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离心式压缩机的喘振分析
卢勇
摘要：本文通过分析离心式压缩机工作过程中喘振产生的机理，原因，危害及判断方法，介绍了催化剂长岭分公司空压站4台压缩机的控制方式和喘振控制系统选择准则。
关键词：喘振机理原因危害判断控制
引言
随着生产规模的扩大以及对产品质量要求的提升，生产车间对工艺和仪表用风要求越来越高，催化剂长岭分公司综合车间空压站因此不断进行改造，增加供风能力和提高供风质量，目前，已经淘汰所有往复式压缩机，全部使用离心式压缩机。
离心式压缩机是速度式压缩机的一种，具有排气量大、效率高、结构简单、体积小、气流不受油污染以及正常工况下运行平稳、压缩气流无脉动等特点，然而，离心式压缩机对气体的压力、流量、温度变化较敏感，易发生喘振。喘振是离心式压缩机的一种固有现象，具有较大的危害性，是压缩机损坏的主要诱因之一，长岭分公司空压站共有4台离心式压缩机，其中库柏公司3台，IHI寿力公司1台，虽然制造厂家通过控制系统的合理设计，避开了绝大多数的喘振，但在设备的长期使用过程中，仍然不同程度地出现了喘振现象，并造成了一些危害，因此，需要结合生产实践，逐步弄清喘振机理，掌握喘振的影响因素，采取有效的防喘振控制措施，消除喘振产生的条件，减少喘振出现的频次，提高压缩机的运行可靠性。
喘振现象的产生
喘振的机理
防
喘振工况区
P
压力
线
喘
振
线
护
设计点
流量Q
固定转速的特征曲线
阻塞工况区
稳定工况区
图1
离心式压缩机是利用机器的作功元件如高速回转的叶轮对气体作功，使气体在离心力场中压力得到提高，同时动能也大为增加，随后在扩压流道中流动时这部分动能又转变成静压能，而使气体压力进一步提高，这就是离心式压缩机的工作原理或增压原理。
图1为离心式压缩机的性能变化曲线，它清晰地表明了各种工况下的性能、稳定工作范围等，在转速不变的情况下，当流量Q增大到某个最大值时，压比和效率垂直下降，出现阻塞现象。
当流量Q减小到某个值时，操作工况也会发生变动并偏离设计工况，这时进入叶轮或扩压器流道的气流方向就会发生变化，气流向着叶片的工作面冲击，在叶片的非工作面的前缘部分，产生很大的局部扩压度，于是在叶片非工作面上出现了气流边界层分离现象并形成漩涡区，并向叶轮出口处逐渐扩大，如图2所示，气量越小，则分离现象越严重，气流的分离区域也就越大。由于叶片形状和安装位置不可能完全相同，而且气流流过叶片时的不均匀，使得气流的边界层分离可能在叶片或叶片扩压器的某个叶道中出现。当流量减少到一定程度，由于叶轮的连续旋转和气流的连续性，使这种边界层分离现象将扩大到整个流道，而且由于气流分离沿着叶轮旋转的反方向扩展，从而使叶道中形成气流涡旋，再从叶轮外圆折回到叶轮内圆，此现象称为旋转脱离。

叶道中边界层分离，生成漩涡区，多产生在非工作面，尤其是叶轮出口附近，气量越小，则分离现象越严重，气流的分离区域也就越大。

图2
非工作面
工作面
漩涡区

发生旋转脱离时，叶道中的气流通不过去，级的压力也突然下降，排气管内较高压力的气流便倒流回级里来，瞬间，倒流回级中的气体就补充了级流量的不足，使叶轮又恢复了正常工作，从而重新把倒流回来的气体压出去，这样又使级中流量减少，于是压力又突然下降，级后的压力气体又倒回级中来，如此周而复始，在系统中产生了周期性的气流振荡现象，这种现象称为“喘振”。
因此，离心式压缩机的喘振现象的产生有两个主要原因：压缩机流量减少，它是喘振产生的内因；与压缩机联合工作的管网特性是喘振产生的外界条件；此外，被输送气体的吸入状态，也是使压缩机产生喘振的因素，一般讲，吸入气体的温度或压力越低，压缩机越容易进入喘振区。
造成喘振的原因
影响离心式喘振的因素不是单一的，往往是多种因素综合作用的结果，运行中可能造成喘振的各种原因有：
系统压力超高
造成这种情况有：压缩机紧急停机，气体为此进行放空或回流；出口管路上的单向逆止阀门动作不灵活关闭不严；或者单向阀距压缩机出口太远，阀前气体容量很大，系统突然减量，压缩机来不及调节，防喘系统未投自动等等。
吸入流量不足
由于外界原因使吸入量减少到喘振流量以下，而转速，使压缩机进入喘振区引起喘振。如图1。这种情况的原因有：压缩机入口滤器阻塞，阻力太大，而压缩机转速未能调节造成喘振；滤芯太脏，或冬天结冰都可能发生这种情况；入口气源减少或切断，如压缩机供气不足，压缩机没有补充气源等等。所有这些情况如不及时发现及时调节。压缩机都可能发生喘振。
机械部件损坏脱落
机械密封，平衡盘密封，O型环等部件安装不全，安装位置不准或者脱落，会形成各级之间，各段之间串气，可能引起喘振；过滤器阻力太大，逆止阀失效或破损也都可以引起喘振。
操作中，升速升压过快，降速之前未能首先降压
升速、升压要缓慢均匀，降速之前应先采取卸压措施：如放空，回流等；以免转速降低后，气