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所發(fā)生的一種非正常工況下的振動。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。(喘振對于離心式壓縮機有著很嚴(yán)重的危害。)
特性曲線 壓縮機出口絕壓Pd與入口絕壓Ps之比(或稱壓縮比)和入口體積流量的 關(guān)系曲線(見圖1)。
喘振極限線 將不同轉(zhuǎn)速下的壓縮機特性曲線最高點連接起來所得的一條曲線,即為壓縮機喘振極限線(見圖2)。
喘振工況 離心式壓縮機最小流量時的工況稱為喘振工況。
喘振的產(chǎn)生與流體機械和管道的特性有關(guān),管道系統(tǒng)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,據(jù)此可確定喘振點、喘振邊界線或喘振區(qū)。流體機械的喘振會破壞機器內(nèi)部介質(zhì)的流動規(guī)律性,產(chǎn)生機械噪聲,引起工作部件的強烈振動,加速軸承和密封的損壞。一旦喘振引起管道、機器及其基礎(chǔ)共振時,還會造成嚴(yán)重后果。為防止喘振,必須使流體機械在喘振區(qū)之外運轉(zhuǎn)。在壓縮機中,通常采用最小流量式、流量-轉(zhuǎn)速控制式或流量-壓力差控制式防喘振調(diào)節(jié)系統(tǒng)。當(dāng)多臺機器串聯(lián)或并聯(lián)工作時,應(yīng)有各自的防喘振調(diào)節(jié)裝置。
喘振,顧名思義就象人哮喘一樣,風(fēng)機出現(xiàn)周期性的出風(fēng)與倒流,相對來講軸流式風(fēng)機更容易發(fā)生喘振,嚴(yán)重的喘振會導(dǎo)致風(fēng)機葉片疲勞損壞。
表現(xiàn)形式:
出現(xiàn)喘振的風(fēng)機大致現(xiàn)象如下:
1 電流減小且頻繁擺動、出口風(fēng)壓下降擺動。
2 風(fēng)機聲音異常噪聲大、振動大、機殼溫度升高、引送風(fēng)機喘振動使?fàn)t膛負(fù)壓波動燃燒不穩(wěn)。
產(chǎn)生喘振的原因:
當(dāng)離心式壓縮機的操作工況發(fā)生變動并偏離設(shè)計工況時,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發(fā)生變化。當(dāng)流量減少到一定程度,由于葉輪的連續(xù)旋轉(zhuǎn)和氣流的連續(xù)性,使這種邊界層分離現(xiàn)象擴大到整個流道,而且由于氣流分離沿著葉輪旋轉(zhuǎn)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(nèi)圓,此現(xiàn)象稱為氣流旋離,又稱旋轉(zhuǎn)失速。發(fā)生旋轉(zhuǎn)脫離時葉道中的氣流通不過去,級的壓力也突然下降,排氣管內(nèi)較高壓力的氣體便倒流回級里來。瞬間,倒流回級中的氣體就補充了級流量的不足,使葉輪又恢復(fù)了正常工作,從而重新把倒流回來的氣體壓出去。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,如此周而復(fù)始,在系統(tǒng)中產(chǎn)生了周期性的氣體振蕩現(xiàn)象,這種現(xiàn)象稱為“喘振”。
煙風(fēng)道積灰堵塞或煙風(fēng)道擋板開度不足引起系統(tǒng)阻力過大。(有碰到過但不多);兩風(fēng)機并列運行時導(dǎo)葉開度偏差過大使開度小的風(fēng)機落入喘振區(qū)運行(常碰到的情況是風(fēng)機導(dǎo)葉執(zhí)行機構(gòu)連桿在升降負(fù)荷時脫出,使兩風(fēng)機導(dǎo)葉調(diào)節(jié)不同步引起大的偏差);風(fēng)機長期在低出力下運轉(zhuǎn)。
流量:
每臺離心式壓縮機在不同轉(zhuǎn)速n下都對應(yīng)著1條出口壓力P與流量Q之間的曲線,如圖3所示。 圖3 不同轉(zhuǎn)速下出口壓力與流量的關(guān)系 圖4 不同相對分子質(zhì)量時的性能 從上圖3可以看出,隨著流量的減少,壓縮機的出口壓力逐漸增大,當(dāng)達(dá)到該轉(zhuǎn)速下最大出口壓力時,機組進(jìn)入喘振區(qū),壓縮機出口壓力開始減小,流量也隨之減小,壓縮機發(fā)生喘振。從曲線上看,流量減小是發(fā)生喘振的根本原因,在實際生產(chǎn)中盡量避免壓縮機在小流量的工況下運行。一般認(rèn)為,壓縮機在最小流量下應(yīng)低于設(shè)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(zhuǎn)速、不同相對分子質(zhì)量下恒壓進(jìn)行的曲線,從曲線中可以看出,在恒壓運行條件下,當(dāng)相對分子質(zhì)量M=20的氣體發(fā)生喘振時,相對分子質(zhì)量為M=25和M=28的氣體運行點還遠(yuǎn)離喘振區(qū)。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,這也是入口過濾器壓差增大時,要及時更換濾網(wǎng)的原因。
入口溫度 如上圖6所示,恒壓恒轉(zhuǎn)速下進(jìn)行的離心式壓縮機在不同入口氣體溫度時的進(jìn)行曲線,從曲線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說,夏季比冬季更容易發(fā)生喘振。
轉(zhuǎn)速 :
透平式驅(qū)動的壓縮機,往往根據(jù)外界不同流量要求而運行在不同轉(zhuǎn)速下,從圖3可以知道,在外界用氣量一定的情況下,轉(zhuǎn)速越高,越容易發(fā)生喘振。 綜上所述,出現(xiàn)喘振的根本原因是壓縮機的流量過小,小于壓縮機的最小流量(或者說由于壓縮機的背壓高于其最高排壓)導(dǎo)致機內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重的氣體旋轉(zhuǎn)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。
喘振的危害:喘振的危害性極大,當(dāng)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(tǒng)壓力,使氣體從管道系統(tǒng)向壓縮機倒流,直到管道系統(tǒng)中壓力低于壓縮機出口壓力,此時倒流停止,壓縮機恢復(fù)工作,但是當(dāng)出口管道系統(tǒng)的壓力恢復(fù)到原值時,通過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(fù),使系統(tǒng)呈周期性振蕩,在整個過程中,壓縮機組強烈振動,伴有異常噪聲,對壓縮機內(nèi)部的迷宮式密封、軸承和葉輪等附屬設(shè)施造成極大的損傷,嚴(yán)重時壓縮機會受到損壞,與機組出口相連的管道也發(fā)生周期振動,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,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,與此同時,壓縮機在短時間內(nèi)反復(fù)從空載道過載,這對驅(qū)動系統(tǒng)都是非常不利的。
防喘振的原理就是針對著引起喘振的原因,在喘振將要發(fā)生時,立即設(shè)法把壓縮機的流量加大,防喘振具體方法如下:
雙參數(shù)法機理就是測取不同轉(zhuǎn)速下,喘振流量構(gòu)建喘振邊界線將邊界線擴大5%,得到喘振防護線根據(jù)防護線建立數(shù)學(xué)模型—建立防護條件,否則喘振,防喘振控制線方程可表示為:
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