机组喘振机理PPT演示课件

1、1机组喘振机理及防喘振控制策略2013年5月2l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3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，自动调整压缩机回流量，防止喘振。1. 4二、喘振的概念二、喘振的概念 压缩机在工作过程

2、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5一一、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

3、 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6一、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7 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

4、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8二、喘振机理分析 如上所述：在每种转速下都有 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

5、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。

6、 喘振机理喘振机理9三、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

7、。喘振机理喘振机理10 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：11 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：12喘振

8、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：13 图为不同入口温度时机组的性能 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：14一、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

9、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15控制策略控制策略2、可变极限流量控制方案 可变极限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。 163、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

10、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。174、设定点跟踪原理控制策略控制策略 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。18 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，

11、超过该最大次数，安全裕度不再增加。控制策略控制策略19 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20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21事例轴位移趋势图（粉红色）22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 pic2