河钢集团邯钢公司邯宝能源中心056015
摘要：由于离心式空压机结构简单，排气量大，效率高，目前广泛应用于冶金、化工以及空分等行业。但离心式空压机在运行过程中，对气体的压力、流量以及温度变化较为敏感，容易发生“喘振”现象。离心空压机喘振具有较大的危害性，是造成空压机损坏的主要原因之一。因此，研究和预防喘振的发生，弄清和掌握喘振的机理，采取有效控制措施避免喘振的发生是离心空压机控制中的重要任务
关键词：离心式；空气压缩机；喘振
1引言
离心式空气压缩机属于动力式空气压缩机。其基本工作原理是用高速回转的叶轮提升气体分子动能,再经过扩压器使气体分子的动能转化为压力能。它具有排气量大,效率高,结构简单,体积小,气体不受油污染以及正常工况下运转平稳、压缩气流无脉动等特点。然而,离心式空气压缩机对气体的压力、流量、温度变化较敏感,易发生喘振。特别在夏季气温高时,喘振现象尤为频繁。
2喘振的机理
喘振是流体机械及其管道中介质的周期性振荡,是介质受到周期性吸入和排出的激励作用而发生的机械振动。对于离心机来说,喘振是压缩机运行中的常见故障之一,是旋转失速的进一步发展。当离心式压缩机在负荷降低到一定程度时,被压缩气体将会在叶轮的非工作面形成脱流团,造成冲击损失急剧增加,这不仅使流量损失增加,效率下降,还会导致气流从管网倒回压缩机,引起机身强烈振荡,并发出"哮喘"或"吼叫"声,这种现象叫做离心式压缩机的"喘振"。如图1所示,离心式压缩机具有这样的特性,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。压缩机的性能曲线左边受到喘振工况(Qmin)的限制,右边受到堵塞工况的限制,在这二者之间的区域,称为压缩机的稳定工况区域。稳定工况区域的大小,是衡量压缩机性能的重要指标。
图1压缩机性能曲线
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流旋涡区所占据,这时压缩机的出口压力将突然下降。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。当管网中压力下降到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,因为进气量的不足,压缩机在出口管网恢复到原来的压力以后,又会在流道内出现旋涡区。如此周而复始,机组和管道内的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。一些机器的排气管网容量非常大,此时喘振频率甚至小于1Hz。
3造成离心式空压机喘振的原因
目前我公司空压站内的空压机为ELLIOTT1100DA3型离心式空压机和P700型离心式空压机。这两种空压机都具有自动双模式控制：空压机的排气压力被设定在某个系统所需要的压力值上，进口调节导叶（IGV）在空压机可调范围内能调节进口气量，使空压机保持恒定的排气压力。当到达喘振控制点后，进口导叶停止关小，使空压机的排气压力上升到卸载压力设定点，此时空压机将会卸载（进口调节导叶（IGV）关闭，放空阀(BOV)打开）。空压机将一直保持卸载状态直到排气压力低于设定的最小压力值。然后空压机将重新加载至满流量运行，又开始一个新的循环。而在实际生产运行过程并非如此，其中造成离心式空压机喘振的因素很多，归纳为以下几个方面：
3.1发生喘振的基本原因就是现场压缩空气用量较小或现场压缩空气用量的变化量较大。当现场压缩空气使用量较小时易使压缩机出口憋压，气体倒流入压缩机，造成机内气体低流量；当现场压缩空气使用量较大时工艺系统的负荷增大，压缩机未及时提速。
3.2进口导叶阀（IGV）不动作或进口导叶阀（IGV）最小点设定值较小。用气量增大时，进口导叶开度达不到工况的要求，空压机的入口流量减少，而入口流量减少直接导致空压机负荷减少，不能及时供给现场用气量，会引发喘振；放空阀（BOV）打不开或放空阀（BOV）的关闭速度过快。放空阀不能及时打开或关闭速度过快使空压机出口憋压，气体倒流入空压机，造成机内气体低流量。
3.3离心式空压机的二级或三级进口进气温度过高。由于进气温度升高时，空压机性能曲线向右下移，当温度上升到升压比小于喘振升压比时，就会发生喘振。
3.4入口与出口气压差:一般来说,入口与出口气压差越大越容易发生喘振。也就是说入口压力越低,空压机越容易发生喘振,而出口压力越高越容易发生喘振。
3.5叶轮磨损或损坏
空压机出现的最为严重的故障就是叶轮磨损或损坏,而这种情况在空压机不解体时是难以判断的,因此,这种情况判断有一定的难度。
4防范措施
4.1确保用户用气量平稳。建立相应的呼叫机制，发现不利趋势及时联系加以调整，使压缩空气系统压力波动在可控范围内，用气量不会发生忽大忽小。
4.2对离心式空压机的防喘振参数适当调整。机、电、工艺人员结合生产实际认真讨论结合厂家的建议，调整进口导叶阀（IGV）最小点设定值，降低入口流量、压力低的风险；调整放空阀（BOV）的关闭响应速度，结合系统工况要求一般调整在15-20秒之间，减小空压机出口憋压的发生率。
4.3进气过滤芯脏
进气过滤器的阻力应为小于200Pa，过滤器的滤芯太脏会使空气流道阻塞,使空压机发生喘振。在使用过程中虽然可以对滤芯进行反吹,但时间长久仍会影响滤芯的过滤精度,所以要根据压差情况及时更换滤芯，并保证滤芯的质量。
4.4级间进气温度太高
引起级间温度过高的原因有:冷却水的温度太高、冷却水的压力过低、空压机的中间冷却器脏堵等等。其中，级间温度过高是常常被忽略的因素,主要是中间冷却器的翅片过空气侧和铜管过冷却水侧产生了脏、堵,导致冷却器的热交换效果降低。如果是冷却水侧脏,可采用冷却水反冲洗，效果不好进一步采用化学循环反冲洗,但必须注意清洗剂的选用、控制清洗的次数(清洗时应严格控制清洗液的pH值,防止酸性太强,腐蚀空压机的壳体)；如果是翅片空气侧脏,则必须将冷却器解体,并浸泡在合适的PH值加热的溶液中，直到赃物洗掉为止。
4.5按周期和空压机振动状态进行检修保养检查叶轮
在空压机运行满8000h后，根据设备振动等核心参数的裂化情况，进行周期性的检修保养，重点检查叶轮、扩压器、轴承等是否有磨损，间隙等是否在正常范围值等。
结语
通过对离心空压机喘振的分析和研究，人们已经逐渐认识到喘振是离心空压机的固有特性，并且在生产运行过程中随时都可能发生。为此，经过大量的实践和探索，对喘振的机理和演变过程进行了反复的理论研究和试验分析，总结并归纳出许多预防和控制喘振的方法和经验。因此，喘振是可以预测和控制的，并且被人们认识和掌握。
参考文献
[1]饶远杨.离心式空压机喘振分析与预防铜业工程2011年第2期No.22011.
[2]徐明磊.离心式空压机喘振分析与预防措施.机械与电子，2013年第9期.
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