機(jī)組喘振機(jī)理

1、機(jī)組喘振機(jī)理及防喘振控制策略2013年5月l概述概述l喘振現(xiàn)象及原因喘振現(xiàn)象及原因l喘振機(jī)理喘振機(jī)理l主風(fēng)機(jī)系統(tǒng)防喘振主風(fēng)機(jī)系統(tǒng)防喘振控制策略控制策略l事例事例概述概述一、一、概述概述1.喘振是離心壓縮機(jī)的一種固有現(xiàn)象，具有較大的危害性，是壓縮機(jī)損壞的主要原因之一。離心壓縮機(jī)對(duì)氣體的流量、壓力、溫度變化較敏感，容易發(fā)生喘振。2.結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，逐步掌握喘振的機(jī)理，掌握喘振的影響因素，采取有效的防喘振控制策略，提高機(jī)組的抗喘振性能和平穩(wěn)運(yùn)行。3.通過(guò)對(duì)實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算并同特性曲線比較，可實(shí)時(shí)監(jiān)控防喘振曲線，自動(dòng)調(diào)整壓縮機(jī)回流量，防止喘振。 二、二、喘振的概念喘振的概念 壓縮機(jī)在工作過(guò)程中，當(dāng)

2、進(jìn)入葉輪的氣體流量小于機(jī)組該工況下的最小流量限時(shí)，或系統(tǒng)壓力升高大于壓縮機(jī)出口壓力時(shí)，管網(wǎng)氣體會(huì)倒流至壓縮機(jī)，當(dāng)壓縮機(jī)出口壓力大于管網(wǎng)壓力時(shí)，壓縮機(jī)又開始排氣，氣流會(huì)在系統(tǒng)中產(chǎn)生周期性震蕩，具體體現(xiàn)在機(jī)組連同他的外圍管線一起會(huì)做周期性大幅震蕩，這種現(xiàn)象稱為喘振。概述概述一一、引起喘振的原因引起喘振的原因 （1）系統(tǒng)壓力升高。系統(tǒng)壓力大于壓縮機(jī)出口壓力，使壓縮機(jī)出口流量降低至喘振流量以下，氣體倒流回壓縮機(jī)，引起喘振。 （2）介質(zhì)密度發(fā)生變化。壓縮介質(zhì)突然發(fā)生大幅度變化，在一定轉(zhuǎn)數(shù)下，引起出口壓力及排氣量下降，氣體倒流回壓縮機(jī)，造成壓縮機(jī)出口流量低于喘振流量，引起喘振。 二、二、現(xiàn)象現(xiàn)象 離心壓縮

3、機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)負(fù)荷降低到一定程度時(shí)，氣體的排氣量會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈的震蕩，同時(shí)機(jī)身也會(huì)出現(xiàn)震動(dòng)，并發(fā)出“哮喘”或“吼叫聲”。 喘振的現(xiàn)象、原因喘振的現(xiàn)象、原因一、離心式壓縮機(jī)特性曲線 離心式壓縮機(jī)特性曲線壓縮比與入口流量之間的關(guān)系。 1.喘振極限曲線 2.防喘振安全工作線 圖為離心壓縮機(jī)特性曲線 喘振機(jī)理喘振機(jī)理 其中，ni( i=1,2,3)是離心式壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，Qp是臨界流量。從曲線可知，每條曲線在每種轉(zhuǎn)速下都有一個(gè)P2/P1值的最高點(diǎn)。連接最高點(diǎn)的虛線是一條表征產(chǎn)生喘振的極限曲線，虛線左側(cè)的陰影部分是喘振區(qū)，若壓縮機(jī)的工作點(diǎn)在喘振區(qū)，會(huì)出現(xiàn)喘振現(xiàn)象。喘振會(huì)使壓縮機(jī)及其所連接的管線發(fā)生強(qiáng)烈的震

4、動(dòng)，甚至使壓縮機(jī)遭到損壞。 在不同的轉(zhuǎn)速下，離心式壓縮機(jī)特性曲線的最高的軌跡近似一條拋物線，這條拋物線叫做喘振極限曲線。但為了安全起見(jiàn)，壓縮機(jī)的實(shí)際工作點(diǎn)，距離喘振極限曲線應(yīng)留有一些余地。 一般在喘振極限曲線的右側(cè)10%在做一條拋物線，這條拋物線叫做壓縮機(jī)的防范安全線（喘振控制線），如圖中的曲線2所示。 喘振機(jī)理喘振機(jī)理二、喘振機(jī)理分析 如上所述：在每種轉(zhuǎn)速下都有 一個(gè)P2/P1的最高點(diǎn)，將不同 轉(zhuǎn)速下的最高點(diǎn)連接起來(lái)就得 到了一條喘振邊界線，左圖虛 線所示。在邊界的右側(cè)，壓縮 比隨流量的增大而下降，而在 邊界線的左側(cè)，則壓縮比隨流 量的增大而增大。假定壓縮機(jī)在n2轉(zhuǎn)速下工作在A點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的流量

