離心壓縮機防喘振曲線計算

代爽等

摘 要 離心式壓縮機是工業(yè)生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，目前已在各個領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。但是，離心式壓縮機的穩(wěn)定運行工況較窄，容易發(fā)生喘振現(xiàn)象，喘振現(xiàn)象對于離心式壓縮機的安全穩(wěn)定運行具有較大危害，因此，繪制出喘振曲線進行防喘振控制尤為重要。

關(guān)鍵詞 離心式壓縮機；防喘振曲線；喘振控制

中圖分類號 TB6 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 2095-6363（2015）09-0037-02

為防止離心壓縮機發(fā)生喘振，保證離心式壓縮機安全平穩(wěn)的運行，對其進行防喘振的控制成為必要，而防喘振控制的基礎(chǔ)即為喘振曲線的計算[1]。

1 離心式壓縮機喘振特性曲線概述

喘振曲線的繪制是以壓比為縱坐標(biāo)，以流量為橫坐標(biāo)，在不同轉(zhuǎn)速下進行繪制，得到一系列曲線，這些曲線的臨界運行點即為喘振線。

獲得離心壓縮機喘振線的方法有兩種，一種是直接通過實驗方法測得。第二種是通過離心壓縮機的特性曲線，改變轉(zhuǎn)速，計算在各個轉(zhuǎn)速下的壓比與流量值，再進行多項式的擬合，得到最終的喘振曲線。本文采用第二種方法。

2 離心式壓縮機性能曲線的確定方法

離心式壓縮機性能曲線的確定方法一般有以下三種。第一種，通過壓縮機的現(xiàn)場調(diào)試，改變轉(zhuǎn)速，實際測得在各個轉(zhuǎn)速下的壓縮機的相應(yīng)參數(shù)，將這些特性參數(shù)進行擬合，進而得到壓縮機的性能曲線。第二種，根據(jù)離心壓縮機廠家提供的理想性能曲線，結(jié)合現(xiàn)場的環(huán)境與運行條件，進行換算，得到壓縮機的性能曲線。第三種，通過離心壓縮機廠家提供的設(shè)計轉(zhuǎn)速下的壓縮機性能曲線相關(guān)參數(shù)。通過改變轉(zhuǎn)速，運用相似原理，分別計算在相應(yīng)點下的壓比、流量等參數(shù)值，將這些參數(shù)進行多項式的擬合即可得到在不同轉(zhuǎn)速下壓縮機的性能曲線。

以一臺10×104Nm3/d的壓縮機性能曲線相關(guān)參數(shù)為例，壓縮機在設(shè)計轉(zhuǎn)速上的5個不同點a、b、c、d、e的設(shè)計參數(shù)如下表1所示。

如果轉(zhuǎn)速改變，則得到的新的對應(yīng)點數(shù)值就能組成一條新的轉(zhuǎn)速下的性能曲線。

式中：Qm—質(zhì)量流量（kg/h）；Q—體積流量（m3/h）；n—壓縮機的設(shè)計轉(zhuǎn)速（r/min）；v—氣體比體積（m3/kg）；Rg—氣體常數(shù)；m—多變指數(shù)；P1—進口壓力（MPag）；P2—出口壓力（MPag）；T1—進口溫度（K）；T2—出口溫度（K）；

經(jīng)過換算，即可得到在轉(zhuǎn)速分別為10300r/min、10200r/min、9800r/min、9300r/min、8060r/min、7170r/min時性能曲線a、b、c、d、e這5個點的性能參數(shù)。用最小二乘法進行多項式的擬合，可以得到不同轉(zhuǎn)速下的壓縮機性能曲線如下圖1所示。

3 離心式壓縮機喘振曲線的確定方法

確定離心壓縮機的性能曲線后，取喘振的表達式ε=a2+bQ+C

根據(jù)各轉(zhuǎn)速下性能曲線的表達式就可以計算出對應(yīng)轉(zhuǎn)速下的喘振點。將這些喘振點利用最小二乘法多項式擬合，可得到喘振曲線，并得出a=11.543×10-8，b=-0.002，c=8.617。

4 離心式壓縮機防喘振曲線的繪制方法

為保障壓縮機的安全穩(wěn)定運行，必須通過控制的方法使運行的管網(wǎng)流量控制在某一安全的范圍內(nèi)，因此，需要設(shè)定一條喘振控制線，保障管網(wǎng)中流量發(fā)生變化時，壓縮機還能保證穩(wěn)定運行，通常是將喘振線右移5%～8%的流量，當(dāng)流量過剩時，往往通過放空或者打回流的方式保證壓縮機的安全運行。

5 離心式壓縮機防喘振措施

目前常采用的有以下兩類。一是在壓縮機的結(jié)構(gòu)設(shè)計上，通過改變?nèi)~輪、擴壓器等關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)，擴大壓縮機的穩(wěn)定運行工況的范圍。二是通過改變管網(wǎng)的特性，改變壓縮機與管網(wǎng)的穩(wěn)定運行工況點。

第二種方法是通常采取相應(yīng)的防喘振措施。常采用喘振的被動控制方法與喘振的主動控制方法[2]。喘振的被動控制方法包括固定極限流量法與可變極限流量法。固定極限流量方法是使壓縮機的流量始終大于發(fā)生喘振的極限流量值，若大于此極限值，則采取打回流或者放空等方式，使壓縮機處于安全狀態(tài)?？勺儤O限流量方法是設(shè)定發(fā)生喘振現(xiàn)象的極限方程，使壓縮機的極限流量值始終隨著轉(zhuǎn)速的變化發(fā)生變化，始終保持壓縮機的流量大于發(fā)生喘振的流量值。目前，隨著模糊控制技術(shù)的蓬勃發(fā)展，喘振的主動控制方法得以得到進一步的研究與應(yīng)用。通過喘振的主動控制，實現(xiàn)喘振線向穩(wěn)定運行區(qū)移動，使其穩(wěn)定運行的范圍進一步擴展。

6 結(jié)論

1）離心式壓縮機的喘振將會嚴(yán)重危害到它的安全可靠地運行，在選型時為保證其安全性，應(yīng)充分考慮喘振現(xiàn)象。

2）通過離心壓縮機的性能曲線，改變轉(zhuǎn)速，可以計算出防喘振曲線，防喘振曲線的設(shè)置將為離心壓縮機的防喘振策略提供了依據(jù)。

3）離心壓縮機的防喘振控制策略就是基于壓縮機的喘振線設(shè)立不同的控制線，工作點在不同的控制區(qū)域時防喘振閥有不同的控制動作。

參考文獻

[1]姬忠禮，鄧志安，趙會軍.泵和壓縮機[M].北京：石油工業(yè)出版社，2008：126-128.

[2]劉超.模糊理論在壓縮機防喘振中的應(yīng)用與研究[D].上海交通大學(xué)，2011.