离心式压缩机喘振的分析和处理方法
2022-06-09
前言
离心式压缩机具有很多特点，诸如效率高，排气量大以及气体不受油污污染以及运转平稳等，成为目前应用广泛的速度式压缩机种类之一。在工业生产上，离心压缩机的安全性能起重要作用。但离心压缩机容易发生喘振，作为一种有着较大危害的固有现象，喘振对压缩机的使用寿命有很大的损害，应该受到重视。
1.离心式压缩机的喘振机理
由实际物体的高速转动带来气体的转动，从而形成离心力，这一过程实现了能量的传递，气体获得动能和压力能。叶轮中高速转动的气体在扩压器内实现动能向压力能的转化。所以说主要的压缩过程在叶轮和扩压器内。这也是离心式压缩机的基本工作原理。当时机情况偏离设计工况时，会出现气流量减小的情况，以致进入叶轮和扩压器的气体反向流动，冲向工作面，增加了非工作面边缘的扩压度，导致气流边界分层，最终形成了漩涡区。在越靠近叶轮出口的地方，这种漩涡现象越严重，波及的范围也更大。这是与偏离设计工况的程度成正相关关系的，因为偏离程度越大，气流量也就越小，工作面和非工作面之间出现的气流边界分层现象也就原来越严重。而在离心式压缩机的实际构造中，由于叶轮中叶片的不完全对称性，导致气流流动的不均匀，气流边界分层可能会出现在不确定的某个叶道中。当气流量减小到某一临界值时，叶轮的旋转会将整个分层现象扩张到更广的区域，此时气流向叶轮旋转的反向流动，气流旋涡开始形成，并出现在叶轮的外圆和内圆中，发生旋转失速的情况。旋转失速的情况下，叶道中的气流无法通过，排气管中的高压气体会向压力下降的级里流动，及时填补了级流量不足的空缺，促使压缩机恢复运转，将倒流的气体重新排放出去。此时又出现了级中气流量不足的情况，然后高压气体又流向低压区域的级里，促使叶轮正常工作。这样周而复始的循环工作兴城路周期性的气流振荡，即"喘振"现象。
2.喘振的危害及判断
2.1.喘振的危害
喘振对于离心式压缩机的危害很大，可以总结为以下几点：①离心机的工艺过程和工作系统都是在特定的参数下进行的优化设计，尤其是对于气体参数的要求更高，但是喘振时气流的强烈振荡会带来一定的不稳定性。②叶片的强烈震动会带来极大噪声。③各部件之间的摩擦加大，压缩机的主轴也会受到影响，甚至会造成弯曲变形的情况，对叶轮产生破坏。④轴承和轴颈之间的磨损会导致轴承合金产生裂纹，甚至被烧毁。⑤级间密封性遭到破坏，大大降低了压缩机效率，严重会导致爆炸等事故的发生。⑥压缩机的毁坏有可能会带来相连接设备的不正常运转，影响精密仪器的测量准确性以及工作人员的正常操作，给整个离心压缩机的工作造成阻碍。一般来说，机器的压力比、排气量以及气体密度会影响喘振的程度，一定程度上二者呈正相关关系。
2.2.喘振的判断
喘振带来的严重危害要求工作人员做到及时发现并判断，一般来说可以从以下方面判别：2.2.1.根据出口管路气流的噪声判别。周期性的"呼哧呼哧"声一般出现在压缩机靠近喘振工况的情况下，一旦进入喘振工况，噪声就会大幅度增加，可明显分辨出来。2.2.2.根据出口的压力和流量变化来判断。测量仪表出现大幅度和周期性的摆动，根据指针摆动情况来判断。2.2.3.根据机体和轴承的振动情况来判别，此时二者的振幅明显增大，机体震动感较强。
3.造成喘振的原因分析
3.1.机组内总压过大。可能由于气体没有回流或者压缩机骤停，出口处的止逆阀开关失灵或者阀门前气体容量过大时系统急速减量，导致压缩机没反应过来出现系统内气压过大等情况。
3.2.吸入流量不足。某些原因造成气体吸入量降低到临界值，其他条件不变的情况下，压缩机发生喘振，入口过滤器阻塞，但是转速仍不变，导致阻力过大；也有可能是滤芯不干净，使用起来效果不好。
4.防止与消除喘振的方法
从根本出发，最有效的措施是增加压缩机的流入气体量。根据气体的性质做出不同要求。无毒无害气体，诸如空气、二氧化碳等，可以放空进入，而合成气类似性质的气体可以回流循环处理。
这样一来，压缩机的气体流量大大增加，但是压力降低的同时功率也会降低，带来多余的消耗，从经济角度考虑，也是一种损失。所以要想保持恒压运转，应该在气流放空或者回流的时候迅速提高转速，保持压力恢复原来的水平。提高压力之前注意将放空阀（或者回流阀）打开，避免喘振现象的出现。建议在了解压缩机性能曲线的前提下，做好防喘系统的自动运转工作，设计运行工况，根据实际需要来变换升压和升速的程度。这里引入防喘振安全裕度的概念，以描述工作效率和工作损耗之间的一种平衡，太大的安全裕度会造成过多浪费和资源的消耗，太低的安全裕度会给工作带来一定的危险性。所以防喘系统应该在安全裕度的要求及时调整，正常运行时紧闭阀门，自动投入工作实现了经济与安全的完美结合。
接下来就两个以上的防喘振回路机组的操作注意事项进行一些说明：第一，增加负荷时要先关低压段防喘振阀，再处理高压段的，并在升压之后再进行升速工作；第二，减少负荷时也要先降低压力然后是速度，先调整高压段防喘振阀的状态，再处理低压段。
