离心式空气压缩机喘振原因与预防措施

离心式空气压缩机喘振原因与预防措施【摘要】喘振是目前离心式空气压缩机容易发生的通病。本文根据对离心式空气压缩机的喘振机理、特征的分析，提出了温度升高时如何预防离心式空气压缩机喘振。以至于提高其运行效率。【关键词】喘振；离心式空压机；夏季；气温；效率引言离心式空气压缩机是由叶轮带动气体做高速旋转，使气体产生离心力，由于气体在叶轮里的扩压流动，从而使气体通过叶轮后的流速和压力得到提高，连续地生产出压缩空气。它具有结构紧凑、重量轻，排气量范围大，易损件少，运转可靠、寿命长，排气不受润滑油污染，供气品质高；大排量时效率高、且有利于节能等特点。然而当气体的压力、流量、温度变化时，离心式空气压缩机极易发生喘振。特别在气温高的夏季，喘振现象十分常见。1工作原理离心式空气压缩机属于动力式空气压缩机。其基本工作原理是电动机带动压缩机主轴叶轮转动，在离心力作用下，气体被甩到工作轮后面的扩压器中去。而在工作轮中间形成稀薄地带，前面的气体从工作轮中间的进汽部份进入叶轮，由于工作轮不断旋转，气体能连续不断地被甩出去，从而保持了气压机中气体的连续流动。气体因离心作用增加了压力，还可以很大的速度离开工作轮，气体经扩压器逐渐降低了速度，动能转变为静压能，进一步增加了压力。如果一个工作叶轮得到的压力还不够，可通过使多级叶轮串联起来工作的办法来达到对出口压力的要求。级间的串联通过弯通，回流器来实现。2喘振的机理喘振是流体机械及其管道中介质的周期性振荡，是介质受到周期性吸入和排出的激励作用而发生的机械振动。在离心式空气压缩机中，喘振是压缩机运行中的常见故障之一，是旋转失速的进一步发展。当离心式压缩机在负荷降低到一定程度时，被压缩气体将会在叶轮的非工作面形成脱流团，造成冲击损失急剧增加，这不仅使流量损失增加，效率下降，还会导致气流从管网倒回压缩机，引起机身强烈振荡，并发出“哮喘”或“吼叫”声，这种现象叫做离心式压缩机的“喘振”。由喘振引起的机器振动频率、振幅与管网容积大小密切相关，管网容积越大，喘振频率越低，振幅越大。3喘振原因空压机喘振本质上是因为进入空压机的流量不足以使空压机产生足够的压力，以至于外部系统（外部管路）的压力大于空压机内部的压力，因此，产生喘振故障主要可以通过以下几个方面来分析。（1）空压机叶轮磨损或者积灰等杂质太多。空压机叶轮通过自身的曲线槽结构和高速旋转来增加空气的压力和速度，空压机大概有2/3的压力增加都是通过叶轮产生的。当某一级叶轮磨损或粘附物太多时，都会改变叶轮自身的曲线槽结构，降低叶轮增加空气压力和速度的能力。叶轮磨损越严重或粘附物越多，越容易导致空压机产生喘振故障。（2）空压机扩压器腐蚀磨损。空气经过高速旋转的叶轮产生高速高压后，经过静态的扩压器时，扩压器内特殊设计的曲线腔壁能把空气的流速降低，压力再一次增加，一般约有1/3的压力是在扩压器内提高的。当扩压器内特殊设计的曲线腔壁腐蚀磨损比较严重时，高速的空气经过扩压器时就容易形成涡旋，进气量就会减少，无法提高空气压力，导致空压机的输出压力降低，从而容易形成喘振。（3）叶轮与扩压器之间的间隙变化。离心式空压机对叶轮与扩压器之间的间隙有着非常严格的要求。间隙过大会发生泄漏串气，导致空气流量减少；间隙过小，通过的空气流量变小，同时在后端推力轴承磨损的情况下，容易发生叶轮与扩压器碰撞的设备事故。因此叶轮与扩压器之间的间隙过大和过小都会造成空气流量变小，使空压机无法提高输出压力，从而形成喘振故障。