喘振報(bào)警裝置

軸流風(fēng)機(jī)在葉輪進(jìn)口處裝置喘振報(bào)警裝置，該裝置是由一根皮托管布置在葉輪的前方，皮托管的開口對著葉輪的旋轉(zhuǎn)方向。皮托管是將一根直管的端部彎成90°（將皮托管的開口對著氣流方向），用一U形管與皮托管相連，則U形管（壓力表）的讀數(shù)應(yīng)該為氣流的動能（動壓）與靜壓之和（全壓）。在正常情況下，皮托管所測到的氣流壓力為負(fù)值，因?yàn)樗鼫y到的是葉輪前的壓力。但是當(dāng)風(fēng)機(jī)進(jìn)入喘振區(qū)工作時，由于氣流壓力產(chǎn)生大幅度波動，所以皮托管測到的壓力亦是一個波動的值。為了使皮托管發(fā)送的脈沖壓力能通過壓力開關(guān)發(fā)出報(bào)警信號，皮托管的報(bào)警值是這樣規(guī)定的：當(dāng)動葉片處于最小角度位置（－30°） 用一U形管測得風(fēng)機(jī)葉輪前的壓力再加上2000Pa壓力，作為喘振報(bào)警裝置的報(bào)警整定值。當(dāng)運(yùn)行工況超過喘振極限時，通過皮托管與差壓開關(guān)，利用聲光向控制臺發(fā)出報(bào)警信號，要求運(yùn)行人員及時處理，使風(fēng)機(jī)返回正常工況運(yùn)行。

為防止軸流風(fēng)機(jī)在運(yùn)行時工作點(diǎn)落在旋轉(zhuǎn)脫流、喘振區(qū)內(nèi)，在選擇軸流風(fēng)機(jī)時應(yīng)仔細(xì)核實(shí)風(fēng)機(jī)的經(jīng)常工作點(diǎn)是否落在穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，同時在選擇調(diào)節(jié)方法時，需注意工作點(diǎn)的變化情況，動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)由于改變動葉的安裝角進(jìn)行調(diào)節(jié)，所以當(dāng)風(fēng)機(jī)減少流量時，小風(fēng)量使軸向速度降低而造成的氣流沖角的改變，恰好由動葉安裝角的改變得以補(bǔ)償，使氣流的沖角不至于增大，于是風(fēng)機(jī)不會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)脫流，更不會產(chǎn)生喘振。動葉安裝角減小時，風(fēng)機(jī)不穩(wěn)定區(qū)越來越小，這對風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行是非常有利的。

風(fēng)機(jī)在喘振區(qū)工作時，流量急劇波動，產(chǎn)生氣流的撞擊，使風(fēng)機(jī)發(fā)生強(qiáng)烈的振動，噪聲增大，而且風(fēng)壓不斷晃動，風(fēng)機(jī)的容量與壓頭越大，則喘振的危害性越大。故風(fēng)機(jī)產(chǎn)生喘振應(yīng)具備下述條件：

a）風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)落在具有駝峰形Q－H性能曲線的不穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)；

b）風(fēng)道系統(tǒng)具有足夠大的容積，它與風(fēng)機(jī)組成一個彈性的空氣動力系統(tǒng)；

c）整個循環(huán)的頻率與系統(tǒng)的氣流振蕩頻率合拍時，產(chǎn)生共振。

旋轉(zhuǎn)脫流與喘振的發(fā)生都是在Q－H性能曲線左側(cè)的不穩(wěn)定區(qū)域，所以它們是密切相關(guān) 的，但是旋轉(zhuǎn)脫流與喘振有著本質(zhì)的區(qū)別。旋轉(zhuǎn)脫流發(fā)生在風(fēng)機(jī)Q－H性能曲線峰值以左的整個不穩(wěn)定區(qū)域；而喘振只發(fā)生在Q－H性能曲線向右上方傾斜部分。旋轉(zhuǎn)脫流的發(fā)生只決定葉輪本身葉片結(jié)構(gòu)性能、氣流情況等因素，與風(fēng)道系統(tǒng)的容量、形狀等無關(guān)。旋轉(zhuǎn)對風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)影響不如喘振這樣嚴(yán)重。

