喘振性能曲線

所謂喘振，就是當具有“駝峰”形Q-H性能曲線的風機在曲線臨界點以左工作時，即在不穩(wěn)定區(qū)工作時，風機的流量和能頭在瞬間內(nèi)發(fā)生不穩(wěn)定的周期性反復變化的現(xiàn)象。風機產(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，由管路倒流入風機中（出現(xiàn)負流量），由于風機在繼續(xù)運行，所以當管路中壓力降低時，風機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流量時，上述過程又重復出現(xiàn)，即發(fā)生喘振。

軸流風機性能曲線的左半部具有一個馬鞍形的區(qū)域，在此區(qū)段運行有時會出現(xiàn)風機的流量、壓頭和功率的大幅度脈動，風機及管道會產(chǎn)生強烈的振動，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系。軸流風機Q－H性能曲線，若用節(jié)流調(diào)節(jié)方法減少風機的流量，如風機工作點在K點右側(cè)，則風機工作是穩(wěn)定的。當風機的流量Q < QK時，這時風機所產(chǎn)生的最大壓頭將隨之下降，并小于管路中的壓力，因為風道系統(tǒng)容量較大，在這一瞬間風道中的壓力仍為HK，因此風道中的壓力大于風機所產(chǎn)生的壓頭使氣流開始反方向倒流，由風道倒入風機中，工作點由K點迅速移至C點。但是氣流倒流使風道系統(tǒng)中的風量減小，因而風道中壓力迅速下降，工作點沿著CD線迅速下降至流量Q=0時的D點，此時風機供給的風量為零。由于風機在繼續(xù)運轉(zhuǎn)，所以當風道中的壓力降低倒相應的D點時，風機又開始輸出流量，

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

一般的處理原則是調(diào)整負荷、關小高出力風機的導葉開度使風機出力相近，減小負荷量的變化率，加強進風段和出風段的風壓探測和信息反饋控制，再根據(jù)上面所說的可能原因進行查找再作相應處理。

煙風道積灰堵塞或煙風道擋板開度不足引起系統(tǒng)阻力過大。；兩風機并列運行時導葉開度偏差過大使開度小的風機落入喘振區(qū)運行（我們常碰到的情況是風機導葉執(zhí)行機構(gòu)連桿在升降負荷時脫出，使兩風機導葉調(diào)節(jié)不同步引起大的偏差）；風機長期在低出力下運轉(zhuǎn)。

出現(xiàn)喘振的風機大致現(xiàn)象如下：

1 電流減小且頻繁擺動、出口風壓下降擺動。

2 風機聲音異常噪聲大、振動大、機殼溫度升高、引送風機喘振動使爐膛負壓波動燃燒不穩(wěn)。

流體機械及其管道中介質(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)生的機械振動。

壓氣機喘振是指氣流沿壓氣機軸線方向發(fā)生的低頻率(通常只有幾赫茲或十幾赫茲)、高振幅(強烈的壓強和流量波動)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，它會導致壓氣機部件的強烈機械振動和熱端超溫。并在很短的時間內(nèi)造成部件的嚴重損壞，所以在任何狀態(tài)下都不允許壓氣機進入喘振區(qū)工作。

喘振喘振過程

例如，泵或壓縮機運轉(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)倒流回機內(nèi)，直到出口壓力升高重新向管道輸送介質(zhì)為止；當管道中的壓力恢復到原來的壓力時,流量再次減少,管道中介質(zhì)又產(chǎn)生倒流，如此周而復始。

喘振產(chǎn)生原因

喘振的產(chǎn)生與流體機械和管道的特性有關，管道系統(tǒng)的容量越大，則喘振越強，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、喘振邊界線或喘振區(qū)。流體機械的喘振會破壞機器內(nèi)部介質(zhì)的流動規(guī)律性,產(chǎn)生機械噪聲,引起工作部件的強烈振動，加速軸承和密封的損壞。一旦喘振引起管道、機器及其基礎共振時，還會造成嚴重后果。為防止喘振，必須使流體機械在喘振區(qū)之外運轉(zhuǎn)。在壓縮機中，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)。當多臺機器串聯(lián)或并聯(lián)工作時，應有各自的防喘振調(diào)節(jié)裝置。

