因与预防措施
杜 敏
( 唐钢检修公司 )
【 摘 要】 喘振是 目 前离心式空气压缩机容易发生的通病。本
( 压 力、流量等) 大幅度地波动 ,破坏 了工艺系统的稳定性。 ( 2 )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 。 ( 3 )会使 叶片强烈振动 ,叶轮应 力大大增加 ,噪声加居 。 ( 4 ) 损 坏压缩机 的级问密封及轴封 , 使压缩机效率降低 , 甚至 造成爆炸 、火灾等事故 。 ( 5 ) 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 。 ( 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 。 5喘振 的预 防措施及 改进 5 . 1压缩机 自带 的喘振保护装置 动力厂供风车间冷板空压机站 3 # 空压机是 上海艾律德机械有限 公司的 5 5 0 D A 3型 3级压缩离心式空压机 。 该空压 机具有 自动双重流 量限制控制 :当系统压力 到达 空压机 的设定压力 时,进 口导叶会慢 慢关小 ,此时空气仍然持续 以需求 的速率和相对 的压力输 出。如果 系统需求量继续下 降,低于 空压机 稳定操作 的范 围,进 口导叶将关 至最小开度 ,同时 ,在空压机 的排汽管路上 ,空气会经过止 回阀前 端 的放空 阀排至大气 。通过之前 的介绍 ,我们知 道空压机 喘振 的直 接原 因是人 口流量减少 , 而人 口流量减少直接导致空压机 负荷减少 , 空压机负荷减少最直观 的反应就是 电机 电流减小 。大 部分 空压机都
带有防 喘振装置 ,它们 的工作 原理 基本 相同,即在空压机运 行接近
离心式压缩机的喘振原因及预防14

离心式压缩机的喘振原因及预防]离心式压缩机的喘振原因及预防田立华(中石油前郭石化分公司)摘要离心式压缩机发生喘振时,转子及定子元件经受交变的动应力,级间压力失调引起强烈的振动,使密封及轴承损坏,甚至发生转子与定子元件相碰、压送的气体外泄、引起爆炸等恶性事故。
因此,离心式压缩机严禁在喘振区域内运行。
本文针对喘振的原因和预防措施做了详细论述。
关键词离心式压缩机喘振喘振点性能曲线旋转脱离一、喘振机理喘振的产生包含两方面因素:内在因素是离心式压缩机中的气流在一定条件下出现“旋转脱离”;外界条件是压缩机管网系统的特性。
当外界条件适合内在因素时,便发生喘振。
2.喘振与管网的关系离心压缩机的喘振是其本身的固有特性。
压缩机是否在喘振工况点附近运行,这主要取决于管网的特性曲线P=Pa+AQ2。
图2为离心压缩机和管网联合工作性能曲线。
交点M为稳定工况点,当出气管路中的闸阀关小到一定程度时,管道中的阻力系数A增大,管网特性曲线左移到图2中曲线4的位置时,与压缩机性能曲线2交于N点,压缩机出现喘振工况,N点即为喘振点。
相反闸阀开大时,管道中的阻力系数A减小,管网特性曲线1右移,压缩机流量达到Qmax时,出现滞止工况。
最小流量与滞止流量之间的流量为离心压缩机的稳定工况范围。
3.喘振的产生从图2可以看出:由于管网阻力的增加,管网特性曲线左移,致使压缩机工况点向小流量偏移。
压缩机的流量Qj 减少,气体进入叶轮和叶片扩压器的正冲角i增加,附面层分离区扩大,产生相对于叶轮旋转方向的“旋转脱离”,使叶轮前后压力产生强烈的脉动。
发生旋转脱离时在叶轮的凹面形成涡流区,当流量减小到Qmin时,上述的正冲角i 增加得更大,涡流区扩大到整个叶片流道,气流受到阻塞,压缩机出口压力突然下降,而管网中气体压力并不同时下降,这时,管网中压力P1大于压缩机出口压力P2,因而管网中气体倒流向压缩机,直至管网中压力下降到低于压缩机出口压力时才停止倒流。
这时压缩机又开始向管网压送气体,使管网中的气体压力再次升高至P1时,压缩机的流量Qj减少到Qmin,出口压力突然降到P2,P1>P2后,管网中气体又倒流向压缩机。
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喘振发生的机理:
当离心式制冷压缩机流量降低至某一值时,叶片进口气流正冲角很大,致使叶片非工作面的气流边界层严重分离,并沿流道扩张开来造成叶片流道有效流通面积大为减少,此时叶轮虽然仍在旋转对气体做功,但是无法太高其他压力,于是压缩机流量显著下降。
由于冷凝器具有相对较大的容积,故冷凝器中的气体不可能很快下降,于是冷凝器中的气体会在压差的作用下反向倒流回压缩机,同时冷凝器气体压力迅速下降,直到冷凝器压力等于压缩机出口压力,倒流现象停止;
此后,气流又在旋转叶轮的作用下提高气体流量和排气压力并重新向冷凝器输送气体,但是,随着排气流量的不断增加,冷凝器中的压力又迅速回升,而压缩机的气体流量仍然不足,叶片非工作面边界层再次出现严重分离。
【离心压缩机的基本工作原理是利用高速回转的叶轮对气体做功,将机械能加给气体,使气体压力升高,速度增大,气体获得压力能和速度能。
