研究離心式壓縮機(jī)產(chǎn)生喘振現(xiàn)象的原因,機(jī)械工程論文

研究離心式壓縮機(jī)產(chǎn)生喘振現(xiàn)象的原因,機(jī)械工程論文離心式壓縮機(jī)廣泛應(yīng)用在石化、冶煉、動(dòng)力等多種領(lǐng)域，其特點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單、排氣量大、性能穩(wěn)定，實(shí)用性很強(qiáng)，并為相關(guān)行業(yè)帶來了良好的經(jīng)濟(jì)效益。但是離心式壓縮機(jī)在工作當(dāng)中，具有喘振的固有特性，喘振對(duì)離心壓縮機(jī)的危害較大，嚴(yán)重的甚至?xí)l(fā)癱瘓離心式壓縮機(jī)運(yùn)行。其導(dǎo)致的常見事故有彎曲轉(zhuǎn)軸、損壞軸承、毀壞密封能力、削弱壓縮機(jī)的穩(wěn)定平衡能力、斷裂隔板等方面，而科學(xué)分析引起喘振的故障原因，對(duì)于尋求完善可靠的改良防備措施就顯得尤為重要，離心式壓縮機(jī)的喘振分析也成為業(yè)內(nèi)的熱門課題。1、離心式壓縮機(jī)喘振故障的原因分析運(yùn)行經(jīng)過中其喘振的發(fā)生詳細(xì)有如下幾大原因：〔1〕系統(tǒng)氣壓超過額定壓力：當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的內(nèi)壓超過壓縮機(jī)規(guī)定的壓力限值時(shí)，這時(shí)容易構(gòu)成背壓條件，導(dǎo)致出口的通道不暢，降低流量總量，嚴(yán)重的還會(huì)引發(fā)氣壓倒吸的現(xiàn)象發(fā)生。一旦運(yùn)行當(dāng)中氣流發(fā)生較大變化，并且沒有能及時(shí)校正，由于氣源供給缺乏，毀壞了離心壓縮機(jī)穩(wěn)定平衡的工作狀態(tài)，發(fā)生喘振的幾率就會(huì)相應(yīng)提升。〔2〕操作不當(dāng)：在日常的操作當(dāng)中，經(jīng)常需要經(jīng)行升壓、升速、降速調(diào)節(jié)，一旦升速、升壓過于急劇，或者是降速?zèng)]有預(yù)先降壓，都會(huì)毀壞工作的均勻穩(wěn)定環(huán)境，導(dǎo)致倒吸現(xiàn)象的發(fā)生，進(jìn)而造成喘振?！?〕缺乏自動(dòng)防喘措施：由于工作環(huán)境的不可預(yù)知性，很多劇變的因素都會(huì)引發(fā)喘振，如壓力升高迅速、波動(dòng)劇烈、人工調(diào)節(jié)難以及時(shí)響應(yīng)等，自動(dòng)防喘設(shè)備的投放能夠很好的彌補(bǔ)這些缺乏，并且在實(shí)際應(yīng)用中得到廣泛的認(rèn)可?！?〕零件的工作性能缺陷：當(dāng)密封圈的密封性能不好，對(duì)中安裝不到位，零件脫落或損壞的條件下，氣流供給受阻或各環(huán)節(jié)之間的串氣，都會(huì)導(dǎo)致喘振?！?〕運(yùn)行環(huán)境的改變：為了減少喘振發(fā)生的可能，相關(guān)研究人員制定出了離心式壓縮機(jī)的性能曲線，在詳細(xì)的操作當(dāng)中，要改變壓力、流量等工況條件，操作人員未參考這些性能曲線時(shí)，很容易使離心壓縮機(jī)的工況落入喘振區(qū)域，引發(fā)故障?！?〕介質(zhì)狀態(tài)發(fā)生變化：在運(yùn)行當(dāng)中，氣體的入口壓力、溫度、成份都會(huì)發(fā)生一定的改變，這些因素會(huì)對(duì)流量造成影響，而流量的改變即是離心式壓縮機(jī)發(fā)生喘振的一大因素。一般而言，當(dāng)機(jī)械轉(zhuǎn)速不變時(shí)，喘振的流量會(huì)隨著進(jìn)氣的壓力升高而增加；當(dāng)機(jī)械轉(zhuǎn)速和壓力都穩(wěn)定時(shí)，溫度的急劇升高會(huì)引發(fā)喘振；當(dāng)機(jī)械轉(zhuǎn)速、出入壓力穩(wěn)定時(shí)，氣體成份的銳減也會(huì)對(duì)流量造成影響，引發(fā)喘振?！?〕流量小于額定值：在一定的轉(zhuǎn)速條件下，流量具有波動(dòng)在某一范圍內(nèi)時(shí)，則不會(huì)發(fā)生喘振，而一旦低于該限值時(shí)，即所謂的喘振流量，會(huì)使離心式壓縮機(jī)的穩(wěn)定性顯著降低，導(dǎo)致喘振。