5、為QA，如果此時(shí)有個(gè)干擾使流量減小，壓縮比將增大，即出口壓力P2增大且P2大于后續(xù)管道的阻力，這就會(huì)使壓縮機(jī)的流量逐漸增大，并恢復(fù)到穩(wěn)定時(shí)的流量值QA。但如果流量繼續(xù)下降到小于n2轉(zhuǎn)速下的駝峰值QB，根據(jù)左圖可知，此時(shí)的壓縮比不僅不會(huì)增大，反而降低，也即出口壓力P2下降，這時(shí)就會(huì)出現(xiàn)惡性循環(huán)：壓縮機(jī)排氣量會(huì)繼續(xù)減小，而出口壓力會(huì)繼續(xù)下降，當(dāng)P2壓力下降到管網(wǎng)壓力以下時(shí)，瞬間會(huì)出現(xiàn)氣體倒流，管網(wǎng)壓力下降，當(dāng)管網(wǎng)壓力降到與壓機(jī)出口壓力相等時(shí)，不在下降，而壓縮機(jī)還處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，所以壓縮機(jī)又將出口倒流回來(lái)的氣體壓出去；此后有引起壓縮比下降，這種現(xiàn)象反復(fù)出現(xiàn)，氣體反復(fù)進(jìn)出，產(chǎn)生強(qiáng)烈震蕩。 喘振機(jī)理喘振機(jī)

6、理三、喘振機(jī)理 綜上，離心式壓縮機(jī)工作的基本原理是利用高速旋轉(zhuǎn)的葉輪帶動(dòng)氣體一起旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生離心力，從而將能量傳遞給氣體，使氣體的壓力升高，速度增大，氣體獲得了壓力能和動(dòng)能。在葉輪后部設(shè)置有流通截面逐漸擴(kuò)大的擴(kuò)壓原件，從葉輪流出的高速流體在擴(kuò)壓器內(nèi)降速增壓。當(dāng)離心式壓縮機(jī)工況發(fā)生變動(dòng)并偏離設(shè)計(jì)工況時(shí)，當(dāng)流量減小到一定程度，排氣管內(nèi)較高壓力的氣體便倒流回級(jí)里來(lái)。瞬間倒流回級(jí)里的氣體就補(bǔ)充了級(jí)流量的不足，此時(shí)葉輪又恢復(fù)正常工作，從而把新倒流回來(lái)的氣體壓出去。這樣使級(jí)中流量減少，于是壓力又突然下降，級(jí)后的壓力氣體又倒流回級(jí)中來(lái)，如此反復(fù)，系統(tǒng)就產(chǎn)生了周期性的震蕩，這就是喘振產(chǎn)生的機(jī)理。喘振機(jī)理喘振機(jī)理

7、 圖為不同轉(zhuǎn)速下出口壓力與流量的關(guān)系 從上圖可知：隨著流量的減少，壓縮機(jī)的出口壓力逐漸增大，當(dāng)達(dá)到該轉(zhuǎn)速下最大出口壓力時(shí)，機(jī)組進(jìn)入喘振區(qū)，壓縮機(jī)出口壓力開始減少，流量也減少，壓縮機(jī)發(fā)生喘振，從曲線中可看出，流量減少是發(fā)生喘振的根本原因。 喘振機(jī)理喘振機(jī)理第一種情況： 圖為不同相對(duì)分子質(zhì)量時(shí)的機(jī)組性能 從上圖可知：離心式壓縮機(jī)在相同轉(zhuǎn)速、不同相對(duì)分子質(zhì)量下機(jī)組的性能曲線，在恒壓條件下，當(dāng)相對(duì)分子質(zhì)量M=20的氣體發(fā)生喘振時(shí)，相對(duì)分子質(zhì)量為M=25和M=25的氣體運(yùn)行點(diǎn)還原理喘振區(qū)，因此，在恒壓工況下，相對(duì)分子質(zhì)量越小，越容易發(fā)生喘振。喘振機(jī)理喘振機(jī)理第二種情況：喘振機(jī)理喘振機(jī)理 圖為不同入口壓力

