喘振(surge),是
压缩机在流量减少到一定程度时所发生的一种非正常工况下的振动。
喘振是由于压缩机在工作中,其中的气体流动产生超负荷运转,以及压缩机工作中的分子量、温度变化等原因形成的。当
空气压缩机无法产生足够压力以满足外部系统需求时,会导致
高压止回阀关闭,空压机无输出。空气在内部积累,压力上升,当压力超过外部系统压力时,逆止阀打开排出气体。排出后由于缺乏足够空气维持连续输出,内部压力下降,逆止阀关闭,空气再次积累,压力上升,重复此过程导致输出压力和电机负荷波动、逆止阀频繁动作,并产生砰砰声。喘振可以通过性能、机械、
无损检测三种方式对喘振进行直接判定。
喘振会造成机组的性能不稳定;因为强烈的振动,机组的中心会出现一定程度的 中心偏移;对高压制冷机组会对电网产 生一定的冲击;对系统运行不稳定,对末端设备及使用效果都会产生一定的影响。可以通过对机组的转速进行调整、采用VGD装置、采用可变几何
散流器技术等方法实现机组噪声低、振动小的效果。
产生原因
离心式
压缩机在工作中,经常会出现喘振现象,这种问题的发生主要是因为压缩机在工作过程中,其中的气体流动产生超负荷运转,以及压缩机工作中的分子量、温度变化等多种原因造成。在压缩机正常工作中,若是吸入的含量逐渐减小,降到一定程度,就会导致其中的压缩比例发生变化,气体输出线路中的压力与压缩机正常压力出口的比例之间不协调,造成压缩机中的气体倒流在压缩机中,来回反复造成压缩机出现喘振现象。压缩机若是出现喘振现现象,会导致压缩机中的机器轴位出现变化,不能正常工作。因此在离心式
压缩机运动过程中,一定要进行严格控制,防止出现喘振现象,并在出现喘振现象时及时改善。
分类
离心式冷水机组的喘振
离心式冷水机组采用离心式压缩机,作为透平式压缩机的一种,它的特点
显而易见,具有很大的处理气量、体积构造小而简单、在运行过程中相对平稳等特点。同时维修、维护方便,不受油的污染和驱动形式限制。离心式压缩机在生产运行过程中,会经常出现管网、机组的大幅度强烈振动。当喘振发生时,
气流不稳定,
周期性振荡等现象尤为明显。究其原因是由许多不确定因素引起的。同时长时间喘振会对整个系统管网、站房的
建筑结构等造成一定的破坏,导致许多严重后果。
大型离心压缩机的喘振
兖矿国泰化工有限公司产氧量60000Nm3/h的
空分装置采用德国MANTURBO公司制造的汽轮机驱动一拖二压缩机组,由于该压缩机没有回流,靠
放空阀调节压力和防喘振。通过对机组进行喘振试验,得到了在生产过程中的操作依据,由于系统原因,有时整个空分装置需低负荷(70%左右)运行,又由于空分装置自身的特点,在需要减少空气量的同时,却要求空气压力仍为正常负荷时的压力,这就给操作增加了难度。但有了喘振控制线,既可在变负荷和运行时看到工作点距离喘振控制线的远近以保护机组,又可避免因没有依据而无谓地加大放空量以防止喘振的发生,因此可达到节能降耗的目的。
离心式氯气压缩机的喘振
离心式
氯气压缩机(简称氯压机)是透平式压缩机的一种,具有处理量大、体积小、结构简单、运转平稳、维修量小及气体不受油污的特点,在石油化工、冶金、机械等行业广泛应用,其安全可靠运行对
化工行业生产有着非常重要的意义。然而,氯
压机对气体的压力、温度、流量变化比较敏感,易发生喘振。氯压机在运行过程中,当负荷降低到一定程度时,气体的排出量会出现强烈振荡,同时机身也会剧烈振动,并发出“