風(fēng)機(jī)在運(yùn)行時發(fā)生喘振，情況就不相同。喘振時，風(fēng)機(jī)的流量、全壓和功率產(chǎn)生脈動或大幅度的脈動，同時伴有明顯的噪聲，有時甚至是高分貝的噪聲。喘振時的振動有時是很劇烈的，損壞風(fēng)機(jī)與管道系統(tǒng)。所以喘振發(fā)生時，風(fēng)機(jī)無法運(yùn)行。

所謂喘振，就是當(dāng)具有“駝峰”形Q-H性能曲線的風(fēng)機(jī)在曲線臨界點(diǎn)以左工作時，即在不穩(wěn)定區(qū)工作時，風(fēng)機(jī)的流量和能頭在瞬間內(nèi)發(fā)生不穩(wěn)定的周期性反復(fù)變化的現(xiàn)象。風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的最大能頭將小于管路中的阻耗，流體開始反方向倒流，由管路倒流入風(fēng)機(jī)中（出現(xiàn)負(fù)流量），由于風(fēng)機(jī)在繼續(xù)運(yùn)行，所以當(dāng)管路中壓力降低時，風(fēng)機(jī)又重新開始輸出流量，只要外界需要的流量保持小于臨界點(diǎn)流量時，上述過程又重復(fù)出現(xiàn)，即發(fā)生喘振。

軸流風(fēng)機(jī)性能曲線的左半部具有一個馬鞍形的區(qū)域，在此區(qū)段運(yùn)行有時會出現(xiàn)風(fēng)機(jī)的流量、壓頭和功率的大幅度脈動，風(fēng)機(jī)及管道會產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動，噪聲顯著增高等不正常工況，一般稱為“喘振”，這一不穩(wěn)定工況區(qū)稱為喘振區(qū)。實(shí)際上，喘振僅僅是不穩(wěn)定工況區(qū)內(nèi)可能遇到的現(xiàn)象，而在該區(qū)域內(nèi)必然要出現(xiàn)的則是旋轉(zhuǎn)脫流或稱旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象。這兩種工況是不同的，但是它們又有一定的關(guān)系。軸流風(fēng)機(jī)Q－H性能曲線，若用節(jié)流調(diào)節(jié)方法減少風(fēng)機(jī)的流量，如風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)在K點(diǎn)右側(cè)，則風(fēng)機(jī)工作是穩(wěn)定的。當(dāng)風(fēng)機(jī)的流量Q < QK時，這時風(fēng)機(jī)所產(chǎn)生的最大壓頭將隨之下降，并小于管路中的壓力，因?yàn)轱L(fēng)道系統(tǒng)容量較大，在這一瞬間風(fēng)道中的壓力仍為HK，因此風(fēng)道中的壓力大于風(fēng)機(jī)所產(chǎn)生的壓頭使氣流開始反方向倒流，由風(fēng)道倒入風(fēng)機(jī)中，工作點(diǎn)由K點(diǎn)迅速移至C點(diǎn)。但是氣流倒流使風(fēng)道系統(tǒng)中的風(fēng)量減小，因而風(fēng)道中壓力迅速下降，工作點(diǎn)沿著CD線迅速下降至流量Q=0時的D點(diǎn)，此時風(fēng)機(jī)供給的風(fēng)量為零。由于風(fēng)機(jī)在繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，所以當(dāng)風(fēng)道中的壓力降低倒相應(yīng)的D點(diǎn)時，風(fēng)機(jī)又開始輸出流量，

為了與風(fēng)道中壓力相平衡，工況點(diǎn)又從D跳至相應(yīng)工況點(diǎn)F。只要外界所需的流量保持小于QK，上述過程又重復(fù)出現(xiàn)。如果風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)按F－K－C－D－F周而復(fù)始地進(jìn)行，這種循環(huán)的頻率如與風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的振蕩頻率合拍時，就會引起共振，風(fēng)機(jī)發(fā)生了喘振。

一般的處理原則是調(diào)整負(fù)荷、關(guān)小高出力風(fēng)機(jī)的導(dǎo)葉開度使風(fēng)機(jī)出力相近，減小負(fù)荷量的變化率，加強(qiáng)進(jìn)風(fēng)段和出風(fēng)段的風(fēng)壓探測和信息反饋控制，再根據(jù)上面所說的可能原因進(jìn)行查找再作相應(yīng)處理。