在叶轮后面设置有通流面积逐渐扩大的扩压元件,高压气体从叶轮流出后,再流经扩压器进行降速扩压,使气体流速降低,压力继续升高,即把气体的一部分速度能转变为压力能,完成了压缩过程。
扩压器流道内的边界层分离现象:扩压器流道内气流的流动,来自叶轮对气流所做功转变成的动能,边界层内气流流动,主要靠主流中传递来的动能,边界层内气流流动时,要克服壁面的摩擦力,由于沿流道方向速度降低,压力增大,主流的动能也不断减小。
当主流传递给边界层的动能不足以使之克服压力差继续前进时,最终边界层的气流停滞下来,进而发生旋涡和倒流,使气流边界层分离。
气体在叶轮中的流动也是一种扩压流动,当流量减小或压差增大时也会出现这种边界层分离现象。
当流道内气体流量减少到某一值后,叶道进口气流的方向就和叶片进口角很不一致,冲角α大大增加,在非工作面引起流道中气流边界层严重分离,使流道进出口出现强烈的气流脉动。
当流量大大减小时,由于气流流动的不均匀性及流道型线的不均匀性,假定在B 流道发生气流分离的现象,这样B 流道的有效通流面积减小,使原来要流过B 流道的气流有一部分要流向相邻的A流道和C 流道,这样就改变了A 流道,C 流道原来气流的方向,它使C 流道的冲角有所减小,A 流道的冲角更加增大,从而使A 流道中的气流分离,反过来使B 流道冲角减小而消除了分离现象,于是分离现象由B 流道转移到A 流道。
这样分离区就以和叶轮旋转方向相反的方向旋转移动,这种现象称为旋转脱离。
扩压器同样存在旋转脱离。
在压缩机的运转过程中,流量不断减小到Qmin值时,在压缩机流道中出现如上所述严重的旋转脱离,流动严重恶化,使压缩机出口压力突然大大下降,低于冷凝器的压力,气流就倒流向压缩机,一直到冷凝压力低于压缩机出口压力为止,这时倒流停止,压缩机的排量增加,压缩机恢复正常工作。
而实际上压缩机的总负荷很小,限制了压缩机的排量,压缩机的排量又慢慢减小,气体又产生倒流,如此反复,在系统中产生了周期性的气流振荡现象,这种现象称为喘振。
压缩机达到最小排量点而产生严重的气流旋转脱离是内因,而压缩机的性能曲线状况和工况点的位置是条件,内因只有在条件的促成下,才能发生特有的现象———喘振。
离心冷水机组运行在部分负荷时,压缩机导叶开度减小,参与循环的制冷剂流量减少。
压缩机排量减小,叶轮达到压头的能力也减小。
而冷却水温由于冷却塔未改变而维持不变,则此时就可能发生旋转失速或喘振。
喘振是速度型离心式压缩机的固有特性。
因此对于任何一台压缩机,当排量小到某一极限点时就会发生该现象。
冷水机组是否在喘振点附近运行,主要取决于机组的运行工况。
在什么状态发生喘振只有通过对机器的试验,即不断减少其流量,才可以测出具体的喘振点。
由于压缩机叶轮流道内气体流量的减少,按照压缩机的特性曲线,其运行的工况点引向高压缩比方向。
这时气流方向的改变在叶轮入口产生较大的正冲角,使得叶轮叶片上的非工作面产生严重的气流“脱离现象”,气动损失增大,叶轮出口处产生负压区,引起冷凝器上部或蜗壳内原有的正压气流沿压降方向“倒灌”,退回叶轮内,使叶轮流道内的混合流量增大,叶轮恢复正常工作。
如此时压缩机工况点仍未脱离喘振点(区) ,又将出现上述气流的“倒灌”。
气流这种周期性的往返脉动,正是压缩机喘振的根本原因。
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喘振对机组的危害
压缩机性能显著恶化,气体参数(压力,流量等)产生大幅度脉动
伴随强烈的周期性气流噪声,出现气流吼叫声
整个机组出现强烈振动,该振动不同于一般的机械振动,喘振导致压缩机出口气流的反复倒吸、吐出、来回撞击,压缩机转子在机内沿轴向来回窜动,使密封和轴承损坏,甚至发生振动元件和固定元件出现碰撞;
喘振使压缩机转轴、叶轮、扩压器、齿轮等元件经受交变的动应力,增大各元件损坏概率,缩短其使用寿命
主电机电流在低负荷和高负载间交替脉动,电机发热量和冷却效果恶化,降低电机绕组的绝缘寿命
【喘振是离心式压缩机的运行工况在小流量、高压比区域中所产生的一种不稳定的运行状态。
压缩机喘振时,将出现气流周期性振荡现象。
喘振带给压缩机严重的破坏,会导致下列严重后果:
1) 使压缩机的性能显著恶化,气体参数(压力、排量) 产生大幅度脉动。
2) 噪声加大。
3) 大大加剧整个机组的振动。
喘振使压缩机的转子和定子的元件经受交变的动应力:压力失调引起强烈的振动,使密封和轴承损坏,甚至发生转子和定子元件相碰等:叶轮动应力加大。
4) 电流发生脉动。
5) 小制冷量机组的脉动频率比大型机组高,但振幅小。
不同于一般的机械振动,在压缩机出口产生气流的反复倒灌、吐出、来回撞击,使得主电机交替出现满载和空载,电流表指针或压缩机出口压力表指针产生大幅度无规律的强烈抖摆和跳动。
压缩机转子在机内沿轴向来回窜动,并伴有金属摩擦和撞击声响。
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