離心式壓縮機(jī)喘振分析及解決措施

薦保志

摘要：論述了離心式壓縮機(jī)喘振機(jī)理、影響因素、危害及判斷，以及本車間氣壓機(jī)組發(fā)生喘振時的處理措施。

關(guān)鍵詞：離心式壓縮機(jī) 喘振 機(jī)理 影響因素 危害 判斷 措施

0 引言

離心壓縮機(jī)是速度式壓縮機(jī)中的一種，由于具有排氣量大，效率高，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，氣體不受油污染以及正常工況下運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壓縮氣流無脈動等特點，目前已廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、動力、制冷等行業(yè)。離心壓縮機(jī)的安全可靠運行對工業(yè)生產(chǎn)有著非常重要的意義。然而，離心壓縮機(jī)對氣體的壓力、流量、溫度變化較敏感，易發(fā)生喘振。喘振是離心壓縮機(jī)固有的一種現(xiàn)象，具有較大的危害性，是壓縮機(jī)損壞的主要誘因之一。早在

1945年于英國首先發(fā)現(xiàn)了離心壓縮機(jī)的喘振現(xiàn)象并引起了人們的注意。

1 離心式壓縮機(jī)的喘振機(jī)理及影響因素

1.1 離心式壓縮機(jī)的喘振機(jī)理 離心壓縮機(jī)工作的基本原理是利用高速旋轉(zhuǎn)的葉輪帶動氣體一起旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生離心力，從而將能量傳遞給氣體，使氣體壓力升高，速度增大，氣體獲得了壓力能和動能。在葉輪后部設(shè)置有通流截面逐漸擴(kuò)大的擴(kuò)壓元件(擴(kuò)壓器)，從葉輪流出的高速氣體在擴(kuò)壓器內(nèi)進(jìn)行降速增壓，使氣體的部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ??？梢?，離心壓縮機(jī)的壓縮過程主要在葉輪和擴(kuò)壓器內(nèi)完成。當(dāng)離心壓縮機(jī)的操作工況發(fā)生變動，而偏離設(shè)計工況時，如果氣體流量減小則進(jìn)人葉輪或擴(kuò)壓器流道的氣流方向發(fā)生變化，氣流向著葉片的凸面(工作面)沖擊，在葉片的凹面(非工作面)的前緣部分，產(chǎn)生很大的局部擴(kuò)壓度，于是在葉片非工作面上出現(xiàn)氣流邊界層分離現(xiàn)象，形成旋渦區(qū)，并向葉輪出口處逐漸擴(kuò)大。氣量越小，則分離現(xiàn)象越嚴(yán)重，氣流的分離區(qū)域就越大。由于葉片形狀和安裝位置不可能完全相同及氣流流過葉片時的不均勻性，使得氣流的邊界層分離可能先在葉輪(或葉片擴(kuò)壓器)的某個葉道中出現(xiàn)，當(dāng)流量減少到一定程度，隨著葉輪的連續(xù)旋轉(zhuǎn)和氣流的連續(xù)性，這種邊界層分離現(xiàn)象將擴(kuò)大到整個流道，而且氣流分離沿著葉輪旋轉(zhuǎn)的反方向擴(kuò)展，以至葉道中形成氣流旋渦，從葉輪外圓折回到葉輪內(nèi)圓，此現(xiàn)象稱為旋轉(zhuǎn)脫離，又稱為旋轉(zhuǎn)失速。發(fā)生旋轉(zhuǎn)脫離時葉道中氣流通不過去，級的壓力突然下降，排氣管內(nèi)較高壓力的氣體便倒流回級里來。瞬間，倒流回級中的氣體補(bǔ)充了級流量的不足，葉輪又恢復(fù)正常工作，重新把倒流回來的氣體壓出去。這樣又使級中流量減小，于是壓力又突然下降，級后的壓力氣體又倒流回級中來，如此周而復(fù)始，在系統(tǒng)中產(chǎn)生了周期性的氣流振蕩現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為“喘振”。