哮喘”或“吼叫”声,这种现象叫作喘振。
磁悬浮离心式压缩机的喘振
磁悬浮离心式压缩机的最小流量不是零流量,而是喘振流量。当机组空调负荷不断降低时,磁悬浮离心式压缩机的流量会逐渐减小,此进
叶轮内部的流动情况也会变差。当流量减小到一定值时,由于叶轮内部流动恶化而不能正常对气体做功,导致磁悬浮离心式压缩机的出口压力小于
冷凝器冷凝压力,压缩机和冷凝器之间会引发
气流振荡,从而使压缩机产生剧烈振动,即产生喘振。喘振极易导致磁悬浮离心式压缩机在很短时间内受到严重破坏,尤其会损坏磁轴承。喘振会使叶轮强烈振动,叶轮
应力大大增加,噪声加剧。喘振会引起
压缩机动静部件的摩擦与碰撞,碰坏叶轮。喘振尤其会损坏磁轴承。导致磁悬浮离心式压缩机发生喘振的流量称为喘振流量。喘振流量只是磁悬浮离心式压缩机理论上的最小流量,但磁悬浮压缩机不允许在喘振流量运行。实际应用中,为了保证磁悬浮离心式压缩机安全可靠运行,通常选择比喘振流量大一些的喘振控制流量作为最小运行流量。
表现形式
当进入
空气压缩机的空气流量不能使空压机产生足够的压力,以至于外部系统(外部
管道)的压力大于空压机内部的压力,导致
高压止回阀关闭。这时,
螺旋式空压机没有输出,空气在空压机内部积累,压力不断增加,直到积蓄的压力大于外部系统的压力时,空压机内部压力冲开逆止阀排出。气体排出后由于没有足够的空气使空压机维持连续的输出,空压机内部压力下降,逆止阀关闭,空气重新在空压机内部积累,直到积累的压力足够时,再次排出,如此反复,导致输出的压力和电机负荷剧烈波动、逆止阀频繁动作,机器发出砰砰的声音,这就是喘振。
技术参数
喘振边界
NF-6风洞是中国第一座增压连续式跨
音速风洞,轴流压缩机是风洞安全运行和流场性能的重要因素之一。在喘振区及安全区的交界线就是喘振边界线。
压缩机运行后,在给定转速下某特定静叶角下逐渐关闭出口阀(即
风洞管网的栅指或旁路阀)的过程中,使压缩机各运行参数沿着该静叶角的性能曲线向左上方移动,至压缩机发生喘振时,即找到该静叶角下的喘振点。将给定转速下不同静叶角的喘振点平滑地连起来,就得到了该压缩机在给定转速下的喘振边界线。压缩机运行时,工作点必须在这条喘振边界线的右下方,而绝不允许到喘振线的左上方。
喘振点
通常情况下,压缩机发生喘振是因为负荷减小,使被输送气体的流量小于该工况下特性曲线喘振点的流量所致。采用不同喘振点流量作为控制依据,使
压缩机在不同转速下运行时,其入口流量均不小于该转速下的喘振点流量,这种方法叫做可变极限流量防喘振控制。当压缩机的工况确定后,逻辑内部会利用预先选取的6个喘振线点在上位画面中自动计算出防喘振曲线,并将6个喘振线点和6个压力比代入喘振线计算功能块SRG_LINE相应的
引脚,通过5部分
线性插值算法和压缩机正常运行时的压力比计算出对应的喘振点位置。
防喘振线
沈阳鼓风机(集团)有限公司生产的循环
氢气离心压缩机(简称循环氢气压缩机)是
柴油加氢装置的关键设备,循环氢气压缩机是将高压分离罐的氢气增压循环,为参与加氢反应的氢气提供循环动力。在运行过程中,进入
反应器的循环氢气量太少,而返回
