壓縮機(jī)防喘振資料整理

1、 據(jù)我公司與陜鼓技術(shù)協(xié)議，壓縮機(jī)流量調(diào)節(jié)方式為回流調(diào)節(jié)+變頻調(diào)速，收集相關(guān)資料整理如下： 回流調(diào)節(jié)+變頻調(diào)速在離心壓縮機(jī)喘振控制中的應(yīng)用1 喘振1.1 喘振現(xiàn)象當(dāng)壓縮機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，流量減小到一定程度時(shí)，就會(huì)在壓縮機(jī)流道中出現(xiàn)嚴(yán)重的旋轉(zhuǎn)脫離，流動(dòng)嚴(yán)重惡化，使壓縮機(jī)出口壓力突然嚴(yán)重下降。由于壓縮機(jī)總是和管網(wǎng)系統(tǒng)聯(lián)合工作的，這時(shí)管網(wǎng)中的壓力并不馬上減低，這時(shí)管網(wǎng)中的氣體壓力就反大于壓縮機(jī)出口處的壓力，因而管網(wǎng)中的氣體就倒流向壓縮機(jī)，一直到管網(wǎng)中的壓力下降至低于壓縮機(jī)出口壓力為止，這時(shí)倒流停止，壓縮機(jī)又開始向管網(wǎng)供氣，壓縮機(jī)的流量又增大，壓縮機(jī)又恢復(fù)正常工作。但是當(dāng)管網(wǎng)中的壓力也恢復(fù)到原來的壓力時(shí)，

2、壓縮機(jī)的流量又減小，系統(tǒng)中氣體又產(chǎn)生倒流，如此周而復(fù)始，就在整個(gè)系統(tǒng)中產(chǎn)生了周期性的氣流振蕩現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為“喘振”。上圖中n為壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，在每種轉(zhuǎn)速下都有一個(gè)p2/p1值最高的點(diǎn)（駝峰點(diǎn)），將不同轉(zhuǎn)速下的各個(gè)駝峰點(diǎn)連接起來就可以得到一條所謂的喘振邊界線（上圖中實(shí)線所示）。邊界線左側(cè)部分為不穩(wěn)定的喘振區(qū)，邊界右側(cè)部分則是安全運(yùn)行區(qū)。在喘振區(qū)，壓縮比p2/p1隨著q的增大而增大，即出口壓力p2增大，到大于管道阻力時(shí)，就會(huì)使壓縮機(jī)排出量增大，并恢復(fù)到穩(wěn)定的值qa。假如流量繼續(xù)下降到小于駝峰值qb，這時(shí)壓縮比不僅不會(huì)增大，反而下降，即p2下降，就會(huì)出現(xiàn)惡性循環(huán)：壓縮機(jī)排出量會(huì)繼續(xù)減小，而出口壓力

3、p2會(huì)繼續(xù)下降，當(dāng)p2下降到低于管網(wǎng)壓力時(shí)，瞬間將會(huì)出現(xiàn)氣體的倒流；隨著倒流的產(chǎn)生，管網(wǎng)壓力下降，當(dāng)管網(wǎng)壓力下降到與壓縮機(jī)出口壓力相等時(shí)倒流停止；然而壓縮機(jī)仍在運(yùn)轉(zhuǎn)，于是壓縮機(jī)又將倒流回來的氣體重新壓回去；此后又引起p2/p1下降，被壓出的氣體又倒流回來。這種現(xiàn)象將重復(fù)產(chǎn)生，這就是所謂的喘振。1.2 產(chǎn)生喘振的先決條件從喘振現(xiàn)象可知，影響喘振的因素有：(1) 流量；(2) 轉(zhuǎn)速；(3) 管網(wǎng)特性。(1)流量是導(dǎo)致喘振的先決條件，因?yàn)楫?dāng)壓縮機(jī)越過最小流量值時(shí)，就會(huì)在流道中產(chǎn)生嚴(yán)重的旋轉(zhuǎn)脫流和脫流區(qū)急劇擴(kuò)大的情況，進(jìn)而發(fā)展到喘振狀態(tài)。(2)轉(zhuǎn)速變化對(duì)喘振的影響；離心式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，其性能曲線也

