离心压缩机性能曲线及喘振现象分析

苏中帅

【摘 要】离心压缩机是用高于0.015兆帕的排气来输送空气和其他各种混合气体的径流压缩机，这些空气、工艺气体和混合气体沿着规定的径向流动。喘振是离心式压缩机在流量减少到一定程度时所发生的一种非正常情况下的振动。当离心压缩机系统内的压力过高或者流量吸入不够等都会引发喘振现象，喘振对离心压缩机有着极大的危害，会破坏工艺系统的稳定性运行，烧毁轴承，缩短压缩机的使用寿命。本文通过压缩机和喘振现象、离心压缩机的故障类型、离心式压缩机发生喘振原因和危害以及针对离心式压缩机发生喘振的预防措施进行简要分析。

【关键词】离心；压缩机性能；曲线；喘振现象；分析

一、压缩机和喘振现象

常用压缩机主要类型有轴流式、离心式、活塞式、回转式等。这四种压缩机的工作原理可总结为两类：其中轴流式和离心式压缩机属于第一类，该类压缩机将动能转化为势能，利用动力装置将气体加速，再进行降速，并改变气体流向，使气体势能增加的原理实现输送。如离心式压缩机，利用在压缩腔中的旋转叶轮产生的离心力将气体介质甩向特定方向，并给予气体介质压动能，同时使压缩腔形成负压区，抽吸气体持续进入压缩腔，实现了对气体的持续输送。而第二类压缩机如活塞式和回旋式压缩机则通过减少压缩腔容积，使压缩腔内气体增压并排出的压缩气体方式实现气体输送的。压缩机在选择压缩机的类型时，应将所输送气体介质的类型、流量、压力等参数和压缩机的特性进行对比考虑。压缩机工作时，工作负荷下降到某一值后，其出口流量会发生强烈波动不稳，位于出口的气体止逆阀由于剧烈波动的影响会发生开关不稳现象，这会导致压缩机的气体流量、压力随着止逆阀的开关产生频率变化，当振幅达到一定程度后，压缩机机身将产生振动或晃动，产生“吼叫声”，这个过程就是压缩机的“喘振”现象。喘振现象是气体可压缩性的特性造成的，是压缩机的常见现象。上世纪40年代中期，英国学者就提出应对离心压缩机的喘振现象给予关注和研究。

二、离心压缩机的故障类型

离心压缩机的故障类型比较多，其中90%属于振动问题，着重分析离心压缩机在工业生产中的振动问题。振动故障是由不同的原因造成的，规划离心压缩机振动故障的类型，如：

1、转子偏移，临界转子_之间的中心线，没有在规定的位置上，明显倾斜，此时离心压缩机会长周期的振动，解决转子偏移时，要排除外力的干扰，实行热态处理；

2、转子弯曲，转子轴没有处于中心线处，如果是由转子弯曲引发的离心压缩机振动，则需要采用对应的修复措施；

3、转子不平衡，当离心压缩机的转子轴心线外侧，呈现不平衡质量时，导致转子出现周期性运转偏离，离心压缩机在转子偏离的带动下，表现出振动故障，此类故障需要检查转子是否出现质量问题，重新平衡转子。

4、轴承间隙过大、油质变差、油温过高、联轴器不对中等常见故障，也均会表现出振动故障，此类故障需要做出相应的维修保养来解决。

三、离心式压缩机发生喘振原因和危害

1、离心式压缩机发生喘振原因

当管道系统的容量过大的时候，离心式压缩机就会产生喘振；当流体机械发生问题的时候离心压缩机也会出现喘振现象。当喘振产生的时候可以根据压力-流量特性曲线，确定喘振边界线、喘振点、喘振区。无论是流体机械引起的喘振还是管道系统容量过大引起的喘振，都会破坏机器内部介质的流动规律性，产生机械噪声，引起工作部件的强烈振动，加速轴承和密封的损坏。当积灰堵塞烟风道或者烟风道挡板开度不足，都会引起机器系统阻力过大。当两风机并列运行时导叶开度偏差过大使开度小的风机落入喘振区运行，风机导叶执行机构连杆在升降负荷时脱出，使两风机导叶调节不同步引起大的偏差，加之风机长期在低出力下运转，进而产生喘振。吸入流量过低，压缩机的转速偏高，压缩机排出口的管网压力过高，压缩机进气温度升高等原因都会引起离心式压缩机发生喘振。在设备运行的时候由于没有将防喘振系统设置成自动功能，当外界条件变化的时候同样会引起压缩机发生喘振。

2、离心式压缩机喘振的危害

喘振会损害风机和管道系统。当管道流量过大、流量速度过大的时候会产生急剧的波动，引起风机产生强烈的振动，增大噪音，进而对风机和管道系统造成损害。喘振会破坏离心式压缩机的叶片、轴承等，造成安全事故。当叶片处于脉动强烈的气流当中，会因为气流周期性的振荡而产生强烈的振动，进而给叶轮造成巨大的压力，使整个的机组都发生强烈的振动，损坏轴承，破坏离心式压缩机的叶片。喘振还会影响与压缩机相连的其他设备的正常运行，使部分测量仪器不能准确的测量，导致严重的后果。

四、针对离心式压缩机发生喘振的预防措施

将离心式压缩机通过排气管道上的冷却装置由旁通阀回流到压缩机入口，从而避免工艺气的浪费，增加工艺气流经压缩机的气体流量，防止压缩机出现喘振。根据压缩机的型号，在压缩机的出口管线上设置不同的自动防喘振控制阀，防止喘振。为保证通风机中的气体流量大于喘振流量而稳定的运行，还可以在风机的排气管设一放气阀，防止离心式压缩机出现喘振现象。让流体机械在喘振区之外运转，让离心式压缩机在最小流量式、流量-转速控制式或流量-压力差控制式防喘振调节系统中运行，防止离心式压缩机发生喘振现象。采用可调叶片对离心式压缩机进行调节。当系统需要的流量减小时，则减小其安装角，性能曲线下移，临界点向左下方移动，输出流量也相应减小，从而降低压缩机产生喘振。要定期对压缩机设备、防喘振控制阀、安全阀等进行检测、维修，保证压缩机的准确性和灵敏性。提高压缩机操作人员的综合素质，提高离心式压缩机的操作质量。要定期的对压缩机操作人员进行业务培训，提高操作人员的专业操作技术。操作人员在压缩机运行之前，要对压缩机的各项设备进行检查，确保无误，如果出现问题要及时进行检修；在压缩机启动之后，要平稳而缓慢的对系统进行升压，减少压缩机在运行的过程中发生喘振现象。压缩机的风机可以采用性能曲线平直向下倾斜的风机。在风机安装及使用进程中改变风机转速、改变进口导流器叶片安装角、调整轴流风机的动叶等方式，都可使风机的性能曲线向小流量区移动，喘振界限也相应地向小流量区移动，这样就扩大了风机的穩定工况范围，减少喘振的发生。

结束语

综上所述，离心压缩机是用高于0.015兆帕的排气来输送空气和其他各种混合气体的径流压缩机，这些空气、工艺气体和混合气体沿着规定的径向流动。喘振是离心式压缩机在流量减少到一定程度时所发生的一种非正常情况下的振动。当离心压缩机系统内的压力过高或者流量吸入不够等都会引发喘振现象，喘振对离心压缩机有着极大的危害，会破坏工艺系统的稳定性运行，烧毁轴承，缩短压缩机的使用寿命。我们可以通过采用固定极限流量的防喘振系统或者在压缩机的出口管线上设置防喘振控制阀等方法防止离心压缩机产生喘振。

参考文献：

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