离心式空气压缩机喘振故障与控制预防研究

屈楚剑

摘 要：随着我国社会经济水平的提升，石油化工产业在新的时代背景下得到了更好的发展。在石油化工生产中，离心式空气压缩机得到了广泛应用，运行效率高、故障率低是其最大的特点。所以在离心式空气压缩机发生故障的时候，很难查到到故障的成因，因此技术人员必须清楚了解到压缩机的工作原理，掌握压缩机各部件的基本性能。在离心式空气压缩机运行过程中，喘振是常见的一个故障问题。

关键词：离心式空气压缩机;喘振故障;控制预防

引言：离心式空气压缩机运行期间，可能会出现很多故障问题，在空气机组发生压力脉冲的时候，会发出类似“喘气”的声音，即喘振故障的出现。压缩机在发生喘振故障的时候，会产生较大的噪音，同时伴有强烈振动现象[1]。离心式空气压缩机对每一个转速点都有一定要求，在低于标准的情况下，会导致工况平衡性削弱，在此期间出现的节点即喘振点。一般情况下，轻微喘振不会造成压缩机损坏，但也需要避免压缩机在喘振的情况下运行。这是因为喘振期间，可能会导致压缩机内部叶轮和扩压器损坏，如喘振较为剧烈，流量波动较大，可能会损坏轴承。

1.离心式空气压缩机常见的故障问题

1.1喘振

喘振故障只存在于离心式空气压缩机运行期间。喘振故障一般可分为两种情况，其一是离心式空气压缩机内部压力达到压缩机可压缩的最大值时产生的喘振。这种喘振故障可以在压缩器运行之前，对压缩机的卸载压力大小进行设定，使运行压力始终小于标定压力。压缩机流道中也会出现喘振故障，如工况发生改变，在压缩机内部空气流量无法让压缩机产生足够压力时，导致压缩机外部压力高于内部压力，最终造成逆止阀关闭。在这样的情况下，压缩机无法输出压力，导致大量压力在压缩机内部囤积，在囤积压力超出外部压力的情况下，逆止阀会被压缩机内部压力重开。在排出气体后，因缺乏足够的空气，压缩机无法持续输出，在压缩机内部压力逐渐下降的情况下，会关闭逆止阀，空气会重新在压缩机内部囤积，在压缩机内部压力足够的情况下再次排出。这种反复囤积和排出压力的方式，会导致电机负荷与输出压力出现频繁波动，逆止阀也会频繁运转，在压缩机发生低沉声音时，流量和压力始终处于不稳定状态，即喘振现象的出现。

1.2旋转失速

离心式空气压缩机在运行期间，受特殊因素影响，导致压缩机内部空气流量减少，会增大叶栅的进气冲角。在进气冲角变大的情况下，压缩机内部部分叶片先产生气体的绕流分离。空气分流后流动损失增大，会出现气流减少或气流堵塞的情况。堵塞的气流区会使周围的空气流动发生变化，会增大相邻叶片进口的气流冲角，最终导致分离，同时会降低对应一边相邻叶片进口的气流冲角，以至出现分离区，并顺着叶片栅圆周方向传播。

2.喘振故障产生的原因

2.1叶轮磨损

离心式空气压缩机中的叶轮，主要起到增强空气压力、增加空气流速的作用，空压机内部多数压力都是由叶轮产生的。如果叶轮磨损较为严重，叶轮表面粘附物较多，会增大压缩机喘振故障的概率。

2.2扩压器腐蚀磨损

处于高速旋转状态的叶轮，会产生较强的压力，当压力与扩压器接触，扩压器可以有效降低空气流速，会进一步增强空气压力，也就是说扩压器具有提高压缩机内部压力的效果。在扩压器存在较为严重的磨损、腐蚀情况的时候，流速较高的空气在经过扩压器时很容易形成漩涡，会降低进气量，也就无法提高压缩机内部空气压力，在空压机内部输出压力持续降低的情况下，压缩机会出现喘振故障。