8、機(jī)組的性能如上圖可知：壓縮機(jī)入口壓力P1P2P3,在壓縮機(jī)恒壓工況下運(yùn)行時(shí)，入口壓力越低，壓縮機(jī)越容易發(fā)生喘振，所以入口過(guò)濾器差壓低時(shí)，及時(shí)更換濾網(wǎng)。第三種情況： 圖為不同入口溫度時(shí)機(jī)組的性能 如上圖可知：恒壓恒轉(zhuǎn)速下進(jìn)行的離心式壓縮機(jī)在不同入口氣體溫度時(shí)機(jī)組性能曲線，氣體入口溫度，越容易發(fā)生喘振。喘振機(jī)理喘振機(jī)理第四種情況：一、主風(fēng)機(jī)系統(tǒng)防喘振控制策略一、主風(fēng)機(jī)系統(tǒng)防喘振控制策略 目前工業(yè)生產(chǎn)上主要采用固定極限流量控制方案和可變極限流量控制方案。1、固定極限流量法 固定極限流量控制方案是使壓縮機(jī)的入口流量始終大于最高轉(zhuǎn)速下的臨界流量Qp,從而避免進(jìn)入喘振區(qū)運(yùn)行，固定極限流量控制方案適用于固定

9、轉(zhuǎn)速的機(jī)組。當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，流量的裕量大，能量浪費(fèi)較大。 控制策略控制策略控制策略控制策略2、可變極限流量控制方案 可變極限流量防喘振控制適用于工作轉(zhuǎn)速變化的壓縮機(jī)，使控制器的設(shè)定值隨轉(zhuǎn)速的變化而作相應(yīng)的變化。 可變極限流量防喘振控制方案中，當(dāng)測(cè)量值大于設(shè)定值時(shí)旁路控制閥開始關(guān)閉；當(dāng)測(cè)量值小于設(shè)定值時(shí)，則控制器去開啟控制閥到一定的閥位，故能防止喘振出現(xiàn)，確保壓縮機(jī)的安全運(yùn)行。 3、主風(fēng)機(jī)系統(tǒng)控制策略 控制策略控制策略 主風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的防喘振控制策略中，采樣分析和計(jì)算環(huán)節(jié)采用專家預(yù)測(cè)的方法，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壓縮機(jī)的特性曲線，控制環(huán)節(jié)采用傳統(tǒng)的PID算法和模糊控制算法相結(jié)合的方法，做到及時(shí)地打開主風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的放

10、空閥，有效防止主風(fēng)機(jī)系統(tǒng)發(fā)生喘振。4、設(shè)定點(diǎn)跟蹤原理控制策略控制策略 設(shè)定點(diǎn)跟蹤原理圖 喘振控制器通過(guò)設(shè)置喘振線、喘振控制線，根據(jù)壓縮機(jī)喉部差壓、入口壓力、出口壓力及相應(yīng)額溫度計(jì)算工作點(diǎn)和安全裕度。 準(zhǔn)確地計(jì)算喘振線和工作點(diǎn)，這是防喘振控制的基礎(chǔ)。根據(jù)工作點(diǎn)和安全裕度快速地進(jìn)行防喘振控制。 工作裕度：工作點(diǎn)與喘振點(diǎn)的差稱為工作裕度，工作裕度-1%認(rèn)為發(fā)生了喘振。 安全裕度：喘振線與控制線的差稱為安全裕度。 如果系統(tǒng)檢測(cè)到工作點(diǎn)越過(guò)喘振線，表示喘振已經(jīng)發(fā)生，喘振控制線將被右移一個(gè)校準(zhǔn)量，主風(fēng)機(jī)系統(tǒng)是增加一個(gè)固定值2%，重校的最大次數(shù)是10次，超過(guò)該最大次數(shù)，安全裕度不再增加。控制策略控制策略 當(dāng)工作點(diǎn)在喘振控制線的右方時(shí)，防喘振控制器的設(shè)定點(diǎn)按一定的速率跟蹤當(dāng)前的工作點(diǎn)，二者的距離是可設(shè)置的，主風(fēng)機(jī)系統(tǒng)為5%，當(dāng)工作點(diǎn)向左側(cè)喘振區(qū)域移動(dòng)時(shí)，設(shè)定點(diǎn)以2%/s的速率跟蹤工作點(diǎn)。當(dāng)工作點(diǎn)越過(guò)跟蹤區(qū)間時(shí)，那么防喘振閥打開，設(shè)定點(diǎn)按跟蹤的速率左移，防喘振閥關(guān)閉，建立新的工作點(diǎn)?？刂撇呗钥刂撇呗允吕弧F(xiàn)象說(shuō)明： 5月7日，104單元制冷機(jī)出現(xiàn)喘振，下圖為當(dāng)時(shí)的軸震動(dòng)和位移趨勢(shì)圖： 軸震動(dòng)趨勢(shì)圖事例軸位移趨勢(shì)圖（粉紅色）事例 從上面兩幅歷史趨勢(shì)圖可以看出，在當(dāng)時(shí)情況下，壓縮機(jī)出現(xiàn)了喘振。二、原因分析：1、調(diào)取壓縮機(jī)出入口流量及相關(guān)壓力分析： FIC20701:壓機(jī)出口流量 PI