4、將隨之改變，當(dāng)轉(zhuǎn)速提高時(shí)，壓縮機(jī)葉輪對(duì)氣體所做的功將增大，在相同的容積流量下，氣體的壓力也增大，性能曲線上移。反之，轉(zhuǎn)速降低則使性能曲線下移。對(duì)應(yīng)不同轉(zhuǎn)速，喘振流量也不同，當(dāng)轉(zhuǎn)速增大時(shí)，喘振流量也增大，即隨著轉(zhuǎn)速的增大，喘振線向大流量區(qū)移動(dòng)，即對(duì)于不同的轉(zhuǎn)速，壓縮機(jī)的性能曲線呈現(xiàn)出不同的性能，轉(zhuǎn)速越高，性能曲線向右上方移動(dòng)，越容易發(fā)生喘振，反之亦然。(3)管網(wǎng)的容量愈大，則喘振的振幅愈大，頻率愈低；管網(wǎng)的容量愈小，則喘振的振幅愈小，頻率愈高。圖1.2管網(wǎng)對(duì)喘振的影響離心式壓縮機(jī)的工作點(diǎn)是壓縮機(jī)性能曲線與管網(wǎng)特性曲線的交點(diǎn)，只要其中一條曲線發(fā)生變化，則工作點(diǎn)就會(huì)改變。管網(wǎng)阻力增大(例如壓縮機(jī)出口

5、閥關(guān)小)，其特性曲線將變陡峭，致使工作點(diǎn)向小流量方向移動(dòng)。如圖1.2所示，當(dāng)工作點(diǎn)由a移至a時(shí)便進(jìn)入了喘振工況區(qū)。管網(wǎng)容量越大，喘振的振幅越高，頻率越低，喘振越嚴(yán)重，破壞性越強(qiáng)。喘振的頻率大致與管網(wǎng)容量的0.56次方成反比。另外，管網(wǎng)的容量對(duì)壓縮機(jī)的喘振流量也有影響，有些人對(duì)一臺(tái)小型低壓離心式壓縮機(jī)的喘振試驗(yàn)表明：管網(wǎng)的容量對(duì)喘振點(diǎn)的影響很大，容量大時(shí)喘振點(diǎn)流量也增大，壓縮機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差。除此以外，壓縮氣體的吸入狀態(tài)，如分子量、溫度等也是造成壓縮機(jī)喘振的原因。分子量越高，溫度越低，壓縮機(jī)越容易發(fā)生喘振。從性能曲線上看，離心式壓縮機(jī)的性能曲線大多呈駝峰型，喘振這種有害現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，壓縮機(jī)的流量

6、小于最大壓頭所對(duì)應(yīng)的流量。1.3喘振區(qū)域的確定壓縮機(jī)性能曲線表示出口壓力隨氣體流量而變化的曲線；管網(wǎng)特性曲線是管道進(jìn)口壓力隨氣體流量而變化的曲線。兩條曲線的交點(diǎn)是壓縮機(jī)的工作點(diǎn)，工作點(diǎn)的橫坐標(biāo)是氣體流量，縱坐標(biāo)是實(shí)際排氣壓力，如圖1.22中，駝峰的最高點(diǎn)k，凡是壓縮機(jī)工作點(diǎn)位于k點(diǎn)以右的下降部分，為穩(wěn)定工作區(qū)，工作點(diǎn)位于k點(diǎn)以左的曲線下降部分為喘振區(qū)。 圖1.3 喘振區(qū)域的界定辦法2 喘振控制方法從以上分析可知，要避免壓縮機(jī)進(jìn)入喘振狀態(tài)就必須使壓縮機(jī)流量大于最小流量值。這是從破壞產(chǎn)生喘振先決條件的角度出發(fā)的。通常把為輸送氣體連接壓縮機(jī)的管道、容器等全套設(shè)備，包括進(jìn)、排氣管線，稱為管網(wǎng)。壓縮機(jī)的

7、輸氣量gd和管網(wǎng)的流量gr相等，或者說壓縮機(jī)的排氣壓力等于管網(wǎng)的進(jìn)口壓力肌，壓縮機(jī)和管網(wǎng)就能穩(wěn)定運(yùn)行，即gd=gr或pd=pr。管網(wǎng)的特性曲線和壓縮機(jī)的特性曲線的交點(diǎn)恰好能滿足上述要求，這就是壓縮機(jī)和管網(wǎng)的聯(lián)合運(yùn)行點(diǎn)，如圖2.1中的a點(diǎn)和b點(diǎn)。圖2.1 壓縮機(jī)和管網(wǎng)的聯(lián)合運(yùn)行點(diǎn)要防止壓縮機(jī)發(fā)生喘振，只需要時(shí)工作轉(zhuǎn)速下的吸入流量大于喘振點(diǎn)的流量qp就可以了。因此，當(dāng)所需的流量小于喘振點(diǎn)的流量時(shí)，如生產(chǎn)負(fù)荷下降時(shí)，需要將出口的流量旁路返回到入口，或?qū)⒉糠殖隹诮橘|(zhì)放空，以增加入口流量。滿足大于喘振點(diǎn)流量的控制要求最基本的控制方法是最小流量極限控制，這種方法又分為兩種：固定極限流量和可變極限流量。_收