2、離心式壓縮機(jī)的喘振故障特征常見的離心壓縮機(jī)的喘振特征一般分為如下三類：〔1〕周期性的氣流異響：發(fā)生喘振時(shí)，能夠憑工作人員的聽覺發(fā)現(xiàn)問題，一般會(huì)出現(xiàn)周期性的異響，而當(dāng)該種異響過于稍微或?yàn)榄h(huán)境中的其他因素掩蓋時(shí)，還能夠通過儀器并查閱設(shè)備性能參數(shù)加以確定?！?〕設(shè)備劇烈振動(dòng)：此類喘振特征比擬容易觀察出來，由于設(shè)備或當(dāng)中的零部件出現(xiàn)明顯的工作失衡，運(yùn)行狀態(tài)急劇改變，振動(dòng)非常強(qiáng)烈，易于觀察?！?〕周期性的流量波動(dòng)：流量波動(dòng)是造成喘振的一大因素，并且其周期性的波動(dòng)能夠通過儀器指針的擺動(dòng)程度來加以判定，一般通過觀察法就能夠發(fā)現(xiàn)問題。3、離心式壓縮機(jī)的性能曲線3.1性能曲線作為離心壓縮機(jī)喘振分析的重要參考指標(biāo)，詳細(xì)有三大類的分析曲線：〔1〕氣流流量的效率與設(shè)備進(jìn)入容量有很大關(guān)系，詳細(xì)關(guān)聯(lián)公式可表示為G=W〔Q〕；〔2〕出口氣壓和設(shè)備進(jìn)入容量的關(guān)系一般表示為P=f〔Q〕；〔3〕設(shè)備的運(yùn)行功率和設(shè)備進(jìn)入容量的關(guān)系曲線一般表示為，N=T〔Q〕。出口氣壓與設(shè)備進(jìn)入容量的關(guān)系性能曲線對(duì)壓縮機(jī)的喘振影響很大，首先對(duì)P=f〔Q〕性能曲線進(jìn)行分析。在石油化工行業(yè)中常用到的催化裂解氣體壓縮機(jī)，功率一般在800kW左右，其性能曲線如以下圖。從中不難得出下面結(jié)論：〔1〕當(dāng)氣流流量逐步升高時(shí)，最終的氣壓隨之會(huì)相應(yīng)的下降，同理，一旦流量減少時(shí)，出口氣壓會(huì)隨之升高。〔2〕離心式壓縮機(jī)的平衡的工作狀態(tài)并不是只要一種情況，而是含有多種可能性，其平衡工作的區(qū)間分布在如以下圖的工作范圍內(nèi)。不難分析出，各種因素互相影壓縮機(jī)的工作狀態(tài)，在該面積區(qū)域內(nèi)的工況條件是穩(wěn)定的，一旦超出范圍，穩(wěn)定狀態(tài)會(huì)遭到毀壞，構(gòu)成喘振。圖2的直線所表示的即為喘振線，出如今喘振線上的流量交點(diǎn)即為喘振流量，由上圖能夠清楚明晰的得到，離心式壓縮機(jī)的正常工作，離不開壓力、流量、轉(zhuǎn)速等適度的互相結(jié)合，一旦華而不實(shí)任何一個(gè)因素出現(xiàn)異常，都不能保證離心式壓縮機(jī)的有效運(yùn)行。3.2性能曲線的影響因素〔1〕進(jìn)氣狀態(tài)的影響在離心壓縮機(jī)的內(nèi)部，葉輪的高速旋轉(zhuǎn)必然會(huì)使氣體產(chǎn)生徑向的離心運(yùn)動(dòng)，動(dòng)能會(huì)隨之增加。在運(yùn)動(dòng)的經(jīng)過中，氣體密度大的部分有向外的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，但由于腔體的限制，氣體以擠壓的方式存在，無疑會(huì)增大氣壓。不但得出這一結(jié)論：任何增大氣體密度或使單位體積內(nèi)的氣體質(zhì)量增加的因素都會(huì)使P-f曲線上移，同理，密度減小或單位體積內(nèi)的質(zhì)量減少都會(huì)使P-f曲線下移。在日常的生產(chǎn)環(huán)境中，常見的影響氣體狀態(tài)的因素主要包含溫度、壓力、成份煉等方面。在保證其他因素不變的情況下，溫度低、壓力大、密度大的任何一種環(huán)境下，都會(huì)引起出口排氣的氣壓升高。〔2〕轉(zhuǎn)速的影響由于壓縮機(jī)的工作方式是離心原理，根據(jù)物理離心原理可知，當(dāng)繞著軸做圓周運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速上升時(shí)，離心力會(huì)隨之增加，氣體在容積內(nèi)的壓力也會(huì)隨著增加，給性能曲線帶來的變化即是曲線上移，同理，轉(zhuǎn)速下降，帶來的則是性能曲線下移的結(jié)果。并且由于離心力公式：F=mv2/r=mrw2F-離心力，r-圓周半徑，v-運(yùn)行速度，w-轉(zhuǎn)速可知離心力與速度成二次正比，與轉(zhuǎn)速也是成二次正比的關(guān)系。