研究离心式压缩机产生喘振现象的原因,机械工程论文

研究离心式压缩机产生喘振现象的原因,机械工程论文离心式压缩机广泛应用在石化、冶炼、动力等多种领域，其特点是构造简单、排气量大、性能稳定，实用性很强，并为相关行业带来了良好的经济效益。但是离心式压缩机在工作当中，具有喘振的固有特性，喘振对离心压缩机的危害较大，严重的甚至会引发瘫痪离心式压缩机运行。其导致的常见事故有弯曲转轴、损坏轴承、毁坏密封能力、削弱压缩机的稳定平衡能力、断裂隔板等方面，而科学分析引起喘振的故障原因，对于寻求完善可靠的改良防备措施就显得尤为重要，离心式压缩机的喘振分析也成为业内的热门课题。1、离心式压缩机喘振故障的原因分析运行经过中其喘振的发生详细有如下几大原因：〔1〕系统气压超过额定压力：当系统运转的内压超过压缩机规定的压力限值时，这时容易构成背压条件，导致出口的通道不畅，降低流量总量，严重的还会引发气压倒吸的现象发生。一旦运行当中气流发生较大变化，并且没有能及时校正，由于气源供给缺乏，毁坏了离心压缩机稳定平衡的工作状态，发生喘振的几率就会相应提升。〔2〕操作不当：在日常的操作当中，经常需要经行升压、升速、降速调节，一旦升速、升压过于急剧，或者是降速没有预先降压，都会毁坏工作的均匀稳定环境，导致倒吸现象的发生，进而造成喘振。〔3〕缺乏自动防喘措施：由于工作环境的不可预知性，很多剧变的因素都会引发喘振，如压力升高迅速、波动剧烈、人工调节难以及时响应等，自动防喘设备的投放能够很好的弥补这些缺乏，并且在实际应用中得到广泛的认可。〔4〕零件的工作性能缺陷：当密封圈的密封性能不好，对中安装不到位，零件脱落或损坏的条件下，气流供给受阻或各环节之间的串气，都会导致喘振。〔5〕运行环境的改变：为了减少喘振发生的可能，相关研究人员制定出了离心式压缩机的性能曲线，在详细的操作当中，要改变压力、流量等工况条件，操作人员未参考这些性能曲线时，很容易使离心压缩机的工况落入喘振区域，引发故障。〔6〕介质状态发生变化：在运行当中，气体的入口压力、温度、成份都会发生一定的改变，这些因素会对流量造成影响，而流量的改变即是离心式压缩机发生喘振的一大因素。一般而言，当机械转速不变时，喘振的流量会随着进气的压力升高而增加；当机械转速和压力都稳定时，温度的急剧升高会引发喘振；当机械转速、出入压力稳定时，气体成份的锐减也会对流量造成影响，引发喘振。〔7〕流量小于额定值：在一定的转速条件下，流量具有波动在某一范围内时，则不会发生喘振，而一旦低于该限值时，即所谓的喘振流量，会使离心式压缩机的稳定性显着降低，导致喘振。2、离心式压缩机的喘振故障特征常见的离心压缩机的喘振特征一般分为如下三类：〔1〕周期性的气流异响：发生喘振时，能够凭工作人员的听觉发现问题，一般会出现周期性的异响，而当该种异响过于稍微或为环境中的其他因素掩盖时，还能够通过仪器并查阅设备性能参数加以确定。〔2〕设备剧烈振动：此类喘振特征比拟容易观察出来，由于设备或当中的零部件出现明显的工作失衡，运行状态急剧改变，振动非常强烈，易于观察。〔3〕周期性的流量波动：流量波动是造成喘振的一大因素，并且其周期性的波动能够通过仪器指针的摆动程度来加以判定，一般通过观察法就能够发现问题。3、离心式压缩机的性能曲线3.1性能曲线作为离心压缩机喘振分析的重要参考指标，详细有三大类的分析曲线：〔1〕气流流量的效率与设备进入容量有很大关系，详细关联公式可表示为G=W〔Q〕；〔2〕出口气压和设备进入容量的关系一般表示为P=f〔Q〕；〔3〕设备的运行功率和设备进入容量的关系曲线一般表示为，N=T〔Q〕。出口气压与设备进入容量的关系性能曲线对压缩机的喘振影响很大，首先对P=f〔Q〕性能曲线进行分析。在石油化工行业中常用到的催化裂解气体压缩机，功率一般在800kW左右，其性能曲线如以下图。从中不难得出下面结论：〔1〕当气流流量逐步升高时，最终的气压随之会相应的下降，同理，一旦流量减少时，出口气压会随之升高。〔2〕离心式压缩机的平衡的工作状态并不是只要一种情况，而是含有多种可能性，其平衡工作的区间分布在如以下图的工作范围内。