研究離心式壓縮機產(chǎn)生喘振現(xiàn)象的原因,機械工程論文離心式壓縮機廣泛應用在石化、冶煉、動力等多種領域，其特點是構(gòu)造簡單、排氣量大、性能穩(wěn)定，實用性很強，并為相關行業(yè)帶來了良好的經(jīng)濟效益。但是離心式壓縮機在工作當中，具有喘振的固有特性，喘振對離心壓縮機的危害較大，嚴重的甚至會引發(fā)癱瘓離心式壓縮機運行。其導致的常見事故有彎曲轉(zhuǎn)軸、損壞軸承、毀壞密封能力、削弱壓縮機的穩(wěn)定平衡能力、斷裂隔板等方面，而科學分析引起喘振的故障原因，對于尋求完善可靠的改良防備措施就顯得尤為重要，離心式壓縮機的喘振分析也成為業(yè)內(nèi)的熱門課題。1、離心式壓縮機喘振故障的原因分析運行經(jīng)過中其喘振的發(fā)生詳細有如下幾大原因：〔1〕系統(tǒng)氣壓超過額定壓力：當系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的內(nèi)壓超過壓縮機規(guī)定的壓力限值時，這時容易構(gòu)成背壓條件，導致出口的通道不暢，降低流量總量，嚴重的還會引發(fā)氣壓倒吸的現(xiàn)象發(fā)生。一旦運行當中氣流發(fā)生較大變化，并且沒有能及時校正，由于氣源供給缺乏，毀壞了離心壓縮機穩(wěn)定平衡的工作狀態(tài)，發(fā)生喘振的幾率就會相應提升?！?〕操作不當：在日常的操作當中，經(jīng)常需要經(jīng)行升壓、升速、降速調(diào)節(jié)，一旦升速、升壓過于急劇，或者是降速沒有預先降壓，都會毀壞工作的均勻穩(wěn)定環(huán)境，導致倒吸現(xiàn)象的發(fā)生，進而造成喘振?！?〕缺乏自動防喘措施：由于工作環(huán)境的不可預知性，很多劇變的因素都會引發(fā)喘振，如壓力升高迅速、波動劇烈、人工調(diào)節(jié)難以及時響應等，自動防喘設備的投放能夠很好的彌補這些缺乏，并且在實際應用中得到廣泛的認可?！?〕零件的工作性能缺陷：當密封圈的密封性能不好，對中安裝不到位，零件脫落或損壞的條件下，氣流供給受阻或各環(huán)節(jié)之間的串氣，都會導致喘振?！?〕運行環(huán)境的改變：為了減少喘振發(fā)生的可能，相關研究人員制定出了離心式壓縮機的性能曲線，在詳細的操作當中，要改變壓力、流量等工況條件，操作人員未參考這些性能曲線時，很容易使離心壓縮機的工況落入喘振區(qū)域，引發(fā)故障?！?〕介質(zhì)狀態(tài)發(fā)生變化：在運行當中，氣體的入口壓力、溫度、成份都會發(fā)生一定的改變，這些因素會對流量造成影響，而流量的改變即是離心式壓縮機發(fā)生喘振的一大因素。一般而言，當機械轉(zhuǎn)速不變時，喘振的流量會隨著進氣的壓力升高而增加；當機械轉(zhuǎn)速和壓力都穩(wěn)定時，溫度的急劇升高會引發(fā)喘振；當機械轉(zhuǎn)速、出入壓力穩(wěn)定時，氣體成份的銳減也會對流量造成影響，引發(fā)喘振?！?〕流量小于額定值：在一定的轉(zhuǎn)速條件下，流量具有波動在某一范圍內(nèi)時，則不會發(fā)生喘振，而一旦低于該限值時，即所謂的喘振流量，會使離心式壓縮機的穩(wěn)定性顯著降低，導致喘振。2、離心式壓縮機的喘振故障特征常見的離心壓縮機的喘振特征一般分為如下三類：〔1〕周期性的氣流異響：發(fā)生喘振時，能夠憑工作人員的聽覺發(fā)現(xiàn)問題，一般會出現(xiàn)周期性的異響，而當該種異響過于稍微或為環(huán)境中的其他因素掩蓋時，還能夠通過儀器并查閱設備性能參數(shù)加以確定?！?