2 喘振的危害及判斷

2.1 喘振的危害 喘振現(xiàn)象對壓縮機(jī)十分有害，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：①喘振時由于氣流強(qiáng)烈的脈動和周期性振蕩，會使供氣參數(shù)(壓力、流量等)大幅度地波動，破壞了工藝系統(tǒng)的穩(wěn)定性。②會使葉片強(qiáng)烈振動，葉輪應(yīng)力大大增加，噪聲加劇。③引起動靜部件的摩擦與碰撞，使壓縮機(jī)的軸產(chǎn)生彎曲變形，嚴(yán)重時會產(chǎn)生軸向竄動，碰壞葉輪。④加劇軸承、軸頸的磨損，破壞潤滑油膜的穩(wěn)定性，使軸承合金產(chǎn)生疲勞裂紋，甚至燒毀。⑤損壞壓縮機(jī)的級間密封及軸封，使壓縮機(jī)效率降低，甚至造成爆炸、火災(zāi)等事故。⑥影響與壓縮機(jī)相連的其他設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，于擾操作人員的正常工作，使一些測量儀表儀器準(zhǔn)確性降低，甚至失靈。一般機(jī)組的排氣量、壓力比、排氣壓力和氣體的密度越大，發(fā)生的喘振越嚴(yán)重，危害越大。

2.2 喘振的判斷 由于喘振的危害較大，操作人員應(yīng)能及時判別，壓縮機(jī)的喘振一般可從以下幾個方面判別:①聽測壓縮機(jī)出口管路氣流的噪聲。當(dāng)壓縮機(jī)接近喘振工況時，排氣管道中會發(fā)生周期性時高時低“呼哧呼哧”的噪聲。當(dāng)進(jìn)人喘振工況時，噪聲立即大增，甚至出現(xiàn)爆音。②觀測壓縮機(jī)出口壓力和進(jìn)口流量的變化。喘振時，會出現(xiàn)周期性的、大幅度的脈動，從而引起測量儀表指針大幅度地擺動。③觀測壓縮機(jī)的機(jī)體和軸承的振動情況。喘振時，機(jī)體、軸承的振動振幅顯著增大，機(jī)組發(fā)生強(qiáng)烈的振動。

3 壓縮機(jī)的喘振預(yù)防及解決措施

三催化車間的氣壓機(jī)組是由美國DRESS-RAND公司制造的3M8-9兩段壓縮機(jī)和4U背壓式汽輪機(jī)組成，該機(jī)組安裝在公司120萬噸/年催化裂化裝置內(nèi)，機(jī)組主要用來壓縮氣體、控制反應(yīng)壓力。當(dāng)汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)出現(xiàn)故障可導(dǎo)致壓縮機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)急劇下降，壓縮機(jī)出口壓力下降，從而使管網(wǎng)中高壓氣體倒流回壓縮機(jī)引起喘振。

3.1 為了防止喘振發(fā)生，在操作中應(yīng)注意到：①防喘振系統(tǒng)未投自動的情況下，機(jī)組的操作狀態(tài)必須遠(yuǎn)離喘振區(qū)，留有足夠的防喘余度。②氣壓機(jī)開停與調(diào)整時，必須嚴(yán)守“升壓先升速，降速先降壓”的原則。操作中應(yīng)緩慢、均勻，多次交替完成升壓和變速。③反映、分餾崗位應(yīng)努力平穩(wěn)操作，控制好冷后溫度，力求控制富氣參數(shù)在設(shè)計范圍內(nèi)。④操作中必須密切觀察主蒸汽和背壓蒸汽參數(shù)，發(fā)現(xiàn)不利趨勢及時聯(lián)系加以調(diào)整。

3.2 氣壓機(jī)不同工況下喘振現(xiàn)象的處理措施。①針對低流量工況，應(yīng)立即適量打開反飛動閥。②針對出口阻塞工況，應(yīng)立即適當(dāng)打開出口放火炬閥。③針對由氣體參數(shù)變化出現(xiàn)的喘振工況，應(yīng)首先打開出口放火炬消除喘振狀態(tài)后，再調(diào)整操作改變氣體參數(shù)。④發(fā)生喘振工況時，氣壓機(jī)崗位操作員在情況判斷不明的情況下，應(yīng)先開出口放火炬消除喘振狀態(tài)，再進(jìn)行針對性處理的原則來操作。

4 結(jié)論

喘振是離心式壓縮機(jī)固有的特性，具有較大的危害。喘振現(xiàn)象的發(fā)生取決于管網(wǎng)的特性曲線和離心壓縮機(jī)的特性曲線。喘振形成的原因在于倒流與供氣的周期性地交替進(jìn)行。應(yīng)當(dāng)結(jié)合生產(chǎn)實踐，逐步弄清喘振的機(jī)理，掌握喘振的主要影響因素，熟悉常見的喘振實例，采取有效的防喘振控制措施，提高離心壓縮機(jī)抗喘振性能和運行可靠性。