机组喘振机理

1、2021/6/71 机组喘振机理及防喘振控制 策略 2013年5月 2021/6/72 l概述概述 l喘振现象及原因喘振现象及原因 l喘振机理喘振机理 l主风机系统防喘振主风机系统防喘振 控制策略控制策略 l事例事例 2021/6/73 概述概述 一、一、概述概述 喘振是离心压缩机的一种固有现象，具有较大的危害性，是压缩 机损坏的主要原因之一。离心压缩机对气体的流量、压力、温度 变化较敏感，容易发生喘振。 结合生产实际，逐步掌握喘振的机理，掌握喘振的影响因素，采 取有效的防喘振控制策略，提高机组的抗喘振性能和平稳运行。 通过对实时采集的数据进行计算并同特性曲线比较，可实时监控 防喘振曲线，自动

2、调整压缩机回流量，防止喘振。 1. 2021/6/74 二、喘振的概念二、喘振的概念 压缩机在工作过程中，当进入叶轮的气体流量小于机组 该工况下的最小流量限时，或系统压力升高大于压缩机 出口压力时，管网气体会倒流至压缩机，当压缩机出口 压力大于管网压力时，压缩机又开始排气，气流会在系 统中产生周期性震荡，具体体现在机组连同他的外围管 线一起会做周期性大幅震荡，这种现象称为喘振。 概述概述 2021/6/75 一一、引起喘振的原因、引起喘振的原因 （1）系统压力升高。系统压力大于压缩机出口压力，使压缩机出口流量降低至 喘振流量以下，气体倒流回压缩机，引起喘振。 （2）介质密度发生变化。压缩介质突

3、然发生大幅度变化，在一定转数下，引起 出口压力及排气量下降，气体倒流回压缩机，造成压缩机出口流量低于喘振 流量，引起喘振。 二、现象二、现象 离心压缩机在运行过程中，当负荷降低到一定程度时，气体的排气量会出 现强烈的震荡，同时机身也会出现震动，并发出“哮喘”或“吼叫声”。 喘振的现象、原因喘振的现象、原因 2021/6/76 一、离心式压缩机特性曲线 离心式压缩机特性曲线压缩比与入 口流量之间的关系。 1.喘振极限曲线 2.防喘振安全工作线 图为离心压缩机特性曲线 喘振机理喘振机理 2021/6/77 其中，ni( i=1,2,3)是离心式压缩机的转速，Qp是临界 流量。从曲线可知，每条曲线在

4、每种转速下都有一个P2/P1值的 最高点。连接最高点的虚线是一条表征产生喘振的极限曲线， 虚线左侧的阴影部分是喘振区，若压缩机的工作点在喘振区， 会出现喘振现象。喘振会使压缩机及其所连接的管线发生强烈 的震动，甚至使压缩机遭到损坏。 在不同的转速下，离心式压缩机特性曲线的最高的轨迹近 似一条抛物线，这条抛物线叫做喘振极限曲线。但为了安全起 见，压缩机的实际工作点，距离喘振极限曲线应留有一些余地。 一般在喘振极限曲线的右侧10%在做一条抛物线，这条抛物线 叫做压缩机的防范安全线（喘振控制线），如图中的曲线2所 示。 喘振机理喘振机理 2021/6/78 二、喘振机理分析 如上所述：在每种转速下都

5、有 一个P2/P1的最高点，将不同 转速下的最高点连接起来就得 到了一条喘振边界线，左图虚 线所示。在边界的右侧，压缩 比随流量的增大而下降，而在 边界线的左侧，则压缩比随流 量的增大而增大。假定压缩机在n2 转速下工作在A点，对应的流量为QA，如果此时有个干扰使流量减小，压缩比将增大， 即出口压力P2增大且P2大于后续管道的阻力，这就会使压缩机的流量逐渐增大，并恢复 到稳定时的流量值QA。但如果流量继续下降到小于n2转速下的驼峰值QB，根据左图可知， 此时的压缩比不仅不会增大，反而降低，也即出口压力P2下降，这时就会出现恶性循 环：压缩机排气量会继续减小，而出口压力会继续下降，当P2压力下降

6、到管网压力以 下时，瞬间会出现气体倒流，管网压力下降，当管网压力降到与压机出口压力相等时， 不在下降，而压缩机还处于运转状态，所以压缩机又将出口倒流回来的气体压出去； 此后有引起压缩比下降，这种现象反复出现，气体反复进出，产生强烈震荡。 喘振机理喘振机理 2021/6/79 三、喘振机理 综上，离心式压缩机工作的基本原理是利用高速旋转的叶 轮带动气体一起旋转而产生离心力，从而将能量传递给气体，使 气体的压力升高，速度增大，气体获得了压力能和动能。在叶轮 后部设置有流通截面逐渐扩大的扩压原件，从叶轮流出的高速流 体在扩压器内降速增压。当离心式压缩机工况发生变动并偏离设 计工况时，当流量减小到一定