〕設備劇烈振動：此類喘振特征比擬容易觀察出來，由于設備或當中的零部件出現(xiàn)明顯的工作失衡，運行狀態(tài)急劇改變，振動非常強烈，易于觀察?！?〕周期性的流量波動：流量波動是造成喘振的一大因素，并且其周期性的波動能夠通過儀器指針的擺動程度來加以判定，一般通過觀察法就能夠發(fā)現(xiàn)問題。3、離心式壓縮機的性能曲線3.1性能曲線作為離心壓縮機喘振分析的重要參考指標，詳細有三大類的分析曲線：〔1〕氣流流量的效率與設備進入容量有很大關系，詳細關聯(lián)公式可表示為G=W〔Q〕；〔2〕出口氣壓和設備進入容量的關系一般表示為P=f〔Q〕；〔3〕設備的運行功率和設備進入容量的關系曲線一般表示為，N=T〔Q〕。出口氣壓與設備進入容量的關系性能曲線對壓縮機的喘振影響很大，首先對P=f〔Q〕性能曲線進行分析。在石油化工行業(yè)中常用到的催化裂解氣體壓縮機，功率一般在800kW左右，其性能曲線如以下圖。從中不難得出下面結(jié)論：〔1〕當氣流流量逐步升高時，最終的氣壓隨之會相應的下降，同理，一旦流量減少時，出口氣壓會隨之升高?！?〕離心式壓縮機的平衡的工作狀態(tài)并不是只要一種情況，而是含有多種可能性，其平衡工作的區(qū)間分布在如以下圖的工作范圍內(nèi)。不難分析出，各種因素互相影壓縮機的工作狀態(tài)，在該面積區(qū)域內(nèi)的工況條件是穩(wěn)定的，一旦超出范圍，穩(wěn)定狀態(tài)會遭到毀壞，構(gòu)成喘振。圖2的直線所表示的即為喘振線，出如今喘振線上的流量交點即為喘振流量，由上圖能夠清楚明晰的得到，離心式壓縮機的正常工作，離不開壓力、流量、轉(zhuǎn)速等適度的互相結(jié)合，一旦華而不實任何一個因素出現(xiàn)異常，都不能保證離心式壓縮機的有效運行。3.2性能曲線的影響因素〔1〕進氣狀態(tài)的影響在離心壓縮機的內(nèi)部，葉輪的高速旋轉(zhuǎn)必然會使氣體產(chǎn)生徑向的離心運動，動能會隨之增加。在運動的經(jīng)過中，氣體密度大的部分有向外的運動趨勢，但由于腔體的限制，氣體以擠壓的方式存在，無疑會增大氣壓。不但得出這一結(jié)論：任何增大氣體密度或使單位體積內(nèi)的氣體質(zhì)量增加的因素都會使P-f曲線上移，同理，密度減小或單位體積內(nèi)的質(zhì)量減少都會使P-f曲線下移。在日常的生產(chǎn)環(huán)境中，常見的影響氣體狀態(tài)的因素主要包含溫度、壓力、成份煉等方面。在保證其他因素不變的情況下，溫度低、壓力大、密度大的任何一種環(huán)境下，都會引起出口排氣的氣壓升高?！?〕轉(zhuǎn)速的影響由于壓縮機的工作方式是離心原理，根據(jù)物理離心原理可知，當繞著軸做圓周運動的轉(zhuǎn)速上升時，離心力會隨之增加，氣體在容積內(nèi)的壓力也會隨著增加，給性能曲線帶來的變化即是曲線上移，同理，轉(zhuǎn)速下降，帶來的則是性能曲線下移的結(jié)果。并且由于離心力公式：F=mv2/r=mrw2F-離心力，r-圓周半徑，v-運行速度，w-轉(zhuǎn)速可知離心力與速度成二次正比，與轉(zhuǎn)速也是成二次正比的關系。