压缩机防喘振资料整理

1、 据我公司与陕鼓技术协议，压缩机流量调节方式为回流调节+变频调速，收集相关资料整理如下： 回流调节+变频调速在离心压缩机喘振控制中的应用1 喘振1.1 喘振现象当压缩机在运转过程中，流量减小到一定程度时，就会在压缩机流道中出现严重的旋转脱离，流动严重恶化，使压缩机出口压力突然严重下降。由于压缩机总是和管网系统联合工作的，这时管网中的压力并不马上减低，这时管网中的气体压力就反大于压缩机出口处的压力，因而管网中的气体就倒流向压缩机，一直到管网中的压力下降至低于压缩机出口压力为止，这时倒流停止，压缩机又开始向管网供气，压缩机的流量又增大，压缩机又恢复正常工作。但是当管网中的压力也恢复到原来的压力时，

2、压缩机的流量又减小，系统中气体又产生倒流，如此周而复始，就在整个系统中产生了周期性的气流振荡现象，这种现象称为“喘振”。上图中n为压缩机的转速，在每种转速下都有一个p2/p1值最高的点（驼峰点），将不同转速下的各个驼峰点连接起来就可以得到一条所谓的喘振边界线（上图中实线所示）。边界线左侧部分为不稳定的喘振区，边界右侧部分则是安全运行区。在喘振区，压缩比p2/p1随着q的增大而增大，即出口压力p2增大，到大于管道阻力时，就会使压缩机排出量增大，并恢复到稳定的值qa。假如流量继续下降到小于驼峰值qb，这时压缩比不仅不会增大，反而下降，即p2下降，就会出现恶性循环：压缩机排出量会继续减小，而出口压力

3、p2会继续下降，当p2下降到低于管网压力时，瞬间将会出现气体的倒流；随着倒流的产生，管网压力下降，当管网压力下降到与压缩机出口压力相等时倒流停止；然而压缩机仍在运转，于是压缩机又将倒流回来的气体重新压回去；此后又引起p2/p1下降，被压出的气体又倒流回来。这种现象将重复产生，这就是所谓的喘振。1.2 产生喘振的先决条件从喘振现象可知，影响喘振的因素有：(1) 流量；(2) 转速；(3) 管网特性。(1)流量是导致喘振的先决条件，因为当压缩机越过最小流量值时，就会在流道中产生严重的旋转脱流和脱流区急剧扩大的情况，进而发展到喘振状态。(2)转速变化对喘振的影响；离心式压缩机转速变化时，其性能曲线也

4、将随之改变，当转速提高时，压缩机叶轮对气体所做的功将增大，在相同的容积流量下，气体的压力也增大，性能曲线上移。反之，转速降低则使性能曲线下移。对应不同转速，喘振流量也不同，当转速增大时，喘振流量也增大，即随着转速的增大，喘振线向大流量区移动，即对于不同的转速，压缩机的性能曲线呈现出不同的性能，转速越高，性能曲线向右上方移动，越容易发生喘振，反之亦然。(3)管网的容量愈大，则喘振的振幅愈大，频率愈低；管网的容量愈小，则喘振的振幅愈小，频率愈高。图1.2管网对喘振的影响离心式压缩机的工作点是压缩机性能曲线与管网特性曲线的交点，只要其中一条曲线发生变化，则工作点就会改变。管网阻力增大(例如压缩机出口

5、阀关小)，其特性曲线将变陡峭，致使工作点向小流量方向移动。如图1.2所示，当工作点由a移至a时便进入了喘振工况区。管网容量越大，喘振的振幅越高，频率越低，喘振越严重，破坏性越强。喘振的频率大致与管网容量的0.56次方成反比。另外，管网的容量对压缩机的喘振流量也有影响，有些人对一台小型低压离心式压缩机的喘振试验表明：管网的容量对喘振点的影响很大，容量大时喘振点流量也增大，压缩机系统的稳定性变差。除此以外，压缩气体的吸入状态，如分子量、温度等也是造成压缩机喘振的原因。分子量越高，温度越低，压缩机越容易发生喘振。从性能曲线上看，离心式压缩机的性能曲线大多呈驼峰型，喘振这种有害现象发生时，压缩机的流量

6、小于最大压头所对应的流量。1.3喘振区域的确定压缩机性能曲线表示出口压力随气体流量而变化的曲线；管网特性曲线是管道进口压力随气体流量而变化的曲线。两条曲线的交点是压缩机的工作点，工作点的横坐标是气体流量，纵坐标是实际排气压力，如图1.22中，驼峰的最高点k，凡是压缩机工作点位于k点以右的下降部分，为稳定工作区，工作点位于k点以左的曲线下降部分为喘振区。 图1.3 喘振区域的界定办法2 喘振控制方法从以上分析可知，要避免压缩机进入喘振状态就必须使压缩机流量大于最小流量值。这是从破坏产生喘振先决条件的角度出发的。通常把为输送气体连接压缩机的管道、容器等全套设备，包括进、排气管线，称为管网。压缩机的

7、输气量gd和管网的流量gr相等，或者说压缩机的排气压力等于管网的进口压力肌，压缩机和管网就能稳定运行，即gd=gr或pd=pr。管网的特性曲线和压缩机的特性曲线的交点恰好能满足上述要求，这就是压缩机和管网的联合运行点，如图2.1中的a点和b点。图2.1 压缩机和管网的联合运行点要防止压缩机发生喘振，只需要时工作转速下的吸入流量大于喘振点的流量qp就可以了。因此，当所需的流量小于喘振点的流量时，如生产负荷下降时，需要将出口的流量旁路返回到入口，或将部分出口介质放空，以增加入口流量。满足大于喘振点流量的控制要求最基本的控制方法是最小流量极限控制，这种方法又分为两种：固定极限流量和可变极限流量。_收