煙風(fēng)道積灰堵塞或煙風(fēng)道擋板開度不足引起系統(tǒng)阻力過大。；兩風(fēng)機(jī)并列運(yùn)行時導(dǎo)葉開度偏差過大使開度小的風(fēng)機(jī)落入喘振區(qū)運(yùn)行（我們常碰到的情況是風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉執(zhí)行機(jī)構(gòu)連桿在升降負(fù)荷時脫出，使兩風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉調(diào)節(jié)不同步引起大的偏差）；風(fēng)機(jī)長期在低出力下運(yùn)轉(zhuǎn)。

出現(xiàn)喘振的風(fēng)機(jī)大致現(xiàn)象如下：

1 電流減小且頻繁擺動、出口風(fēng)壓下降擺動。

2 風(fēng)機(jī)聲音異常噪聲大、振動大、機(jī)殼溫度升高、引送風(fēng)機(jī)喘振動使?fàn)t膛負(fù)壓波動燃燒不穩(wěn)。

流體機(jī)械及其管道中介質(zhì)的周期性振蕩，是介質(zhì)受到周期性吸入和排出的激勵作用而發(fā)生的機(jī)械振動。

壓氣機(jī)喘振是指氣流沿壓氣機(jī)軸線方向發(fā)生的低頻率(通常只有幾赫茲或十幾赫茲)、高振幅(強(qiáng)烈的壓強(qiáng)和流量波動)的氣流振蕩現(xiàn)象。這種低頻率高振幅的氣流振蕩是一種很大的激振力來源，它會導(dǎo)致壓氣機(jī)部件的強(qiáng)烈機(jī)械振動和熱端超溫。并在很短的時間內(nèi)造成部件的嚴(yán)重?fù)p壞，所以在任何狀態(tài)下都不允許壓氣機(jī)進(jìn)入喘振區(qū)工作。

喘振喘振過程

例如，泵或壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中可能出現(xiàn)的喘振過程是：

流量減小到最小值時出口壓力會突然下降，下游管道內(nèi)壓力反而高于出口壓力，于是被輸送介質(zhì)倒流回機(jī)內(nèi)，直到出口壓力升高重新向管道輸送介質(zhì)為止；當(dāng)管道中的壓力恢復(fù)到原來的壓力時,流量再次減少,管道中介質(zhì)又產(chǎn)生倒流，如此周而復(fù)始。

喘振產(chǎn)生原因

喘振的產(chǎn)生與流體機(jī)械和管道的特性有關(guān)，管道系統(tǒng)的容量越大，則喘振越強(qiáng)，頻率越低。產(chǎn)品一般都附有壓力-流量特性曲線,據(jù)此可確定喘振點(diǎn)、喘振邊界線或喘振區(qū)。流體機(jī)械的喘振會破壞機(jī)器內(nèi)部介質(zhì)的流動規(guī)律性,產(chǎn)生機(jī)械噪聲,引起工作部件的強(qiáng)烈振動，加速軸承和密封的損壞。一旦喘振引起管道、機(jī)器及其基礎(chǔ)共振時，還會造成嚴(yán)重后果。為防止喘振，必須使流體機(jī)械在喘振區(qū)之外運(yùn)轉(zhuǎn)。在壓縮機(jī)中，通常采用最小流量式、流量-轉(zhuǎn)速控制式或流量-壓力差控制式防喘振調(diào)節(jié)系統(tǒng)。當(dāng)多臺機(jī)器串聯(lián)或并聯(lián)工作時，應(yīng)有各自的防喘振調(diào)節(jié)裝置。

喘振，顧名思義就象人哮喘一樣，風(fēng)機(jī)出現(xiàn)周期性的出風(fēng)與倒流，相對來講軸流式風(fēng)機(jī)更容易發(fā)生喘振，嚴(yán)重的喘振會導(dǎo)致風(fēng)機(jī)葉片疲勞損壞。

1）使泵或風(fēng)機(jī)的流量恒大于QK。如果系統(tǒng)中所需要的流量小于QK時，可裝設(shè)再循環(huán)管或自動排出閥門，使風(fēng)機(jī)的排出流量恒大于QK. ;