不难分析出，各种因素互相影压缩机的工作状态，在该面积区域内的工况条件是稳定的，一旦超出范围，稳定状态会遭到毁坏，构成喘振。图2的直线所表示的即为喘振线，出如今喘振线上的流量交点即为喘振流量，由上图能够清楚明晰的得到，离心式压缩机的正常工作，离不开压力、流量、转速等适度的互相结合，一旦华而不实任何一个因素出现异常，都不能保证离心式压缩机的有效运行。3.2性能曲线的影响因素〔1〕进气状态的影响在离心压缩机的内部，叶轮的高速旋转必然会使气体产生径向的离心运动，动能会随之增加。在运动的经过中，气体密度大的部分有向外的运动趋势，但由于腔体的限制，气体以挤压的方式存在，无疑会增大气压。不但得出这一结论：任何增大气体密度或使单位体积内的气体质量增加的因素都会使P-f曲线上移，同理，密度减小或单位体积内的质量减少都会使P-f曲线下移。在日常的生产环境中，常见的影响气体状态的因素主要包含温度、压力、成份炼等方面。在保证其他因素不变的情况下，温度低、压力大、密度大的任何一种环境下，都会引起出口排气的气压升高。〔2〕转速的影响由于压缩机的工作方式是离心原理，根据物理离心原理可知，当绕着轴做圆周运动的转速上升时，离心力会随之增加，气体在容积内的压力也会随着增加，给性能曲线带来的变化即是曲线上移，同理，转速下降，带来的则是性能曲线下移的结果。并且由于离心力公式：F=mv2/r=mrw2F-离心力，r-圆周半径，v-运行速度，w-转速可知离心力与速度成二次正比，与转速也是成二次正比的关系。4、案例分析本文的详细案例以从日本引进的MB-CH型催化裂解气体压缩机为典型进行阐述：4.1转速失控引发的喘振故障在离心压缩机的运行当中，由信号来控制转轴的转速，但是假如设备出现问题时，不能对信号做出及时正确的响应，就会导致转速调节功能失灵，引发喘振故障。在以往比拟典型的喘振故障有：1980年，由于蒸汽质量差，产生的信号所需的条件缺乏，蒸汽的压力值平均处于0.75MPa,机组在额定功率的状态下工作，当时转速达不到标准要求，相差多至20%,引发的喘振故障比拟常见；1983年，机组的系统配合不协调，转速、功率都达不到指标要求，导致转速失控，发生喘振现象。4.2进口气压低引发的喘振故障1980年，由于离心压缩机的零部件卡在进口处，导致进气口气压较低，发生喘振故障。一般离心式压缩机的工作环境比拟恶劣，机械主机或当中的零部件会发生脱落、损坏，产生的部件碎片会留在设备当中，但由于不处于部件本身的工作位置，会对其他的工作环节造成影响，十分是对气流气压的影响较大，该类喘振故障在日常的生产应用也比拟常见。4.3气体状态引发的喘振故障在1981年，由于设备的生产实验需要，生产产品中引入了炼渣油，但由于该产品中含有重金属，致使气体状态发生改变，产生大量的氢气，由于氢气的相对分子量很小，对气体的成份单位质量有所降低，导致性能曲线脱离正常工作的范围，引发了喘振现象。5、发生喘振的规律结合日常工作生产，详细总结出了如下喘振规律：〔1〕管网的性能曲线会随着压缩机性能曲线的变化而变化，一般情况下，当管网不畅、压力增加时都会引发喘振现象，并且此类喘振有其本身的特征。〔2〕当压缩机的性能曲线发生变化时，管网的性能可能不会变化，.转轴转速、温度、气压和气体状态发生改变时，可能引发喘振故障，但这些因素并不一定会引发喘振。〔3〕压缩机与管网性能曲线同时变化，并且当两者同时发生变化时，喘振的几率更大。6、结束语在日常的生产中，喘振很难避免，并且对正常的工作运行也会产生消极的影响，但详细分析离心压缩机喘振故障的构成原因，对生产人员的相关知识进行培训，以便他们在生产现场能够根据详细情况做及时合理的调节，尽量将喘振的消极后果降到最低。喘振固然是离心压缩机的固有特性，但随着科技的进步和该行业对喘振故障分析的研究深切进入，业内人士正在积极寻找优化、合理的应对预防方案，相关课题的研究也一直作为离心式压缩机的重点研究方向。【以下为参考文献】[1]张松梅。石化行业几种离心式压缩机故障诊断的应用[D]