8、稿日期：2008-05-26 阜新市 1230002.1 固定極限流量法圖2.2 固定極限流量其原理是：讓壓縮機(jī)通過的流量總是大于某一定值流量qp，為保證在各種轉(zhuǎn)速下壓縮機(jī)均不會(huì)發(fā)生喘振，選取最大轉(zhuǎn)速下的喘振極限流量值為qp的值，當(dāng)流量減小到該值時(shí)，流量傳感器就會(huì)輸出啟動(dòng)信號(hào)，使與壓縮機(jī)進(jìn)出口相連的旁通閥開啟工作，從而使壓縮機(jī)流量不再減小，也就避免了壓縮機(jī)由于流量過小而進(jìn)入喘振區(qū)域。固定極限流量防喘振控制具有實(shí)現(xiàn)簡單、使用儀表少、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。但當(dāng)壓縮機(jī)低速運(yùn)行時(shí)，雖然壓縮機(jī)并未進(jìn)入喘振區(qū)，而吸氣量也可能小于設(shè)置的固定極限，旁路閥打開，氣體回流，造成能量的浪費(fèi)。這種防喘振控制適用于固定轉(zhuǎn)速的

9、場合.但它的缺點(diǎn)是很明顯的：它不能充分使壓縮機(jī)工作在其工況區(qū)，往往過早啟動(dòng)防喘振系統(tǒng)，浪費(fèi)了能源，降低了經(jīng)濟(jì)效益。2.2 可變極限流量法其原理是：壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速變動(dòng)時(shí)，喘振點(diǎn)的變化軌跡(喘振界限線)大致是一條二次拋物線，為防止喘振發(fā)生，考慮安全裕度，可以按喘振界限線得到與其平行的一條控制線，以控制防喘振閥的啟閉，從而在不同的轉(zhuǎn)速下，使壓縮機(jī)運(yùn)行的安全裕度相同，不造成浪費(fèi)。對(duì)于壓縮機(jī)進(jìn)氣狀態(tài)變化較小的情況常采用這種控制方法。如圖2.3所示。實(shí)現(xiàn)可變極限防喘振，關(guān)鍵是確定壓縮機(jī)的喘振極限方程。圖2.3可變極限流量2.3 通用性能曲線控制法其原理是：考慮壓縮機(jī)在某些特殊場合進(jìn)氣狀態(tài)變化較大的情況，利用相

10、似原理將壓縮機(jī)的性能曲線轉(zhuǎn)換成不受進(jìn)氣狀態(tài)影響的通用性能曲線，根據(jù)相似原理，轉(zhuǎn)換后的通用性能曲線形狀與原始曲線相似，因此后者喘振點(diǎn)的變化軌跡大致也是一條二次拋物線，所以可以確定一條與喘振界線平行的控制線來控制防喘振閥的開啟來保證壓縮機(jī)流量不小于最小流量點(diǎn)，也就避免了壓縮機(jī)進(jìn)入喘振狀態(tài)。3 變頻調(diào)速旁通回流喘振控制法通過以上分析可以通過轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，管網(wǎng)特性的調(diào)節(jié)來影響喘振的發(fā)生。對(duì)于管網(wǎng)的調(diào)節(jié)，因?yàn)樗婕肮芫W(wǎng)中閥門的調(diào)節(jié)，而閥門調(diào)節(jié)所損耗的能量是白白浪費(fèi)的，并不能得到有效利用，特別對(duì)于大容量的管網(wǎng)，其能量的損失更不能估計(jì)了。而對(duì)于以上3種控制方法，它們都有一個(gè)共同特點(diǎn)，就是當(dāng)所需流量減小到最小流