2）如果管路性能曲線不經(jīng)過坐標(biāo)原點(diǎn)時，改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，也可能得到穩(wěn)定的運(yùn)行工況。通過風(fēng)機(jī)各種轉(zhuǎn)速下性能曲線中最高壓力點(diǎn)的拋物線，將風(fēng)機(jī)的性能曲線分割為兩部分，右邊為穩(wěn)定工作區(qū)，左邊為不穩(wěn)定工作區(qū)，當(dāng)管路性能曲線經(jīng)過坐標(biāo)原點(diǎn)時，改變轉(zhuǎn)速并無效果，因此時各轉(zhuǎn)速下的工作點(diǎn)均是相似工況點(diǎn)。

3）對軸流式風(fēng)機(jī)采用可調(diào)葉片調(diào)節(jié)。當(dāng)系統(tǒng)需要的流量減小時，則減小其安裝角，性能曲線下移，臨界點(diǎn)向左下方移動，輸出流量也相應(yīng)減小。

4）最根本的措施是盡量避免采用具有駝峰形性能曲線的風(fēng)機(jī)，而采用性能曲線平直向下傾斜的風(fēng)機(jī)。

失速和喘振是兩種不同的概念，失速是葉片結(jié)構(gòu)特性造成的一種流體動力現(xiàn)象，它的一些基本特性，例如：失速區(qū)的旋轉(zhuǎn)速度、脫流的起始點(diǎn)、消失點(diǎn)等，都有它自己的規(guī)律，不受風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的容積和形狀的影響。

喘振是風(fēng)機(jī)性能與管道裝置耦合后振蕩特性的一種表現(xiàn)形式，它的振幅、頻率等基本特性受風(fēng)機(jī)管道系統(tǒng)容積的支配，其流量、壓力功率的波動是由不穩(wěn)定工況區(qū)造成的，但是試驗(yàn)研究表明，喘振現(xiàn)象的出現(xiàn)總是與葉道內(nèi)氣流的脫流密切相關(guān)，而沖角的增大也與流量的減小有關(guān)。所以，在出現(xiàn)喘振的不穩(wěn)定工況區(qū)內(nèi)必定會出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)脫流。 2100433B

喘振控制的目的就是要在喘振出現(xiàn)先兆時將其消除，始終保證壓縮機(jī)工況點(diǎn)運(yùn)行在喘振線以下，即安全區(qū)域內(nèi)。防喘振控制就是利用這一原理，在喘振線以下設(shè)置一條防喘振線，防止喘振的發(fā)生。

如圖1所示，防喘振控制線是喘振控制的基準(zhǔn)線，一般將喘振線對應(yīng)的排氣壓力下移8%～10%作為防喘振線，使工況點(diǎn)始終運(yùn)行在防喘振線以下。如果工況點(diǎn)在防喘振線以上，控制系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)防喘振閥門開度，降低壓縮機(jī)出口壓力，防止喘振發(fā)生。防喘振線是一個動態(tài)折線函數(shù),

隨著工況點(diǎn)的壓力變化而做動態(tài)的變化，其調(diào)節(jié)過程也是一個動態(tài)響應(yīng)過程。為了保證機(jī)組的安全，通常在喘振線和防喘振線之間設(shè)置一條放空線，用于機(jī)組危險(xiǎn)時刻，立即卸壓，通常將喘振線下移2%～ 3%作為放空線。因此，防喘振控制是透平壓縮機(jī)的重要控制內(nèi)容。

因出口流量是壓縮機(jī)入口壓差（喉部壓差）的函數(shù)f(Δp)，而實(shí)際采用的方法是實(shí)測出的壓縮機(jī)喉部壓差(Δp)與排氣壓力p的函數(shù)關(guān)系，得出壓縮機(jī)的喘振曲線，即在不同的喉部壓差下，測量對應(yīng)的喘振壓力，將測量的點(diǎn)用折線連接即可繪出橫坐標(biāo)為喉部差壓，縱坐標(biāo)為排氣壓力的曲線，稱為該機(jī)組的喘振線。為了安全實(shí)際中將喘振線縱坐標(biāo)參數(shù)下移3%作為放空線，工況點(diǎn)在放空線以下，系統(tǒng)根據(jù)喘振線自動調(diào)節(jié)喘振閥狀態(tài)，如果工況點(diǎn)在放空線以上，則放空閥全開，系統(tǒng)卸壓，以達(dá)到防止喘振的目的。通常實(shí)測喘振線縱坐標(biāo)參數(shù)下移8%得到該機(jī)組的防喘振線，當(dāng)出口壓力到達(dá)防喘振線時，控制系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)防喘振閥開度，降低出口壓力來防止喘振發(fā)生 。

