浅谈离心压缩机的防喘振控制

作者： 渠鸾

来源：《科技创新导报》 2013年第16期

渠 鸾

（沈阳鼓风机集团有限公司 110869）

摘要：介绍了离心压缩机性能调节中，防喘振控制的重要性和喘振的原因分析及从控制方案进行分析讨论，因为空压机性能曲线基本是进出口压比（或出口压力）、流量（或差压）多重参数控制的，在采用参数联动控制时，在启动、运行调节时，如果不清楚准确的控制机组的喘振，会造成机组的严重损坏。为了保证机组安全、可靠的运行，满足不同调节中的控制保护，压缩机的防喘振控制线是很重要的。就机组的特性分析，喘振原因分析，最终讨论其目前的几种防喘振控制的解决方案，内容进行了全面分析和方案讨论，具有实际应用性和实效性。

关键词：性能 喘振 防喘振控制

中图分类号：TH452 文献标识码：A

文章编号：1674-098X(2013)06(a)-0000-00

1．引言

离心式空压机广泛应用于仪表风、动力站、空分系统、冶金吹炼等多种装置上，完成供风、升压等原动设备。其流量范围宽、压力范围宽、构造相对简单、效率高、寿命长。其设备是装置中的核心重要设备，所以机组的控制就成为十分重要的。控制系统的智能性、可靠性、准确性，均要求对机组本体性能的掌握、工艺要求的了解及控制方案的选择成为了其控制系统的前提基础必要条件。在复杂的控制中，要求最高的就是机组性能控制中的防喘振控制。其控制是为了使压缩机能够满足工艺过程中对于压缩机供气的要求，当管网特性变化时，例如：用气量变化，需要对压缩机的参数（如：气体的流量、压力、或压比和温度等）进行压缩机调节控制。管网系统指与压缩机联合在一起运行的各种装置、设备、容器、阀和管道组成。

2喘振的分析讨论

在压缩机的运行中，在某一个压力、转速下，有一个最小流量点，低于这个流量时，压缩机的性能将变得不稳定，即出现喘振。喘振时，压缩机系统的气流周期性波动，压力和流量的的大幅度波动将使整个压缩机组的振动加大，严重时，足以使压缩机损坏。因此，需要有一个防止压缩机发生喘振的控制系统，限制压缩机的流量不会降低到这种工况下的最低允许值，即不会使压缩机进入喘振工况区域内，这对于保证压缩机的安全正常运行是必要的。离心式空压机组在运行中容易产生喘振故障，喘振的发生往往由于空压机气体流量的减小等原因从而首先发生空压机叶片旋转失速。当空压机运行环境进一步恶化，空压机工作状态就由旋转失速进而发展为喘振，同时机组的空气压力及气体的排出量出现强烈的振荡，而空压机电流亦忽高忽低变化剧烈，并伴随着间歇的很沉闷的气流噪声并发生“哮喘”或吼叫声。轻微的喘振不会损坏空压机，但应当避免空压机在喘振条件下运行，因为过于频繁的喘振会损坏扩压器和叶轮，而严重的喘振会使机组剧烈振动，流量大幅波动，很可能引起研烧轴瓦甚至损坏空压机。喘振是由于气体的可压缩性而造成的空压机的固有特性，也是离心式空压机的一种特有现象。因此，防喘振控制成为离心空压机控制系统的一项最重要的任务。在工艺操作过程中，作为离心空压机的保护装置来说，喘振控制是很重要的，因为一旦喘振发生，空压机将处于不安全的工作状态。

根据离心式空压机的喘振机理并针对此型号的机组喘振控制方面，我们由简单到复杂逐步分析查找原因。喘振点也是变化的。由喘振点连成的线，叫喘振线。喘振线左侧叫喘振区，喘振振右侧叫运行区。机组是严禁在喘振区运行的。因此要做防喘振控制。所谓喘振（surge）：是由于严重失速导致在压气机和连接管道中，出现工质流量以较低的频率振荡为特征的不稳定流动的有害工况。当压缩机运行中，气流在排出时形成严重的分离时，引起压气机出口气流压力和流量强烈脉动的现象，其本质是气流出现的一种沿轴向的自激振荡。在喘振线右移一定裕