11、量值時(shí)就會(huì)開啟連接在壓縮機(jī)進(jìn)出口的喘振控制閥，回流部分流量，實(shí)際上也通過了閥門調(diào)節(jié)而無形中損失了能量。3.1 變頻調(diào)節(jié)原理由相似定律可知，當(dāng)改變離心壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速n時(shí)，其效率基本不變，但流量、壓頭及功率都按下式改變2： (1)按式（1）可將壓縮機(jī)在某一轉(zhuǎn)速下的性能曲線p-qm換算成另一轉(zhuǎn)速下的新的性能曲線p-q。它與不變的管路性能曲線ce的交點(diǎn)（即工作點(diǎn)）由a點(diǎn)變至d點(diǎn)，則壓縮機(jī)的流量由qa變至qd(圖1)。由電工學(xué)得，異步電機(jī)的理論轉(zhuǎn)速n (r/min)為 (2) 式中為電源頻率；為電機(jī)磁極對(duì)數(shù)；為電機(jī)轉(zhuǎn)差率。 從式（2）看出，改變電源頻率即可改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。 圖3.1

12、 改變離心壓縮機(jī)性能曲線的調(diào)節(jié)法由系統(tǒng)的運(yùn)行情況可知，設(shè)備在開始運(yùn)行時(shí)負(fù)荷最大，由流量傳感器經(jīng)調(diào)節(jié)器至微機(jī)，由微機(jī)控制變頻器，使變頻器輸出的頻率上升，電動(dòng)機(jī)開始旋轉(zhuǎn)并使轉(zhuǎn)速逐漸升高至最大。當(dāng)負(fù)荷減小，這時(shí)利用微機(jī)控制變頻器，使變頻運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)按照系統(tǒng)中預(yù)先設(shè)定的程序進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，即降低電源頻率，從而降低電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，讓設(shè)備繼續(xù)在低負(fù)荷運(yùn)行，達(dá)到所需的流量要求。這樣，節(jié)電率一般在20%30%。變頻裝置的調(diào)節(jié)范圍可達(dá)20:1，且可基本保持異步電動(dòng)機(jī)特性。3.2 變頻調(diào)節(jié)的極限性及補(bǔ)救措施壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速不能無限制地下降，當(dāng)下降到一定程度時(shí)，由于分離損失的影響會(huì)使壓縮機(jī)性能嚴(yán)重惡化，效率明顯降低，功耗明顯上

13、升，并引起壓縮機(jī)振動(dòng)，嚴(yán)重影響壓縮機(jī)的運(yùn)行，因此變頻調(diào)速范圍一般為1.1n0.6n。如圖3.3所示，當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到0.6n以下時(shí)，就不能運(yùn)用改變轉(zhuǎn)速的方法來調(diào)節(jié)流量了，只能用上面所述的3種方法來進(jìn)行調(diào)節(jié)，以保證所需小流量及確保壓縮機(jī)流量總大于最小流量值。3.3 變頻調(diào)節(jié)喘振控制過程如圖3.2所示，當(dāng)壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)，由轉(zhuǎn)速傳感器將信號(hào)輸入到微機(jī)中，根據(jù)微機(jī)中設(shè)定好的轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)值確定該轉(zhuǎn)速下的最小流量。當(dāng)流量傳感器輸入新的信號(hào)時(shí)，根據(jù)相似原理確定新流量下所需的轉(zhuǎn)速，然后判斷該轉(zhuǎn)速是否在允許調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。如果yes，微機(jī)將輸出轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號(hào)進(jìn)行調(diào)速；如果是no，將進(jìn)行通用性能曲線控制法進(jìn)行喘振控制，微機(jī)將輸出允許范圍內(nèi)的最低轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號(hào)，并輸出該轉(zhuǎn)速下的回流量，以達(dá)到流量調(diào)節(jié)的目的，保證了壓縮機(jī)安全運(yùn)行。圖3.2 變頻調(diào)速旁通回流喘振控制原理圖3.4 變頻調(diào)節(jié)喘振控制方法經(jīng)濟(jì)性分析如圖3.3所示，假設(shè)壓縮機(jī)開始工作于c點(diǎn)，則對(duì)應(yīng)的流量為qc，現(xiàn)在需要流量為qa，則對(duì)應(yīng)的工況點(diǎn)為a點(diǎn)，由于a點(diǎn)處于喘振控制線的左側(cè)，即進(jìn)入喘振調(diào)節(jié)區(qū)，因此不能通過改變管網(wǎng)曲線的方法進(jìn)行調(diào)節(jié)，這時(shí)如果采用調(diào)節(jié)回流閥可以達(dá)到目的，但要回流da之間的流量，而這些流量所帶的能量將消