4、案例分析本文的詳細案例以從日本引進的MB-CH型催化裂解氣體壓縮機為典型進行闡述：4.1轉(zhuǎn)速失控引發(fā)的喘振故障在離心壓縮機的運行當中，由信號來控制轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速，但是假如設備出現(xiàn)問題時，不能對信號做出及時正確的響應，就會導致轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)功能失靈，引發(fā)喘振故障。在以往比擬典型的喘振故障有：1980年，由于蒸汽質(zhì)量差，產(chǎn)生的信號所需的條件缺乏，蒸汽的壓力值平均處于0.75MPa,機組在額定功率的狀態(tài)下工作，當時轉(zhuǎn)速達不到標準要求，相差多至20%,引發(fā)的喘振故障比擬常見；1983年，機組的系統(tǒng)配合不協(xié)調(diào)，轉(zhuǎn)速、功率都達不到指標要求，導致轉(zhuǎn)速失控，發(fā)生喘振現(xiàn)象。4.2進口氣壓低引發(fā)的喘振故障1980年，由于離心壓縮機的零部件卡在進口處，導致進氣口氣壓較低，發(fā)生喘振故障。一般離心式壓縮機的工作環(huán)境比擬惡劣，機械主機或當中的零部件會發(fā)生脫落、損壞，產(chǎn)生的部件碎片會留在設備當中，但由于不處于部件本身的工作位置，會對其他的工作環(huán)節(jié)造成影響，十分是對氣流氣壓的影響較大，該類喘振故障在日常的生產(chǎn)應用也比擬常見。4.3氣體狀態(tài)引發(fā)的喘振故障在1981年，由于設備的生產(chǎn)實驗需要，生產(chǎn)產(chǎn)品中引入了煉渣油，但由于該產(chǎn)品中含有重金屬，致使氣體狀態(tài)發(fā)生改變，產(chǎn)生大量的氫氣，由于氫氣的相對分子量很小，對氣體的成份單位質(zhì)量有所降低，導致性能曲線脫離正常工作的范圍，引發(fā)了喘振現(xiàn)象。5、發(fā)生喘振的規(guī)律結(jié)合日常工作生產(chǎn)，詳細總結(jié)出了如下喘振規(guī)律：〔1〕管網(wǎng)的性能曲線會隨著壓縮機性能曲線的變化而變化，一般情況下，當管網(wǎng)不暢、壓力增加時都會引發(fā)喘振現(xiàn)象，并且此類喘振有其本身的特征?！?〕當壓縮機的性能曲線發(fā)生變化時，管網(wǎng)的性能可能不會變化，.轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速、溫度、氣壓和氣體狀態(tài)發(fā)生改變時，可能引發(fā)喘振故障，但這些因素并不一定會引發(fā)喘振?！?〕壓縮機與管網(wǎng)性能曲線同時變化，并且當兩者同時發(fā)生變化時，喘振的幾率更大。6、結(jié)束語在日常的生產(chǎn)中，喘振很難避免，并且對正常的工作運行也會產(chǎn)生消極的影響，但詳細分析離心壓縮機喘振故障的構(gòu)成原因，對生產(chǎn)人員的相關知識進行培訓，以便他們在生產(chǎn)現(xiàn)場能夠根據(jù)詳細情況做及時合理的調(diào)節(jié)，盡量將喘振的消極后果降到最低。喘振固然是離心壓縮機的固有特性，但隨著科技的進步和該行業(yè)對喘振故障分析的研究深切進入，業(yè)內(nèi)人士正在積極尋找優(yōu)化、合理的應對預防方案，相關課題的研究也一直作為離心式壓縮機的重點研究方向。【以下為參考文獻】[1]張松梅。石化行業(yè)幾種離心式壓縮機故障診斷的應用[D]