离心式压缩机的喘振分析与控制研究综述

严守相

摘要：离心式压缩机相比往复式压缩机，自身具有较多优点，如流量大、体积小、效率高、维修便捷等。在如今工业化生产中对离心式压缩机的应用比较广泛。然而，因为离心式压缩机具有较强的敏感性，尤其是气体流量以及压力等参数的改变对机组工况有较大影响，这也易导致应用中喘振现象的发生，本文着重对喘振控制措施进行了分析，旨在更好的应用离心式压缩机。

关键词：离心式压缩机;喘振分析;控制研究

引言

20世纪中叶，离心式压缩机的喘振现象被英国人第一次发现，随即受到各方关注。压缩机的喘振是其固有现象，极具危害性，很容易损坏压缩机。所以，在压缩机实际应用中，一定要弄清楚引起喘振的原因，哪些因素影响到喘振，以便积极采取措施，防止喘振发生，提高压缩机运行的效率和可靠性。

一、喘振的概念

离心压缩机在运行过程中，工况发生变化时，压缩机出口压力下降到一定数值是，管网气体会倒流至压缩机，当压缩机的出口压力大于管网压力是，压缩机又开始排出气体，气流会在系统中产生周期性震荡，管网压力剧烈波动，机体本身剧烈振动，这种现象被称为喘振。喘振的危害：喘振现象是离心式压缩机工作在小流量运行时的不稳定状态，在这个过程中，压缩机组剧烈振动，伴有强烈的噪音，对压缩机内部轴承，叶轮等设施造成极大损坏，与压缩机连接的管道也发生振动，影响其他设备的正常运行，降低测量仪表的准确率，影响工艺系统的稳定。

二、喘振发生原因及影响因素

（一）喘振发生原因

（1）系统后路压力过高导致，此种情况形成原因主要有：一突然停止运行中的压缩机，导致不能放空压缩机内部气体。二管路出口的逆止阀失灵，不能正常应用。三阀门处气体容量过大，在达到压缩机出口前，气体流量急剧减小，导致防喘系统的投自动完成不及时。（2）压缩机运行过程中吸入流量较少导致。在实际生产中，此种现象的发生往往是由于压缩机入口过滤器故障引起。如在寒冷的冬天，滤芯上形成结冰现象，进而造成压缩机喘振现象的发生。

（二）喘振发生的影响因素

（1）离心式压缩机运行时转速变化

在固定转速下，压缩机产生的压力与流量具有相关性，且压缩机会产生一定程度上的喘振流量。喘振的发生与流量相关，当压缩机产生的流量比该转速条件下产生的喘振流量小，就会在压缩机内发生喘振现象;压缩机产生的流量比该转速条件下产生的喘振流量大，就不会发生喘振现象。因此，在实际运行中要保证压缩机产生的流量高于喘振流量。

（2）系统管网特性

压缩机与管网系统直接接通，造成一定转速下压缩机的极限压力和系统压力之间存在较大的压力差，进而使出口处的压缩机流量减小，气体在管网中发生回流，从而发生喘振现象。另外供气不足也是引起压缩机喘振的原因之一。

（3）介质状态的改变

气体是压缩机的主要介质，气体的状态通常会影响压缩机流量的变化，固定转速的压缩机，具有一定的喘振流量，但是进气压力增加会使喘振流量增加，进而使压缩机流量相对减小，引起喘振现象。压缩机的转速以及进出口压力不变时，进口气体的温度提高或者所占比例减少，都比较容易造成喘振现象。

三、喘振控制方法研究

（一）固定极限流量法防喘振

传统的压缩机类设备为达到控制流量或压力的目的，可以采用阀门节流、旁通回流、放空等控制手段，这些调节方式虽然简单易行，但却是以增加管网损耗，浪费能源为代价的。它不能充分使压缩机工作在其工况区，往往过早启动防喘振系统，浪费了能源，降低了经济效益。且控制系统一般采用模拟仪表构成，在压缩机的喘振线发生变化时不能及时修正，对非线性的喘振线不能较好的实施控制。目前，固定极限流量法的控制参数通常分为3类，即：只控制流量或压力的单参数控制;同时控制流量、压力的双参数控制;同时控制温度、流量及压力的多参数控制。只要保证压缩机吸入流量大于临界吸入量Q min，系统就会工作在稳定区，不会发生喘振。即在生产降负荷时，须将部分出口气体，经出口旁路阀返回到入口或将部分出口气放空，保证系统工作在稳定区。

（二）可变极限流量法防喘振

可变极限流量法常用在压缩机流量经常变动的情况下，通过改变压缩机转速的方法使压缩机工况处于喘振区以外。由于压缩机的喘振流量随着转速的变化而变化，所以可以通过改变转速使入口流量高于喘振极限流量。同一台压缩机压缩同样容积流量的气体，压缩机给气体提供的能量不变，多变指数不变。那么，进气温度增大、进气压力降低、分子量减小，都会引起排气压力的降低。可定性地得出：进气温度增大、进气压力降低、分子量减小都会使压缩机性能曲线下移。在压缩机负荷有可能通过调速来改变的场合，随着不同工况（压缩比、出口压力或转速），极限喘振流量是个变数。它随转速的下降而变小，所以最合理的防喘振控制方法，应是留有适当的安全裕量。变极限流量法是采用随动防喘振流量控制系统在压缩机的不同工况下沿喘振曲线自动改变防喘振流量调节器的给定值，使防喘振调节器沿喘振曲线右侧安全控制线工作，这样既安全又节能。

（三）控制喘振的新型方案

（1）利用回流对喘振进行控制，该方案在实施上主要通过对电机的转速进行改变，合理的调整流量，从而实现控制喘振，降低压缩机在运行过程中能量消耗的目的。（2）联锁控制，该控制主要通过交流接触器和时间继电器等元件共同构成，通过两者之间的相互制约和作用实现对电路的保护，从而实现对喘振的预防。（3）预估控制，该方案的实施主要是在工作进入喘振控制前，开启旁路控制阀，从而确保机组在设备运行过程中能够安全运行。预估控制的方式主要有两种，分别为工作点跟踪和移动速率检测点跟踪。

四、结束语

在如今的现代化工业生产中，离心压缩机作为管网输送系统主要的动力设备应用比较广泛，然而在实际的应用过程中，经常有喘振现象发生，进而对压缩机本身形成损害，同时严重影响了生产效益。结合实际应用过程，对喘振發生的原因进行分析，利用相应措施做到合理控制，增强离心压缩机自身的抗喘振性，使得离心压缩机维持正常工作。

参考文献：

[1]邓凤龙.离心式压缩机的喘振分析与控制[J].城市建设理论研究：电子版，2015，5（036）：1211-1212.

（作者单位：液化空气（日照）有限公司）