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  • 7大要点,全面理解压缩机和风机喘振!

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    来源:制冷空调换热器技术联盟 版权属于原作者            今天给大家科普一下风机喘振的相关问题,可以先收藏起来,留着有空的时候看。


    来源:制冷空调换热器技术联盟
    版权属于原作者


        
          今天给大家科普一下风机喘振的相关问题,可以先收藏起来,留着有空的时候看。


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    一、什么是喘振?
       

    喘振,顾名思义就象人哮喘一样,风机出现周期性的出风与倒流,相对来讲轴流式风机更容易发生喘振,严重的喘振会导致风机叶片疲劳损坏。


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    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。例如,泵或压缩机运转中可能出现的喘振过程是:流量减小到最小值时出口压力会突然下降,管道内压力反而高于出口压力,于是被输送介质倒流回机内,直到出口压力升高重新向管道输送介质为止;当管道中的压力恢复到原来的压力时,流量再次减少,管道中介质又产生倒流,如此周而复始。


    喘振的产生与流体机械和管道的特性有关,管道系统的容量越大,则喘振越强,频率越低。一旦喘振引起管道、机器及其基础共振时,还会造成严重后果。为防止喘振,必须使流体机械在喘振区之外运转。在压缩机中,通常采用最小流量式、流量-转速控制式或流量-压力差控制式防喘振调节系统。当多台机器串联或并联工作时,应有各自的防喘振调节装置。



    如图所示,离心式压缩机具有这样的特性,对于一个确定的转速,总对应一个流量和压力值,压缩机效率达到最高点。当流量大于或小于此值时,效率都将下降。一般常以此流量的工况点为设计工况点。


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    压缩机的性能曲线左边受到喘振工况(Qmin )的限制,右边受到堵塞工况(Qmax)的限制,在这二者之间的区域,称为压缩机的稳定工况区域。稳定工况区域的大小,是衡量压缩机调节性能的重要指标。


    当压缩机在运行过程中,若因外部原因使流量不断减小达到Qmin值时,就会在压缩机流道中出现严重的旋转脱离,若气量进一步减小时,压缩机叶轮的整个流道被气流旋涡区所占据,这时压缩机的出口压力将突然下降。


    但是,压缩机出口所连接的较大容量的管网系统中压力并不马上下降,此时会出现管网中气体向压缩机倒流的现象。当管网中压力下降到低于压缩机出口排气压力时,气体倒流会停止,压缩机又恢复向管网排气。然而,因为进气量的不足,压缩机在出口管网恢复到原来的压力以后,又会在流道内出现旋涡区。


    如此周而复始,机组和管道内的流量会发生周期性变化,机器进出口压力会大幅度脉动。由于气体在压缩机进出口处吞吐倒流,会伴随有巨大周期性的气流吼声和剧烈的机器振动,这些波动在仪表操作盘的压力、流量、振动信号显示、记录中可以清楚地反映出来,在操作现场也可以立即觉察得到。


    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。一些机器的排气管网容量非常大,此时喘振频率甚至小于1Hz。   



    二、风机喘振的现象
       
  • 风机抽出的风量时大时小,产生的风压时高时低,系统内气体的压力和流量也发生很大的波动。

  • 风机的电动机电流波动很大,最大波动值有50A左右。

  • 风机机体产生强烈的振动,风机房地面、墙壁以及房内空气都有明显的抖动。

  • 风机发出“呼噜、呼噜”的声音,使噪声剧增。

  • 风量、风压、电流、振动、噪声均发生周期性的明显变化,持续一个周期时间在8s左右。


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    三、压缩机喘振
       

    压缩机发生喘振的主要特征如下:


    (1)压缩机接近或进入喘振工况时,缸体和轴承都会发生强烈的振动,其振幅要比正常运行时大大增加,喘振频率,一般都比较低,通常为1~30Hz。


    (2)压缩机在稳定工况下运行时,其出口压力和进口流量变化不大,所测得的数据在平均值附近波动,幅度很小。当接近或进入喘振工况时,出口压力和进口流量的变化都很大,会发生周期性大幅度的脉动,有时甚至会出现气体从压缩机进口倒流的现象。


    (3)压缩机在稳定运转时,其噪声较小且是连续性的。当接近喘振工况时,由于整个系统产生气流周期性的振荡,因而在气流管道中,气流发出的噪声也时高时低,产生周期性变化。当进入喘振工况时,噪声增剧,甚至有爆声出现。