8、稿日期：2008-05-26 阜新市 1230002.1 固定极限流量法图2.2 固定极限流量其原理是：让压缩机通过的流量总是大于某一定值流量qp，为保证在各种转速下压缩机均不会发生喘振，选取最大转速下的喘振极限流量值为qp的值，当流量减小到该值时，流量传感器就会输出启动信号，使与压缩机进出口相连的旁通阀开启工作，从而使压缩机流量不再减小，也就避免了压缩机由于流量过小而进入喘振区域。固定极限流量防喘振控制具有实现简单、使用仪表少、可靠性高的优点。但当压缩机低速运行时，虽然压缩机并未进入喘振区，而吸气量也可能小于设置的固定极限，旁路阀打开，气体回流，造成能量的浪费。这种防喘振控制适用于固定转速的

9、场合.但它的缺点是很明显的：它不能充分使压缩机工作在其工况区，往往过早启动防喘振系统，浪费了能源，降低了经济效益。2.2 可变极限流量法其原理是：压缩机转速变动时，喘振点的变化轨迹(喘振界限线)大致是一条二次抛物线，为防止喘振发生，考虑安全裕度，可以按喘振界限线得到与其平行的一条控制线，以控制防喘振阀的启闭，从而在不同的转速下，使压缩机运行的安全裕度相同，不造成浪费。对于压缩机进气状态变化较小的情况常采用这种控制方法。如图2.3所示。实现可变极限防喘振，关键是确定压缩机的喘振极限方程。图2.3可变极限流量2.3 通用性能曲线控制法其原理是：考虑压缩机在某些特殊场合进气状态变化较大的情况，利用相

10、似原理将压缩机的性能曲线转换成不受进气状态影响的通用性能曲线，根据相似原理，转换后的通用性能曲线形状与原始曲线相似，因此后者喘振点的变化轨迹大致也是一条二次抛物线，所以可以确定一条与喘振界线平行的控制线来控制防喘振阀的开启来保证压缩机流量不小于最小流量点，也就避免了压缩机进入喘振状态。3 变频调速旁通回流喘振控制法通过以上分析可以通过转速的调节，管网特性的调节来影响喘振的发生。对于管网的调节，因为它涉及管网中阀门的调节，而阀门调节所损耗的能量是白白浪费的，并不能得到有效利用，特别对于大容量的管网，其能量的损失更不能估计了。而对于以上3种控制方法，它们都有一个共同特点，就是当所需流量减小到最小流

11、量值时就会开启连接在压缩机进出口的喘振控制阀，回流部分流量，实际上也通过了阀门调节而无形中损失了能量。3.1 变频调节原理由相似定律可知，当改变离心压缩机的转速n时，其效率基本不变，但流量、压头及功率都按下式改变2： (1)按式（1）可将压缩机在某一转速下的性能曲线p-qm换算成另一转速下的新的性能曲线p-q。它与不变的管路性能曲线ce的交点（即工作点）由a点变至d点，则压缩机的流量由qa变至qd(图1)。由电工学得，异步电机的理论转速n (r/min)为 (2) 式中为电源频率；为电机磁极对数；为电机转差率。 从式（2）看出，改变电源频率即可改变电机的转速，从而达到调节流量的目的。 图3.1

12、 改变离心压缩机性能曲线的调节法由系统的运行情况可知，设备在开始运行时负荷最大，由流量传感器经调节器至微机，由微机控制变频器，使变频器输出的频率上升，电动机开始旋转并使转速逐渐升高至最大。当负荷减小，这时利用微机控制变频器，使变频运行的电动机按照系统中预先设定的程序进行运转，即降低电源频率，从而降低电动机的转速，让设备继续在低负荷运行，达到所需的流量要求。这样，节电率一般在20%30%。变频装置的调节范围可达20:1，且可基本保持异步电动机特性。3.2 变频调节的极限性及补救措施压缩机的转速不能无限制地下降，当下降到一定程度时，由于分离损失的影响会使压缩机性能严重恶化，效率明显降低，功耗明显上

13、升，并引起压缩机振动，严重影响压缩机的运行，因此变频调速范围一般为1.1n0.6n。如图3.3所示，当转速调节到0.6n以下时，就不能运用改变转速的方法来调节流量了，只能用上面所述的3种方法来进行调节，以保证所需小流量及确保压缩机流量总大于最小流量值。3.3 变频调节喘振控制过程如图3.2所示，当压缩机运行时，由转速传感器将信号输入到微机中，根据微机中设定好的转速对应值确定该转速下的最小流量。当流量传感器输入新的信号时，根据相似原理确定新流量下所需的转速，然后判断该转速是否在允许调节范围内。如果yes，微机将输出转速调节信号进行调速；如果是no，将进行通用性能曲线控制法进行喘振控制，微机将输出允许范围内的最低转速调节信号，并输出该转速下的回流量，以达到流量调节的目的，保证了压缩机安全运行。图3.2 变频调速旁通回流喘振控制原理图3.4 变频调节喘振控制方法经济性分析如图3.3所示，假设压缩机开始工作于c点，则对应的流量为qc，现在需要流量为qa，则对应的工况点为a点，由于a点处于喘振控制线的左侧，即进入喘振调节区，因此不能通过改变管网曲线的方法进行调节，这时如果采用调节回流阀可以达到目的，但要回流da之间的流量，而这些流量所带的能量将消