4喘振的危害喘振现象对压缩机十分有害，主要表现在以下几个方面：（1）喘振时由于气流强烈的脉动和周期性振荡，会使供气参数（压力、流量等）大幅度地波动，破坏了工艺系统的稳定性。（2）加剧轴承、轴颈的磨损，破坏润滑油膜的稳定性，使轴承合金产生疲劳裂纹，甚至烧毁。（3）会使叶片强烈振动，叶轮应力大大增加，噪声加剧。（4）损坏压缩机的级间密封及轴封，使压缩机效率降低，甚至造成爆炸、火灾等事故。（5）引起动静部件的摩擦与碰撞，使压缩机的轴产生弯曲变形，严重时会产生轴向窜动，碰坏叶轮。（6）影响与压缩机相连的其他设备的正常运转，干扰操作人员的正常工作，使一些测量仪表仪器准确性降低，甚至失灵。5喘振的预防措施及改进5.1压缩机自带的喘振保护装置动力厂供风车间冷板空压机站3#空压机是上海艾律德机械有限公司的550DA3型3级压缩离心式空压机。该空压机具有自动双重流量限制控制：当系统压力到达空压机的设定压力时，进口导叶会慢慢关小，此时空气仍然持续以需求的速率和相对的压力输出。如果系统需求量继续下降，低于空压机稳定操作的范围，进口导叶将关至最小开度，同时，在空压机的排汽管路上，空气会经过止回阀前端的放空阀排至大气。通过之前的介绍，我们知道空压机喘振的直接原因是人口流量减少，而人口流量减少直接导致空压机负荷减少，空压机负荷减少最直观的反应就是电机电流减小。大部分空压机都带有防喘振装置，它们的工作原理基本相同，即在空压机运行接近喘振曲线时打开放空阀，降低出口压力，以起到预防喘振的作用。通过设置系统压力与电机电流的比值，在相应的系统压力下，如果电流低于设定值，则自动打开空压机的放空阀，使空压机卸载，从而达到预防喘振的效果。5.2装置的不足及人为改善随着夏季温度的升高，动力中心的厂房气温高达50℃，高温大大降低了空气密度，使得吸入空气量减少，而且温度升高也使电机内阻增加，降低了电机的输出功率，导致空压机频繁放空，严重威胁空压机的安全运行，有时不得不停机检修，从而影响空压机的运行效率。针对高温时空压机频繁地防喘振放空，车间可尝试以下措施：（1）由于温度升高是导致频繁放空的根本原因后，车间通过各种降温措施，如在厂房外增加水冷设施，增加厂房内的散热风机等，取得了一定的效果，空压机放空的次数有了略微减少。但由于厂房太大，且运行设备较多，要想使气温得到进一步的降低需要的投入是极大的，所以我们需要寻找别的途径来进一步减少空压机的放空次数。（2）通过空压机的防喘振我们可以明白：触发放空的最小电流和设定的系统压力是成正比的。所以，如果我们控制好系统压力，使系统压力在允许的范围内尽量偏低，就可以使设备在较低的电流下运行而不放风。由于车间除了离心式空压机外，还有2台功率较小的螺杆式空压机，根据管网压力的变化，相应的开启或停止一台或两台螺杆式空压机，可以灵活调节管网压力，使空压机工作在较低的系统压力下。空压机的放空现象得到明显的改善，但由于工厂用气是间断且无规律的，系统压力变动较为频繁，这使得操作人员需要频繁开停设备来调节系统压力，所以仍然需要寻找更合适的解决方法。（3）针对空气冷却器过脏，我们提出了中冷器的反洗方案，并在热板空压机站的空压机组上使用，就是在中间冷却器冷却水出口处焊接安装反洗管道端节，并安装球阀，反洗时连接水管，定期开启阀门进行中冷器的反洗，经过多次反洗试验对空压机的中冷器确实起到了一定的清洁效果，但清洗还是不够彻底，所以还是要进行中冷器的拆卸清洗。6总结夏季气温高，空气稀薄，因此要经常对离心式空压机进行维护，喘振发生的机率。使离心式空压机性能安全得到保障。