7、程度，排气管内较高压力的气体便 倒流回级里来。瞬间倒流回级里的气体就补充了级流量的不足， 此时叶轮又恢复正常工作，从而把新倒流回来的气体压出去。这 样使级中流量减少，于是压力又突然下降，级后的压力气体又倒 流回级中来，如此反复，系统就产生了周期性的震荡，这就是喘 振产生的机理。 喘振机理喘振机理 2021/6/710 图为不同转速下出口压力与流量的关系 从上图可知：随着流量的减少，压缩机的出口压力逐渐增大，当达到 该转速下最大出口压力时，机组进入喘振区，压缩机出口压力开始减 少，流量也减少，压缩机发生喘振，从曲线中可看出，流量减少是发 生喘振的根本原因。 喘振机理喘振机理 第一种情况： 202

8、1/6/711 图为不同相对分子质量时的机组性能 从上图可知：离心式压缩机在相同转速、不同相对分子质量下机组 的性能曲线，在恒压条件下，当相对分子质量M=20的气体发生喘振 时，相对分子质量为M=25和M=25的气体运行点还原理喘振区，因此， 在恒压工况下，相对分子质量越小，越容易发生喘振。 喘振机理喘振机理 第二种情况： 2021/6/712 喘振机理喘振机理 图为不同入口压力机组的性能 如上图可知：压缩机入口压力P1P2P3,在压缩机恒压工况下运行时，入口压 力越低，压缩机越容易发生喘振，所以入口过滤器差压低时，及时更换滤网。 第三种情况： 2021/6/713 图为不同入口温度时机组的性

9、能 如上图可知：恒压恒转速下进行的离心式压缩机 在不同入口气体温度时机组性能曲线，气体入口 温度，越容易发生喘振。 喘振机理喘振机理 第四种情况： 2021/6/714 一、主风机系统防喘振控制策略一、主风机系统防喘振控制策略 目前工业生产上主要采用固定极限流量控制方案和 可变极限流量控制方案。 1、固定极限流量法 固定极限流量控制方案是使压缩机的入口流量始终大 于最高转速下的临界流量Qp,从而避免进入喘振区运行， 固定极限流量控制方案适用于固定转速的机组。当转速 较低时，流量的裕量大，能量浪费较大。 控制策略控制策略 2021/6/715 控制策略控制策略 2、可变极限流量控制方案 可变极限

10、流量防喘振控制适用于工作转速变 化的压缩机，使控制器的设定值随转速的变化而 作相应的变化。 可变极限流量防喘振控制方案中，当测量值 大于设定值时旁路控制阀开始关闭；当测量值小 于设定值时，则控制器去开启控制阀到一定的阀 位，故能防止喘振出现，确保压缩机的安全运行。 2021/6/716 3、主风机系统控制策略 控制策略控制策略 主风机系统的防喘振控制策略中，采样分析和计 算环节采用专家预测的方法，可实时监测压缩机的特 性曲线，控制环节采用传统的PID算法和模糊控制算 法相结合的方法，做到及时地打开主风机系统的放空 阀，有效防止主风机系统发生喘振。 2021/6/717 4、设定点跟踪原理 控制

11、策略控制策略 设定点跟踪原理图 喘振控制器通过设置喘振线、喘振控制线，根据压缩机喉部差压、入口压力、 出口压力及相应额温度计算工作点和安全裕度。 2021/6/718 准确地计算喘振线和工作点，这是防喘振控制的基 础。根据工作点和安全裕度快速地进行防喘振控制。 工作裕度：工作点与喘振点的差称为工作裕度，工 作裕度-1%认为发生了喘振。 安全裕度：喘振线与控制线的差称为安全裕度。 如果系统检测到工作点越过喘振线，表示喘振已经 发生，喘振控制线将被右移一个校准量，主风机系 统是增加一个固定值2%，重校的最大次数是10次， 超过该最大次数，安全裕度不再增加。 控制策略控制策略 2021/6/719

12、当工作点在喘振控制线的右方时，防喘振控制器的 设定点按一定的速率跟踪当前的工作点，二者的距 离是可设置的，主风机系统为5%，当工作点向左侧 喘振区域移动时，设定点以2%/s的速率跟踪工作点。 当工作点越过跟踪区间时，那么防喘振阀打开，设 定点按跟踪的速率左移，防喘振阀关闭，建立新的 工作点。 控制策略控制策略 2021/6/720 事例 一、现象说明： 5月7日，104单元制冷机出现喘振，下图为当 时的轴震动和位移趋势图： 轴震动趋势图 2021/6/721 事例 轴位移趋势图（粉红色） 2021/6/722 事例 从上面两幅历史趋势图可以看出，在当时情况下， 压缩机出现了喘振。 二、原因分析： 1、调取压缩机出入口流量及相关压力分析： FIC20701:压机出口流量 PIC20801:D204压力 PI50104:二级出口压力 FIC50101:一