2.3扩压器和叶轮间隙发生变化

离心式空气压缩机对扩压器和叶轮之间间隙的要求非常严格[2]。如果二者之间间隙过大，可能会出现串气泄露的情况，会降低液压机内部空气流量，在间隙过小的情况下，通过叶轮和扩压器的空气流量会变小，如后端推力轴承有磨损问题，很容易导致叶轮与扩压器发生碰撞。所以在叶轮和扩压器之间间隙过大或过小的情况下，都会导致空气流量变小，压缩机无法提高输出压力，这也是导致喘振故障出现的原因。

3.离心式空气压缩机喘振故障的控制预防

3.1喘振故障的控制

为了更好的预防和控制离心式空气压缩机喘振故障，通常可以采用自动双重、空重车、恒压节流、恒压四种控制方式。在自动双重模式或恒压节流过程中，在进气阀关小的情况下，会降低马达电流，如因进气阀关小导致喘振故障发生，该马达电流即节流极限。压缩机运行到节流极限值的时候，需要对进气阀角度进行调整，同时打开旁通阀排出适量压缩空气，使压缩机内部空气流量持续流动。如技术人员听到压缩机发出沉闷的“喘息声”时，几乎可断定压缩机出现了喘振故障。在此期间，技术人员需及时点击控制盘上的服务按钮，彻底将喘振现象清楚，避免因喘振故障对压缩机造成损坏。

3.2喘振的预防

控制喘振的方式降低了压缩机的设定压力，导致压缩机产生的压力达不到相关标准。同时TL值容易受空气温度、系统负荷变化、设定压力等因素的影响。在各种影响因素发生变化的时候，可能会导致提前设定好的TL值实效，喘振故障依然不会消失。为了避免喘振故障给离心式空气压缩机的正常运行造成影响，必须针对喘振故障问题采取相应的预防措施。

3.2.1预防磨损、腐蚀

离心式空气压缩机在运行过程中，如叶轮出现磨损、腐蚀现象，在高速旋转情况下可能会和扩压器发生碰撞，为了避免磨损、腐蚀问题影响叶轮旋转的稳定性，可使用不锈钢材质的叶轮。同时，还需要密切关注后端推理轴承的磨损情况，保证叶轮旋转的平衡性。长时间使用压缩机的过程中，叶轮表面可能会出现一些粘附物，则需技术人员定期对粘附物进行清理，有效预防喘振故障的出现。另外还需要密切关注扩压器的磨损、腐蚀情况，因压缩机运行期间扩压器长期处于高压、高温的状态下，所以技术人员需定期对扩压器进行修复处理，避免磨损、腐蚀等情况的出现，如在磨损、腐蚀情况较为严重的情况下，则考虑更换扩压器[3]。

3.2.2控制叶轮和扩压器间隙

离心式空气压缩机运行期间，叶轮与扩压器间隙如发生改变，喘振故障出现的概率提升，因此控制好叶轮与扩压器的间隙是很有必要的。为了更好观测叶轮与扩压器的间隙变化，可在离心机高低速转子位置安装振动传感器，在叶轮与转子发生变化的时候，振动值也会发生相应变化，在变化超出标准值的时候，报警器会发出警报，提醒技术人员进行处理。

结语：综上所述，离心式空气压缩机如发生喘振故障，直接影响其运行质量，甚至会导致压缩机报废，因此避免喘振故障的发生，需要从预防控制方案做起。导致喘振故障的原因有很多，尤其是在叶轮、扩压器、轴承出现磨损和腐蚀情况的时候，很容易出现喘振故障，因此在压缩机运行期间，需重点检查压缩机的各部件，进而提高离心式空气压缩机的性能。

参考文献：

[1]吕文浩，鲁悦，刘云龙.离心式空气压缩机喘振故障分析与控制预防[J].科学技术创新，2020（26）：195-196.

[2]罗军.离心式空气压缩机喘振故障分析与控制预防[J].新疆有色金属，2016，39（S1）：83-85.

[3]钟瑞明.离心式空气压缩机喘振故障分析與控制预防[J].采矿技术，2010，10（03）：84-86.

（乌鲁木齐石化公司炼油厂，新疆 乌鲁木齐 830000）