防喘振控制原理及方法

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1、4.2离心压缩机防喘振控制4.2.1离心压缩机的喘振1．离心压缩机喘振现象及原因离心式压缩机在运行过程中，可能会出现这样一种现象，即当负荷低于某一定值时，气体的正常输送遭到破坏，气体的排出量时多时少，忽进忽出，发生强烈震荡，并发出如同哮喘病人“喘气”的噪声。此时可看到气体出口压力表、流量表的指示大幅波动。随之，机身也会剧烈震动，并带动出口管道、厂房震动，压缩机会发出周期性间断的吼响声。如不及时采取措施，将使压缩机遭到严重破坏。例如压缩机部件、密封环、轴承、叶轮、管线等设备和部件的损坏，这种现象就是离心式压缩机的喘振，或称飞动。下面以图4.2

2、-1所示为离心压缩机的特性曲线来说明喘振现象的原因。离心压缩机的特性曲线显示压缩机压缩比与进口容积流量间的关系。当转速n一定时，曲线上点c有最大压缩比，对应流量设为Q，该点称为喘振点。如果工作点为B点，要P求压缩机流量继续下降，则压缩机吸入流量QQ，工作点从C点突跳到D点，压缩机出口P压力P从突然下降到P，而出口管网压力仍为CDP，因此气体回流，表现为流量为零同时管网压力图4.2-1离心压缩机的特性曲线C也下降到P，一旦管网压力与压缩机出口压力相等，压缩机由输送气体到管网，流量达到DQ。因流量Q大于B点的流量，因此压力憋高到P，而流量的继

3、续下降，又使压缩机重AAB复上述过程，出现工作点从BCDAB的反复循环，由于这种循环过程极迅速，因此也称为“飞动”。由于飞动时机体的震动发出类似哮喘病人的喘气吼声，因此，将这种由于飞动而造成离心压缩机流量呈现脉动的现象，称为离心压缩机的防喘振现象。2．喘振线方程喘振是离心压缩机的固有特性。离心压缩机的喘振点与被压缩机介质的特性、转速等有关。将不同转速下的喘振点连接，组成该压缩机的喘振线。实际应用时，需要考虑安全余量。喘振线方程可近似用抛物线方程描述为：2pQ11ab（4.2-1）p2式中，下标1表示入口参数；p、Q、分别表示

4、压力、流量和温度；a、b是压缩机系数，由压缩机厂商提供。喘振线可用图4.2-2表示。当一台离心压缩机用于压缩不同介质气体时，压缩机系数会不同。管网容量大时，喘振频率低，喘振的振幅大；反之，管网容量小时，喘振频率高，喘振的振幅小。图4.2-2离心压缩机的喘振线743．振动、喘振和阻塞喘振是离心压缩机在入口流量小于喘振流量时离心压缩机出现的流量脉动现象。震动是高速旋转设备固有特性。旋转设备高速运转到某一转速时，是转轴强烈震动的现象。它是因旋转设备具有自由振动频率（称为自由振动频率），转速到该自由有振动频率的倍数时，出现的谐振（这是的谐振称为谐振

5、频率），造成转轴振动。振动发生在自由振动频率的倍数，转速继续升高或降低时，这这种振动会消失。压缩机流量过大时，气体流速接近或达到音速，压缩机叶轮对气体所做功全部用于克服振动损失，气体压力不再升高的现象，这种现象称为阻塞现象。离心压缩机的工作区、喘振区域阻塞区如图4.2-3所示，图4.2-3离心压缩机的工作区、图中也给出了压缩机的最大和最小转速。喘振区与阻塞区4．2．2离心压缩机防喘振控制系统的设计要防止离心式压缩机发生喘振，只需要工作转速下的吸入流量大于喘振点的流量Q。因此，当所需的流量小P于喘振点的流量时，例如生产负荷下降时，需要将出口的

6、流量旁路返回到入口，或将部分出口气体放空，以增加入口流量，满足大于喘振点流量的控制要求。防止离心式压缩机发生喘振的控制方案有两种：固定极限流量（最小流量）法和可变极限流量法。图4。2-4固定流量极限防喘振控制1．固定极限线流量防喘振控制该控制方案的控制策略是假设在最大转速下，离心压缩机的喘振点流量Q为（已经考P虑安全余量），如果能够使压缩机入口流量总是大于该临界流量Q，则能保证离心压缩机P不发生喘振。控制方案适当入口流量小于该临界流量Q时，打开旁路控制阀，使出口的部P分气体返回到入口，使入口流量大于Q为止。如图4.2-4所示为固定极限流量防

7、喘振控制P系统的结构示意图。固定极限流量防喘振控制具有结构简单、系统可靠性高、投资少等优点，但当转速较低时，流量的安全余量较大，能量浪费较大。适用于固定转速的离心压缩机防喘振控制。固定极限流量防喘振控制与流体输送控制中旁路控制方案的区别见表1-1表1-1防喘振控制与旁路控制的区别项目旁路流量控制固定极限流量防喘振控制检测点位置来自管网或送管网的流量压缩机的入口流量控制方法控制出口流量，流量过大时控制入口流量，流量过小时开旁路阀开旁路阀正常时阀的开度正常时，控制阀有一定开度正常时，控制阀关闭积分饱和正常时，偏差不会长期存在，偏差长期存在，存在

8、积分饱无积分饱和和问题752．可变极限流量防喘振控制该控制方案根据不同的转速，采用不同的喘振点流量（考虑安全余量）作为控制依据。由于极限流量（喘振点流量）变化，因此，称为可变极限