經(jīng)入口溫度補(bǔ)償校正后的喉部壓差的計(jì)算函數(shù)f(Δp、T1)作為防喘振調(diào)節(jié)器計(jì)算壓力設(shè)定值SV，壓縮機(jī)實(shí)際出口壓力PV作為測量值，防喘振調(diào)節(jié)器通過對設(shè)定值和測量比較來調(diào)節(jié)喘振閥門實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的防喘振控制。系統(tǒng)采集喉部差壓、入口溫度進(jìn)行溫度力補(bǔ)償，將補(bǔ)償過的差壓，送給防喘振折線函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得出該工況點(diǎn)下的排氣壓力上限，將該上限作為PID的設(shè)定值，將經(jīng)過換算的排氣壓力測量值作為過程測量值。如圖2所示，PID根據(jù)設(shè)定值和過程測量值偏差的大小及負(fù)號進(jìn)行可變增益和可變積分的計(jì)算實(shí)現(xiàn)防喘振閥的快開慢關(guān)。由于防喘振閥為氣關(guān)閥，故將PID調(diào)節(jié)輸出值與手動壓力調(diào)節(jié)制進(jìn)行信號低選，即開度信號優(yōu)先。當(dāng)壓縮機(jī)運(yùn)行在安全域時，防喘振控制器的輸出為最大，一般為20mA，防喘振調(diào)節(jié)閥門處于完全關(guān)閉狀態(tài) 。

如圖3所示，系統(tǒng)設(shè)置了放空閥閉鎖和快速打開程序。這兩個程序由放空閥閉鎖邏輯和打開邏輯組成。在壓縮機(jī)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)時，沒有執(zhí)行“自動操作調(diào)節(jié)器輸入”之前，調(diào)節(jié)器輸出閉鎖，放空閥全開，保證機(jī)組安全啟動。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行不正常，需要進(jìn)入“安全運(yùn)行”或停機(jī)時，控制邏輯給出聯(lián)鎖信號使調(diào)節(jié)器由原來的輸出跳變到最小值0.0的值（4mA），使放空閥在2s內(nèi)快速打開。當(dāng)實(shí)際出口壓力接近防喘振線時，系統(tǒng)通過和喘振報(bào)警設(shè)定值比較給出喘振預(yù)報(bào)警提示。防喘振控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)與防喘振保護(hù)系統(tǒng)存在著密切的聯(lián)系，這主要體現(xiàn)在放空閥的調(diào)節(jié)與控制上。

當(dāng)通過靜葉調(diào)節(jié)壓力不能滿足工藝的要求時，通過低選功能來實(shí)現(xiàn)防喘振控制器對放空閥的控制作用，即在不同的工況下，進(jìn)行選擇性調(diào)節(jié)。所謂選擇性調(diào)節(jié)是指兩個以上調(diào)節(jié)器的輸出迭加后，按預(yù)定高或低選關(guān)系選擇控制信號，以適應(yīng)不同的工況。當(dāng)工況異常時,防喘振器控制調(diào)節(jié)控制放空閥，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的防喘振保護(hù)功能，此時，壓力調(diào)節(jié)器控制器處于待命狀態(tài)，直到工況恢復(fù)正常后，壓力調(diào)節(jié)器再次控制放空閥。這一功能主要靠低選邏輯來實(shí)現(xiàn)放空閥門對壓力輔助調(diào)節(jié)的作用。2100433B

喘振是透平式壓縮機(jī)（也叫葉片式壓縮機(jī)）在流量減少到一定程度時所發(fā)生的一種非正常工況下的振動。離心式壓縮機(jī)是透平式壓縮機(jī)的一種形式，喘振對于離心式壓縮機(jī)有著很嚴(yán)重的危害。

防喘振控制的目的就是要始終保證工況點(diǎn)運(yùn)行在防喘振線以下的安全區(qū)域內(nèi)。從喘振的形成過程可以看出，在一定的排氣壓力下，防止壓縮機(jī)流量過小就能避免喘振發(fā)生。降低系統(tǒng)阻力是避免喘振的一項(xiàng)重要措施，然而工藝管網(wǎng)的阻力是一定的，所以實(shí)際中采用降低排氣壓力（放空）來增大壓縮機(jī)流量，消除喘振。