離心式壓縮機喘振原理
喘振是透平式壓縮機(也叫葉片式壓縮機)在流量減少到一定程度時(shí)所發(fā)生的一種非正常工況下的振動(dòng)。離心式壓縮機是透平式壓縮機的一種形式,也就是流體機械及其管道中介質(zhì)的周期性振蕩,是介質(zhì)受到周期性吸入和排出的激勵作用而發(fā)生的機械振動(dòng)。(喘振對于離心式壓縮機有著(zhù)很?chē)乐氐奈:?。?/p>
特性曲線(xiàn) 壓縮機出口絕壓Pd與入口絕壓Ps之比(或稱(chēng)壓縮比)和入口體積流量的 關(guān)系曲線(xiàn)(見(jiàn)圖1)。
喘振極限線(xiàn) 將不同轉速下的壓縮機特性曲線(xiàn)最高點(diǎn)連接起來(lái)所得的一條曲線(xiàn),即為壓縮機喘振極限線(xiàn)(見(jiàn)圖2)。
喘振工況 離心式壓縮機最小流量時(shí)的工況稱(chēng)為喘振工況。
喘振的產(chǎn)生與流體機械和管道的特性有關(guān),管道系統的容量越大,則喘振越強,頻率越低。產(chǎn)品一般都附有壓力-流量特性曲線(xiàn),據此可確定喘振點(diǎn)、喘振邊界線(xiàn)或喘振區。流體機械的喘振會(huì )破壞機器內部介質(zhì)的流動(dòng)規律性,產(chǎn)生機械噪聲,引起工作部件的強烈振動(dòng),加速軸承和密封的損壞。一旦喘振引起管道、機器及其基礎共振時(shí),還會(huì )造成嚴重后果。為防止喘振,必須使流體機械在喘振區之外運轉。在壓縮機中,通常采用最小流量式、流量-轉速控制式或流量-壓力差控制式防喘振調節系統。當多臺機器串聯(lián)或并聯(lián)工作時(shí),應有各自的防喘振調節裝置。
喘振,顧名思義就象人哮喘一樣,風(fēng)機出現周期性的出風(fēng)與倒流,相對來(lái)講軸流式風(fēng)機更容易發(fā)生喘振,嚴重的喘振會(huì )導致風(fēng)機葉片疲勞損壞。
表現形式:
出現喘振的風(fēng)機大致現象如下:
1 電流減小且頻繁擺動(dòng)、出口風(fēng)壓下降擺動(dòng)。
2 風(fēng)機聲音異常噪聲大、振動(dòng)大、機殼溫度升高、引送風(fēng)機喘振動(dòng)使爐膛負壓波動(dòng)燃燒不穩。
產(chǎn)生喘振的原因:
當離心式壓縮機的操作工況發(fā)生變動(dòng)并偏離設計工況時(shí),如果氣體流量減少則進(jìn)入葉輪或擴壓器流道的氣流方向就會(huì )發(fā)生變化。當流量減少到一定程度,由于葉輪的連續旋轉和氣流的連續性,使這種邊界層分離現象擴大到整個(gè)流道,而且由于氣流分離沿著(zhù)葉輪旋轉的反方向擴展,從而使葉道中形成氣流漩渦,再從葉輪外圓折回到葉輪內圓,此現象稱(chēng)為氣流旋離,又稱(chēng)旋轉失速。發(fā)生旋轉脫離時(shí)葉道中的氣流通不過(guò)去,級的壓力也突然下降,排氣管內較高壓力的氣體便倒流回級里來(lái)。瞬間,倒流回級中的氣體就補充了級流量的不足,使葉輪又恢復了正常工作,從而重新把倒流回來(lái)的氣體壓出去。這樣又使級中流量減少,于是壓力又突然下降,級后的壓力氣體又倒流回級中來(lái),如此周而復始,在系統中產(chǎn)生了周期性的氣體振蕩現象,這種現象稱(chēng)為“喘振”。
煙風(fēng)道積灰堵塞或煙風(fēng)道擋板開(kāi)度不足引起系統阻力過(guò)大。(有碰到過(guò)但不多);兩風(fēng)機并列運行時(shí)導葉開(kāi)度偏差過(guò)大使開(kāi)度小的風(fēng)機落入喘振區運行(常碰到的情況是風(fēng)機導葉執行機構連桿在升降負荷時(shí)脫出,使兩風(fēng)機導葉調節不同步引起大的偏差);風(fēng)機長(cháng)期在低出力下運轉。
流量:
每臺離心式壓縮機在不同轉速n下都對應著(zhù)1條出口壓力P與流量Q之間的曲線(xiàn),如圖3所示。 圖3 不同轉速下出口壓力與流量的關(guān)系 圖4 不同相對分子質(zhì)量時(shí)的性能 從上圖3可以看出,隨著(zhù)流量的減少,壓縮機的出口壓力逐漸增大,當達到該轉速下最大出口壓力時(shí),機組進(jìn)入喘振區,壓縮機出口壓力開(kāi)始減小,流量也隨之減小,壓縮機發(fā)生喘振。從曲線(xiàn)上看,流量減小是發(fā)生喘振的根本原因,在實(shí)際生產(chǎn)中盡量避免壓縮機在小流量的工況下運行。一般認為,壓縮機在最小流量下應低于設計流量60%。
氣體相對分子質(zhì)量:
如圖4所示,離心壓縮機在相同轉速、不同相對分子質(zhì)量下恒壓進(jìn)行的曲線(xiàn),從曲線(xiàn)中可以看出,在恒壓運行條件下,當相對分子質(zhì)量M=20的氣體發(fā)生喘振時(shí),相對分子質(zhì)量為M=25和M=28的氣體運行點(diǎn)還遠離喘振區。因此,在恒壓運行工況下,相對分子質(zhì)量越小,越容易發(fā)生喘振。
入口壓力:
如下圖5所示,壓縮機的入口壓力P1>P2>P3,在壓縮機恒壓的運行工況下, 入口壓力越低,壓縮機越容易發(fā)生喘振,這也是入口過(guò)濾器壓差增大時(shí),要及時(shí)更換濾網(wǎng)的原因。
入口溫度 如上圖6所示,恒壓恒轉速下進(jìn)行的離心式壓縮機在不同入口氣體溫度時(shí)的進(jìn)行曲線(xiàn),從曲線(xiàn)上可以看出在恒壓運行工況下,氣體入口溫度越高,越容易發(fā)生喘振。因此,對同一臺離心式壓縮機來(lái)說(shuō),夏季比冬季更容易發(fā)生喘振。
轉速 :
透平式驅動(dòng)的壓縮機,往往根據外界不同流量要求而運行在不同轉速下,從圖3可以知道,在外界用氣量一定的情況下,轉速越高,越容易發(fā)生喘振。 綜上所述,出現喘振的根本原因是壓縮機的流量過(guò)小,小于壓縮機的最小流量(或者說(shuō)由于壓縮機的背壓高于其最高排壓)導致機內出現嚴重的氣體旋轉分離;外因則是管網(wǎng)的壓力高于壓縮機所提供的排壓,造成氣體倒流,并產(chǎn)生大幅度的氣流脈動(dòng)。
喘振的危害:喘振的危害性極大,當壓縮機發(fā)生喘振后,不能正常工作,出口壓力減小,低于出口管道系統壓力,使氣體從管道系統向壓縮機倒流,直到管道系統中壓力低于壓縮機出口壓力,此時(shí)倒流停止,壓縮機恢復工作,但是當出口管道系統的壓力恢復到原值時(shí),通過(guò)壓縮機的氣體流量再一次減小,這是又發(fā)生喘振,如此反復,使系統呈周期性振蕩,在整個(gè)過(guò)程中,壓縮機組強烈振動(dòng),伴有異常噪聲,對壓縮機內部的迷宮式密封、軸承和葉輪等附屬設施造成極大的損傷,嚴重時(shí)壓縮機會(huì )受到損壞,與機組出口相連的管道也發(fā)生周期振動(dòng),管道上的壓力表、溫度表及進(jìn)口相連的管道也發(fā)生周期振動(dòng),管道上的壓力表、溫度表及進(jìn)口處流量。計發(fā)生大幅度的擺動(dòng),與此同時(shí),壓縮機在短時(shí)間內反復從空載道過(guò)載,這對驅動(dòng)系統都是非常不利的。
防喘振的原理就是針對著(zhù)引起喘振的原因,在喘振將要發(fā)生時(shí),立即設法把壓縮機的流量加大,防喘振具體方法如下:
雙參數法機理就是測取不同轉速下,喘振流量構建喘振邊界線(xiàn)將邊界線(xiàn)擴大5%,得到喘振防護線(xiàn)根據防護線(xiàn)建立數學(xué)模型—建立防護條件,否則喘振,防喘振控制線(xiàn)方程可表示為:
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