4、案例分析本文的詳細(xì)案例以從日本引進(jìn)的MB-CH型催化裂解氣體壓縮機(jī)為典型進(jìn)行闡述：4.1轉(zhuǎn)速失控引發(fā)的喘振故障在離心壓縮機(jī)的運(yùn)行當(dāng)中，由信號(hào)來控制轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速，但是假如設(shè)備出現(xiàn)問題時(shí)，不能對(duì)信號(hào)做出及時(shí)正確的響應(yīng)，就會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)功能失靈，引發(fā)喘振故障。在以往比擬典型的喘振故障有：1980年，由于蒸汽質(zhì)量差，產(chǎn)生的信號(hào)所需的條件缺乏，蒸汽的壓力值平均處于0.75MPa,機(jī)組在額定功率的狀態(tài)下工作，當(dāng)時(shí)轉(zhuǎn)速達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，相差多至20%,引發(fā)的喘振故障比擬常見；1983年，機(jī)組的系統(tǒng)配合不協(xié)調(diào)，轉(zhuǎn)速、功率都達(dá)不到指標(biāo)要求，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速失控，發(fā)生喘振現(xiàn)象。4.2進(jìn)口氣壓低引發(fā)的喘振故障1980年，由于離心壓縮機(jī)的零部件卡在進(jìn)口處，導(dǎo)致進(jìn)氣口氣壓較低，發(fā)生喘振故障。一般離心式壓縮機(jī)的工作環(huán)境比擬惡劣，機(jī)械主機(jī)或當(dāng)中的零部件會(huì)發(fā)生脫落、損壞，產(chǎn)生的部件碎片會(huì)留在設(shè)備當(dāng)中，但由于不處于部件本身的工作位置，會(huì)對(duì)其他的工作環(huán)節(jié)造成影響，十分是對(duì)氣流氣壓的影響較大，該類喘振故障在日常的生產(chǎn)應(yīng)用也比擬常見。4.3氣體狀態(tài)引發(fā)的喘振故障在1981年，由于設(shè)備的生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)需要，生產(chǎn)產(chǎn)品中引入了煉渣油，但由于該產(chǎn)品中含有重金屬，致使氣體狀態(tài)發(fā)生改變，產(chǎn)生大量的氫氣，由于氫氣的相對(duì)分子量很小，對(duì)氣體的成份單位質(zhì)量有所降低，導(dǎo)致性能曲線脫離正常工作的范圍，引發(fā)了喘振現(xiàn)象。5、發(fā)生喘振的規(guī)律結(jié)合日常工作生產(chǎn)，詳細(xì)總結(jié)出了如下喘振規(guī)律：〔1〕管網(wǎng)的性能曲線會(huì)隨著壓縮機(jī)性能曲線的變化而變化，一般情況下，當(dāng)管網(wǎng)不暢、壓力增加時(shí)都會(huì)引發(fā)喘振現(xiàn)象，并且此類喘振有其本身的特征?！?〕當(dāng)壓縮機(jī)的性能曲線發(fā)生變化時(shí)，管網(wǎng)的性能可能不會(huì)變化，.轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速、溫度、氣壓和氣體狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，可能引發(fā)喘振故障，但這些因素并不一定會(huì)引發(fā)喘振。〔3〕壓縮機(jī)與管網(wǎng)性能曲線同時(shí)變化，并且當(dāng)兩者同時(shí)發(fā)生變化時(shí)，喘振的幾率更大。6、結(jié)束語在日常的生產(chǎn)中，喘振很難避免，并且對(duì)正常的工作運(yùn)行也會(huì)產(chǎn)生消極的影響，但詳細(xì)分析離心壓縮機(jī)喘振故障的構(gòu)成原因，對(duì)生產(chǎn)人員的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行培訓(xùn)，以便他們?cè)谏a(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)能夠根據(jù)詳細(xì)情況做及時(shí)合理的調(diào)節(jié)，盡量將喘振的消極后果降到最低。喘振固然是離心壓縮機(jī)的固有特性，但隨著科技的進(jìn)步和該行業(yè)對(duì)喘振故障分析的研究深切進(jìn)入，業(yè)內(nèi)人士正在積極尋找優(yōu)化、合理的應(yīng)對(duì)預(yù)防方案，相關(guān)課題的研究也一直作為離心式壓縮機(jī)的重點(diǎn)研究方向?！疽韵聻閰⒖嘉墨I(xiàn)】[1]張松梅。石化行業(yè)幾種離心式壓縮機(jī)故障診斷的應(yīng)用[D]