度做的线，叫防喘振控制线。防喘振控制是将压缩机控制运行在机组的防喘振线右线即为成功。

3. 控制方案的讨论

从喘振原理的分析，我们得知机组发生喘振，最常见的可能的情况进行分析为两种，一是机组无法克服系统的背压，造成压缩空气不能通畅的排出，高喘；另一种情况是吸入口不畅使机组吸入量不足，无法建立相应的压力而导致低喘。因此可以从这两种情况：将防喘振控制做成几种方案。

对于恒定转速，入口采用节流阀的；恒定转速，入口导叶调节的；变转速调节的，无入口节流的；再有就是有既变转速又变入口流量的。根据以上4种情况把防喘振也分为4种。

1）性能曲线单一，采用单参数防喘振控制

这一条件就是，压缩机压缩介质为单种，当入口采用节流阀启动，启动后就全开的，驱动机为恒转速电机。

2）性能曲线多条，采用横、纵坐标双参数或多参数控制

性能曲线多条，这一种情况压缩机压缩介质为单种，原动机为恒速运行，入口采用变角度导叶调节的或出口变角度导叶调节的；或是入口是敞开的，而转速是变转速调节的；这种正常工作中，就是压缩机性能曲线为多条曲线组成，这时就无法再采用单一参数控制，所以要采用横、纵坐标双参数控制，而且流量是要有实时温压补偿的，实际上就是因变量还是个函数，就是一个嵌层的多数函数。

3）性能曲线多条，压缩机介质多变，采用无量纲坐标转换函数控制

此种情况是压缩机压缩介质为多种，其他每种介质与第2种控制方案相同；而且此种机器采用第2种方案控制会造成多防喘振控制函数有又叠加，多函数有表诀最后输出给一个执行器，这样就会给编程、调试、操作带来麻烦，存在人为的不可确定因素，使控制变为不稳定，不可靠，更不智能。

4）性能曲线多条，工艺变化多变，无节流元件，采用脉动函数控制

此种情况是压缩机介质多为空气，电机脱动，恒转速，而工艺流量调节量为稳定，但压力多变，而且在压缩机的进出口均无节流元件，此种防喘振控制方案就只能采用脉动函数控制方法，此种方法也是目前研究中最不确定的办法。在这种情况下，多采用出口压力脉动、压比脉动、电流脉动等矩阵函数，来实现防喘振控制方案。

4结语

针对目前几种压缩机的防喘振控制进行了分析与讨论， 另外运用压缩机防喘振的自动控制装置及对于压缩机设备的维护也极为重要。例如防喘振控制调节阀的响应灵敏度的提高，以及

增加空压机流量测定装置稳定可靠性，运用智能防喘振装置，空压机入口过滤网罩上尘埃的及时清理，以及压缩机冷凝器内部设备清理等等也是十分重要的。考虑到防喘振控制与压缩机是同时存在的，所以其应用也得到了广泛应用。

选用合适的防喘振控制方案是可以既保护装置，又带来很大的经济效益，是目前压缩机控制领域中的关键控制、高端控制，同时此控制可避免了因控制中对性能控制不准确而造成的设备损坏、浪费能源等问题，还可以解决多种控制中的问题，具有很高的应用价值，保证了压缩机的长周期稳定运行，经济效益显著。

参考文献

[1]. 谷骁勇, 张孟超，《离心空压机喘振机理及防喘振控制方法的探讨》 [J] ，经营管理者,2009年11期

[2]. 邓道风，《空压机喘振原因的分析和处理》[J]，黑龙江科技信息，2011年15期