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浅析离心空压机的喘振问题
时间:2011-08-20 09:02

        1.喘振


       喘振是离心式和轴流式压缩机运行中常见故障之一,是旋转失速的进一步发展。

      离心式压缩机具有这样的特张,对于一个确定的转速,总对应一个流量值,压缩机效率达到最高点。当流量大于或小于此值时,效率都将下降。一般常以此流量的工况点为设计工况点。

      压缩机的性能区县左边收到喘振工况(Qmin)的限制,右边收到堵塞工况(Qmax)的限制,在这二者之间的区域。稳定工况区域的大小,是衡量压缩机性能的重要指标。

       当压缩机在运行过程中,若因外部原因使流量不断减小达到Qmin值时,就会在压缩机流道中出现严重的旋转脱离,若气量进一步减小时,压缩机叶轮的整个流道被气体漩涡区所占据,这时压缩机的出口来压力将突然下降。但是,压缩机出口所连接的较大容量的管网系统中压力并不马上下降,此时会出现管网中气体向压缩机倒流的现象。当管网中压力下降道低于压缩机出口排气压力时,气体倒流会停止,压缩机又恢复向管网排气。然而,因为进气量不足,压缩机在出口管网恢复道原来的压力以后,又会在流道内出现漩涡区。如此周而复始,机组和管道内流量会发生周期性变化,机器进出口压力会大幅度脉动,由于气体在压缩机进出口处吞吐倒流,会伴随有巨大周期性的气流吼声和剧烈的机器振动,这些波动在仪表操作盘的压力、流量、振动信号显示、记录中可以清楚地反映出来,在操作现场也可以立即觉察得到。

      由喘振引起的机器振动频率、振幅与管网容积大小密切相关,管网容积越大,喘振频率越低,振幅越大。一些机器的排气管容量非常大,此时喘振频率甚至小于1Hz。

     2.喘振的故障特征

     压缩机发生喘振的主要特征如下:

    (1)压缩机接近或进入喘振工况时,缸体和轴承都会发生强烈的振动,其振幅要比正常运行时大大增加,喘振频率可参考式x=a·cos(wt-ß)计算,一般都比较低,通常1~30Hz。

   (2)空气压缩机在稳定工况下运行时,其出口压力和进口流量变化不大,所测得的数据在平均值附近波动,幅度很小。当接近或进入喘振工况时,出口压力和进口流量的变化都很大,会发生周期性大幅度的脉动,有时甚至会出现从压缩机进口倒流的现象。

 (3)压缩机在稳定运行时,其噪声较小且式连续性的。当接近喘振工况时,由于整个系统产生气流周期性的振荡,因而在气流管道中,气流发出的噪声也时高时低,产生周期性变化。当进入喘振工况时,噪声增剧,甚至有爆声出现。

 

 
有利于降低喘振发生点的设计方法:

 1。尽量降低叶轮设计转速,三元CFD流场分析设计,尽量降低气体脱流发生点。特灵的三级压缩用于空调工况就是基于这种思想。 
       2。采用可变宽度扩压器,从而在流量减少时增大进入扩压器的起始速度,增大升压程度。日立的离心机就采用了和导叶连动的可变宽度扩压器。 
       3。后级叶轮出口采用叶片角度可调扩压器,从而在流量减少时延长扩压器长度,增大升压程度。特灵的后两级叶轮采用了和导叶连动的叶片角度可调扩压器,其他厂家多级压缩机也是如此。 
       4。采用变频调速,部分负荷降低叶轮转速。目前约克在大力推广这种方法,但是价格贵。 
       5。热气旁通,变相增大叶轮压缩流量。开利采用这种方法比较多,其他厂家也都有这种选项。 
       6。卸载预防性控制,当冷却水温比较高时,检测实际的压比并与喘振预测曲线进行比较,在需要时卸载压缩机,减少排气量,减少冷凝器的冷却负荷,并通过和水泵及冷却塔的连锁,提高冷却能力。

 

离心式压缩机和涡旋式空压机及活塞式压缩机等不同,虽然能够压缩大流量的气体,但是通过压缩取得的压力上升值的上限被限制,如果超过这个上限值压缩,压缩的气体逆流入叶轮内,顺流和逆流反复进行产生很大的震动和噪音现象,我们称之为喘振现象。由于震动会对机械产生不良影响,因此必须避免喘振现象。一般情况下,冷水温度愈低冷却水温度愈高所必须的压力上升值也越大,就愈容易产生喘振。 冷水机设计在规格值的温度条件下不会产生喘振现象,冷却水稍微高过规格值也不会产生喘振。但是,如果运行时冷却水温度高出规格值很多,传热管有污垢传热性能不好的场合,容易产生喘振现象。因此,必须确保冷水机在冷却水规格值以下运行,定期清洗传热管。另外,根据制冷负荷入口控制阀(入口导向阀)开闭的场合喘振产生的频率根据阀的开度大小而异,部分负荷时容易产生喘振现象。因此,在适用的场合和额定温度下,为使不发生喘振现象,限定了阀的最小开度。另外,必须使阀的开度有一些余裕作为容量控制的下限。 
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