离心式压缩机具有很多特点，诸如效率高，排气量大以及气体不受油污污染以及运转平稳等，成为目前应用广泛的速度式压缩机种类之一。在工业生产上，离心压缩机的安全性能起重要作用。但离心压缩机容易发生喘振，作为一种有着较大危害的固有现象，喘振对压缩机的使用寿命有很大的损害，应该受到重视。
1.离心式压缩机的喘振机理
由实际物体的高速转动带来气体的转动，从而形成离心力，这一过程实现了能量的传递，气体获得动能和压力能。叶轮中高速转动的气体在扩压器内实现动能向压力能的转化。所以说主要的压缩过程在叶轮和扩压器内。这也是离心式压缩机的基本工作原理。当时机情况偏离设计工况时，会出现气流量减小的情况，以致进入叶轮和扩压器的气体反向流动，冲向工作面，增加了非工作面边缘的扩压度，导致气流边界分层，最终形成了漩涡区。在越靠近叶轮出口的地方，这种漩涡现象越严重，波及的范围也更大。这是与偏离设计工况的程度成正相关关系的，因为偏离程度越大，气流量也就越小，工作面和非工作面之间出现的气流边界分层现象也就原来越严重。而在离心式压缩机的实际构造中，由于叶轮中叶片的不完全对称性，导致气流流动的不均匀，气流边界分层可能会出现在不确定的某个叶道中。当气流量减小到某一临界值时，叶轮的旋转会将整个分层现象扩张到更广的区域，此时气流向叶轮旋转的反向流动，气流旋涡开始形成，并出现在叶轮的外圆和内圆中，发生旋转失速的情况。旋转失速的情况下，叶道中的气流无法通过，排气管中的高压气体会向压力下降的级里流动，及时填补了级流量不足的空缺，促使压缩机恢复运转，将倒流的气体重新排放出去。此时又出现了级中气流量不足的情况，然后高压气体又流向低压区域的级里，促使叶轮正常工作。这样周而复始的循环工作兴城路周期性的气流振荡，即"喘振"现象。
2.喘振的危害及判断
2.1.喘振的危害
喘振对于离心式压缩机的危害很大，可以总结为以下几点：①离心机的工艺过程和工作系统都是在特定的参数下进行的优化设计，尤其是对于气体参数的要求更高，但是喘振时气流的强烈振荡会带来一定的不稳定性。②叶片的强烈震动会带来极大噪声。③各部件之间的摩擦加大，压缩机的主轴也会受到影响，甚至会造成弯曲变形的情况，对叶轮产生破坏。④轴承和轴颈之间的磨损会导致轴承合金产生裂纹，甚至被烧毁。⑤级间密封性遭到破坏，大大降低了压缩机效率，严重会导致爆炸等事故的发生。⑥压缩机的毁坏有可能会带来相连接设备的不正常运转，影响精密仪器的测量准确性以及工作人员的正常操作，给整个离心压缩机的工作造成阻碍。一般来说，机器的压力比、排气量以及气体密度会影响喘振的程度，一定程度上二者呈正相关关系。
2.2.喘振的判断
喘振带来的严重危害要求工作人员做到及时发现并判断，一般来说可以从以下方面判别：2.2.1.根据出口管路气流的噪声判别。周期性的"呼哧呼哧"声一般出现在压缩机靠近喘振工况的情况下，一旦进入喘振工况，噪声就会大幅度增加，可明显分辨出来。2.2.2.根据出口的压力和流量变化来判断。测量仪表出现大幅度和周期性的摆动，根据指针摆动情况来判断。2.2.3.根据机体和轴承的振动情况来判别，此时二者的振幅明显增大，机体震动感较强。
3.造成喘振的原因分析
3.1.机组内总压过大。可能由于气体没有回流或者压缩机骤停，出口处的止逆阀开关失灵或者阀门前气体容量过大时系统急速减量，导致压缩机没反应过来出现系统内气压过大等情况。
3.2.吸入流量不足。某些原因造成气体吸入量降低到临界值，其他条件不变的情况下，压缩机发生喘振，入口过滤器阻塞，但是转速仍不变，导致阻力过大；也有可能是滤芯不干净，使用起来效果不好。
4.防止与消除喘振的方法
从根本出发，最有效的措施是增加压缩机的流入气体量。根据气体的性质做出不同要求。无毒无害气体，诸如空气、二氧化碳等，可以放空进入，而合成气类似性质的气体可以回流循环处理。
这样一来，压缩机的气体流量大大增加，但是压力降低的同时功率也会降低，带来多余的消耗，从经济角度考虑，也是一种损失。所以要想保持恒压运转，应该在气流放空或者回流的时候迅速提高转速，保持压力恢复原来的水平。提高压力之前注意将放空阀（或者回流阀）打开，避免喘振现象的出现。建议在了解压缩机性能曲线的前提下，做好防喘系统的自动运转工作，设计运行工况，根据实际需要来变换升压和升速的程度。这里引入防喘振安全裕度的概念，以描述工作效率和工作损耗之间的一种平衡，太大的安全裕度会造成过多浪费和资源的消耗，太低的安全裕度会给工作带来一定的危险性。所以防喘系统应该在安全裕度的要求及时调整，正常运行时紧闭阀门，自动投入工作实现了经济与安全的完美结合。
接下来就两个以上的防喘振回路机组的操作注意事项进行一些说明：第一，增加负荷时要先关低压段防喘振阀，再处理高压段的，并在升压之后再进行升速工作；第二，减少负荷时也要先降低压力然后是速度，先调整高压段防喘振阀的状态，再处理低压段。