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    四、喘振的原因
       

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    根据对轴流式通风机做的大量性能试验来看,轴流式通风机的p-Q性能曲线是一组带有驼峰形状的曲线(这是风机的固有特性,只是轴流式通风机相对比较敏感),如左图所示。当工况点处于B点(临界点) 左侧B、C之间工作时,将会发生喘振,将这个区域划为非稳定区域。发生喘振,说明其工况已落到B、C之间。


    离心压缩机发生喘振,根本原因就是进气量减少并达到压缩机允许的最小值。理论和实践证明:能够使离心压缩机工况点落入喘振区的各种因素,都是发生喘振的原因。


  • 进气温度升高,空气密度减少,夏季比冬季易发生喘振。


  • 进气压力下降,如入口过滤器堵塞或吸气负压值高。


  • 出口系统管网压力提高,即排气不畅造成出口堵塞喘振。


  • 离心压缩机出口工作压力值设定在喘振区边缘。


  • 离心机转速降低时易发生喘振。


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    五、喘振的危害
       

    1. 喘振现象对压缩机的危害


    喘振现象对压缩机十分有害,主要表现在以下几个方面:


  • 喘振时由于气流强烈的脉动和周期性震荡,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。


  • 会使叶片强烈振动,叶轮应力大大增加,噪音加剧。


  • 引起动静部件的摩擦与碰撞,使压缩机的轴产生弯曲变形,严重时产生轴向窜动,碰坏叶轮。


  • 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。


  • 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。


  • 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。


  • 一般机组的排气量、压力比、排气压力和气体的密度越大,发生的喘振越严重,危害越大。


    2. 轴流风机发生喘振时的危害


    当风机发生喘振时,风机的流量周期性地变化,变化幅度比较大,可能出现零甚至负值。风机流量的这种剧烈的正负波动,会发生气流的猛烈撞击,使风机本身产生剧烈振动,同时风机工作的噪声加剧。大容量、高压头风机发生喘振的危害很大,可能导致轴承和设备的损坏。


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    六、影响压缩机喘振的因素
       

    1. 压缩机转速


    当离心压缩机转速变化时,其性能曲线也将随之改变,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,转速降低则性能曲线下移。


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    2. 管道特性对喘振的影响


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    离心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(如压缩机出口阀关小), 其特性曲线将变陡,致使工作点向小流量方向移动,如图所示:当工作点由A移至A时便进人了喘振工况区。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平方根或容量的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,戴冀等对一小型低压离心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,压缩系统稳定性变差。


    3. 影响喘振的其他因素


  • 压缩机的参数结构:入口导叶开度、叶轮结构、扩压机的结构


  • 压缩机的进气状态:进气温度、压力、气体组成。


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    七、防止喘振的具体措施
       

    1. 针对轴流式风机喘振采取的措施


  • 使泵或风机的流量恒大于QK。如果系统中所需要的流量小于QK时,可装设再循环管或自动排出阀门,使风机的排出流量恒大于QK 。


  • 如果管路性能曲线不经过坐标原点时,改变风机的转速,也可能得到稳定的运行工况。通过风机各种转速下性能曲线中最高压力点的抛物线,将风机的性能曲线分割为两部分,右边为稳定工作区,左边为不稳定工作区,当管路性能曲线经过坐标原点时,改变转速并无效果,因此时各转速下的工作点均是相似工况点。


  • 对轴流式风机采用可调叶片调节。当系统需要的流量减小时,则减小其安装角,性能曲线下移,临界点向左下方移动,输出流量也相应减小。


  • 最根本的措施是尽量避免采用具有驼峰形性能曲线的风机,而采用性能曲线平直向下倾斜的风机。


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    2. 防止离心式压缩机喘振的条件


  • 防止进气压力过低、进气温度高和气体分子量减少等


  • 防止管网堵塞使管网特性改变。


  • 要坚持在开、停车过程中,升降速度不可太快,并且先升速后升压和先降压后降速。


  • 开、关防喘振阀时要平稳缓慢。


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  • xiaomiyaya1
    xiaomiyaya1 2020年06月05日 19:48:48 2楼

    留个爪印,学习到了,感谢楼主。

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  • 大小主宰
    大小主宰 2020年06月08日 10:59:37 3楼

    感谢楼主分享这么细致的内容干货

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  • 心平气和1118
    心平气和1118 2020年06月28日 18:22:34 5楼

    不错的资料,谢谢楼主,感谢。

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