防喘振控制原理及方法

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1、4.2離心壓縮機防喘振控制4.2.1離心壓縮機的喘振1．離心壓縮機喘振現(xiàn)象及原因離心式壓縮機在運行過程中，可能會出現(xiàn)這樣一種現(xiàn)象，即當(dāng)負荷低于某一定值時，氣體的正常輸送遭到破壞，氣體的排出量時多時少，忽進忽出，發(fā)生強烈震蕩，并發(fā)出如同哮喘病人“喘氣”的噪聲。此時可看到氣體出口壓力表、流量表的指示大幅波動。隨之，機身也會劇烈震動，并帶動出口管道、廠房震動，壓縮機會發(fā)出周期性間斷的吼響聲。如不及時采取措施，將使壓縮機遭到嚴重破壞。例如壓縮機部件、密封環(huán)、軸承、葉輪、管線等設(shè)備和部件的損壞，這種現(xiàn)象就是離心式壓縮機的喘振，或稱飛動。下面以圖4.2

2、-1所示為離心壓縮機的特性曲線來說明喘振現(xiàn)象的原因。離心壓縮機的特性曲線顯示壓縮機壓縮比與進口容積流量間的關(guān)系。當(dāng)轉(zhuǎn)速n一定時，曲線上點c有最大壓縮比，對應(yīng)流量設(shè)為Q，該點稱為喘振點。如果工作點為B點，要P求壓縮機流量繼續(xù)下降，則壓縮機吸入流量Q?Q，工作點從C點突跳到D點，壓縮機出口P壓力P從突然下降到P，而出口管網(wǎng)壓力仍為CDP，因此氣體回流，表現(xiàn)為流量為零同時管網(wǎng)壓力圖4.2-1離心壓縮機的特性曲線C也下降到P，一旦管網(wǎng)壓力與壓縮機出口壓力相等，壓縮機由輸送氣體到管網(wǎng)，流量達到DQ。因流量Q大于B點的流量，因此壓力憋高到P，而流量的繼

3、續(xù)下降，又使壓縮機重AAB復(fù)上述過程，出現(xiàn)工作點從B?C?D?A?B的反復(fù)循環(huán)，由于這種循環(huán)過程極迅速，因此也稱為“飛動”。由于飛動時機體的震動發(fā)出類似哮喘病人的喘氣吼聲，因此，將這種由于飛動而造成離心壓縮機流量呈現(xiàn)脈動的現(xiàn)象，稱為離心壓縮機的防喘振現(xiàn)象。2．喘振線方程喘振是離心壓縮機的固有特性。離心壓縮機的喘振點與被壓縮機介質(zhì)的特性、轉(zhuǎn)速等有關(guān)。將不同轉(zhuǎn)速下的喘振點連接，組成該壓縮機的喘振線。實際應(yīng)用時，需要考慮安全余量。喘振線方程可近似用拋物線方程描述為：2pQ11?a?b（4.2-1）p?2式中，下標(biāo)1表示入口參數(shù)；p、Q、?分別表示

4、壓力、流量和溫度；a、b是壓縮機系數(shù)，由壓縮機廠商提供。喘振線可用圖4.2-2表示。當(dāng)一臺離心壓縮機用于壓縮不同介質(zhì)氣體時，壓縮機系數(shù)會不同。管網(wǎng)容量大時，喘振頻率低，喘振的振幅大；反之，管網(wǎng)容量小時，喘振頻率高，喘振的振幅小。圖4.2-2離心壓縮機的喘振線743．振動、喘振和阻塞喘振是離心壓縮機在入口流量小于喘振流量時離心壓縮機出現(xiàn)的流量脈動現(xiàn)象。震動是高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備固有特性。旋轉(zhuǎn)設(shè)備高速運轉(zhuǎn)到某一轉(zhuǎn)速時，是轉(zhuǎn)軸強烈震動的現(xiàn)象。它是因旋轉(zhuǎn)設(shè)備具有自由振動頻率（稱為自由振動頻率），轉(zhuǎn)速到該自由有振動頻率的倍數(shù)時，出現(xiàn)的諧振（這是的諧振稱為諧振

5、頻率），造成轉(zhuǎn)軸振動。振動發(fā)生在自由振動頻率的倍數(shù)，轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高或降低時，這這種振動會消失。壓縮機流量過大時，氣體流速接近或達到音速，壓縮機葉輪對氣體所做功全部用于克服振動損失，氣體壓力不再升高的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為阻塞現(xiàn)象。離心壓縮機的工作區(qū)、喘振區(qū)域阻塞區(qū)如圖4.2-3所示，圖4.2-3離心壓縮機的工作區(qū)、圖中也給出了壓縮機的最大和最小轉(zhuǎn)速。喘振區(qū)與阻塞區(qū)4．2．2離心壓縮機防喘振控制系統(tǒng)的設(shè)計要防止離心式壓縮機發(fā)生喘振，只需要工作轉(zhuǎn)速下的吸入流量大于喘振點的流量Q。因此，當(dāng)所需的流量小P于喘振點的流量時，例如生產(chǎn)負荷下降時，需要將出口的

6、流量旁路返回到入口，或?qū)⒉糠殖隹跉怏w放空，以增加入口流量，滿足大于喘振點流量的控制要求。防止離心式壓縮機發(fā)生喘振的控制方案有兩種：固定極限流量（最小流量）法和可變極限流量法。圖4。2-4固定流量極限防喘振控制1．固定極限線流量防喘振控制該控制方案的控制策略是假設(shè)在最大轉(zhuǎn)速下，離心壓縮機的喘振點流量Q為（已經(jīng)考P慮安全余量），如果能夠使壓縮機入口流量總是大于該臨界流量Q，則能保證離心壓縮機P不發(fā)生喘振?？刂品桨高m當(dāng)入口流量小于該臨界流量Q時，打開旁路控制閥，使出口的部P分氣體返回到入口，使入口流量大于Q為止。如圖4.2-4所示為固定極限流量防

7、喘振控制P系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。固定極限流量防喘振控制具有結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)可靠性高、投資少等優(yōu)點，但當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時，流量的安全余量較大，能量浪費較大。適用于固定轉(zhuǎn)速的離心壓縮機防喘振控制。固定極限流量防喘振控制與流體輸送控制中旁路控制方案的區(qū)別見表1-1表1-1防喘振控制與旁路控制的區(qū)別項目旁路流量控制固定極限流量防喘振控制檢測點位置來自管網(wǎng)或送管網(wǎng)的流量壓縮機的入口流量控制方法控制出口流量，流量過大時控制入口流量，流量過小時開旁路閥開旁路閥正常時閥的開度正常時，控制閥有一定開度正常時，控制閥關(guān)閉積分飽和正常時，偏差不會長期存在，偏差長期存在，存在

8、積分飽無積分飽和和問題752．可變極限流量防喘振控制該控制方案根據(jù)不同的轉(zhuǎn)速，采用不同的喘振點流量（考慮安全余量）作為控制依據(jù)。由于極限流量（喘振點流量）變化，因此，稱為可變極限