压缩机入口的氢气量太多;不能够满足柴油加氢装置的正常生产,需要对柴油加氢压缩机防喘振线进行修正。该压缩机防喘振控制系统的防喘振线是通过压比~h/Ps理论计算出来的,计算用到了介质相对分子质量、流量、进口压力、进口温度、出口压力、出口温度等参数,而在实际运行中,设计和实际的相对分子质量相差太大。从而导致压缩机的理论防喘振线与实际防喘振线偏差太大,最终使防喘振阀的开度过大,严重反应循环氢气量,所以需要重新修正该压缩机的防喘振线。
喘振检测
性能检测
性能检测就是对
压缩机流体通道的参数进行检测,以实时监测压缩机的运行状态,判断是否可能出现喘振或者判断是否正在发生喘振,以及进一步判断喘振程度为轻度喘振、中度喘振或者是严重喘振,为后续的预测防范或主动控制提供依据。根据检测的参数的选择类型,性能检测这一技术手段又分为以下6个三级分支:压力、流量、温度、转速、电流和其他。
机械检测
机械检测这一技术手段又分为以下两个三级分支:轴振动和叶片或
导叶等的状态。喘振就是压缩机的振动,因此直接检测压缩机轴的振动或位移,或者检测叶片或导叶等的状态,能够直接判定喘振。
无损检测
无损检测是利用声、电等对
压缩机运行状态进行检测,分为以下两个三级分支:
声能探测和
静电探测。压缩机在发生喘振时机组会发生较大的噪声,与正常运行时的噪声大小不同,因此检测压缩机运行时的噪声大小能够判定喘振;静电探测是用静电
探针对压缩机某些位置的情况进行探测,例如可探测入口
气流等,判定是否出现倒流,判定喘振。
防喘振措施
运用旁通原理
运用一些关于设置旁通的原理(
上火旁通原理),根据设置的保护点来控制旁通的
阀门开启或关闭,使机组不到达喘振点,达到保护的目的。设置1根连接管,连接
冷凝器和
蒸发器。另外设置控制系统,在相关工况情况下打开旁通电子阀,从而可以提高系统排气量,在一定情况下避免喘振。
对机组的转速进行调整
随着机组转速的调整,同时也改变了机组的性能,这样机组的稳定工作区域也有所增加。该调整方式比较经济、高效。如果采用的是电动机驱动的机组,直流机组或采用变频方法是最好的方式。
采用VGD装置
采用VGD装置可显著降低机组运行噪声,扩展机组运行范围,改善机组运行性能。VGD装置通过持续监测
压缩机排气参数,自动调节压缩机散流板通道的几何形状,使来自
叶轮的
气流更平稳。该技术可显著减小机组噪声,有效避免离心式压缩机的喘振风险。
采用可变几何散流器技术
采用可变几何散流器技术,通过压缩机出口压力控制从而达到优化压缩机,提升部分负荷效率,实现机组噪声低、振动小的效果。
采用转动的扩压器调节方式
当流量减小时,产生喘振的原因一般是扩压器产生了致命的旋转。所以,如果流量发生改变,可以想办法来改变扩压器流道的进口几何角,适应相关的工况具体情况,稳定相关工况的具体范围,在一定的范围内预防喘振的发生。
优化系统设计方案
根据系统实际运行情况,选择满足使用功能的一些
离心机组或离心机组和其他机组搭配。把离心机组固有的缺点通过与别的类型机组的搭配来进行互补,从而避免一旦离心机组处于低负荷运转时能避免喘振的发生。
调整冷却塔相关设计
在实际使用情况下的很长时间内,冷却塔和
送风机都处在工作非满负荷状态下。可以通过在冷却塔上加装
变频器的一些方法解决该问题。同时还通过变频启动或软启动的一些功能确保系统的稳定运行。
设置报警仪表
在离心
压缩机的进口安装流量、温度监视仪表,在出口安装压力监视仪表,一旦压缩机接近喘振工况区时能及时发出报警,以提前采取措施,防患于未然。
危害