喘振，顧名思義就象人哮喘一樣，風機出現(xiàn)周期性的出風與倒流，相對來講軸流式風機更容易發(fā)生喘振，嚴重的喘振會導致風機葉片疲勞損壞。

風機在喘振區(qū)工作時，流量急劇波動，產(chǎn)生氣流的撞擊，使風機發(fā)生強烈的振動，噪聲增大，而且風壓不斷晃動，風機的容量與壓頭越大，則喘振的危害性越大。故風機產(chǎn)生喘振應具備下述條件：

a）風機的工作點落在具有駝峰形Q－H性能曲線的不穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)；

b）風道系統(tǒng)具有足夠大的容積，它與風機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 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)生在風機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，與風道系統(tǒng)的容量、形狀等無關。旋轉(zhuǎn)對風機的正常運轉(zhuǎn)影響不如喘振這樣嚴重。

風機在運行時發(fā)生喘振，情況就不相同。喘振時，風機的流量、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，損壞風機與管道系統(tǒng)。所以喘振發(fā)生時，風機無法運行。

軸流風機在葉輪進口處裝置喘振報警裝置，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值，因為它測到的是葉輪前的壓力。但是當風機進入喘振區(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發(fā)出報警信號，皮托管的報警值是這樣規(guī)定的：當動葉片處于最小角度位置（－30°） 用一U形管測得風機葉輪前的壓力再加上2000Pa壓力，作為喘振報警裝置的報警整定值。當運行工況超過喘振極限時，通過皮托管與差壓開關，利用聲光向控制臺發(fā)出報警信號，要求運行人員及時處理，使風機返回正常工況運行。

為防止軸流風機在運行時工作點落在旋轉(zhuǎn)脫流、喘振區(qū)內(nèi)，在選擇軸流風機時應仔細核實風機的經(jīng)常工作點是否落在穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，同時在選擇調(diào)節(jié)方法時，需注意工作點的變化情況，動葉可調(diào)軸流風機由于改變動葉的安裝角進行調(diào)節(jié)，所以當風機減少流量時，小風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償，使氣流的沖角不至于增大，于是風機不會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)脫流，更不會產(chǎn)生喘振。動葉安裝角減小時，風機不穩(wěn)定區(qū)越來越小，這對風機的穩(wěn)定運行是非常有利的。

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

2）如果管路性能曲線不經(jīng)過坐標原點時，改變風機的轉(zhuǎn)速，也可能得到穩(wěn)定的運行工況。通過風機各種轉(zhuǎn)速下性能曲線中最高壓力點的拋物線，將風機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)，當管路性能曲線經(jīng)過坐標原點時，改變轉(zhuǎn)速并無效果，因此時各轉(zhuǎn)速下的工作點均是相似工況點。

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

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機，而采用性能曲線平直向下傾斜的風機。

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、消失點等，都有它自己的規(guī)律，不受風機系統(tǒng)的容積和形狀的影響。

喘振是風機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機管道系統(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，而沖角的增大也與流量的減小有關。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，始終保證壓縮機工況點運行在喘振線以下，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線，一般將喘振線對應的排氣壓力下移8%～10%作為防喘振線，使工況點始終運行在防喘振線以下。如果工況點在防喘振線以上，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)響應過程。為了保證機組的安全，通常在喘振線和防喘振線之間設置一條放空線，用于機組危險時刻，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的重要控制內(nèi)容。

因出口流量是壓縮機入口壓差（喉部壓差）的函數(shù)f(Δp)，而實際采用的方法是實測出的壓縮機喉部壓差(Δp)與排氣壓力p的函數(shù)關系，得出壓縮機的喘振曲線，即在不同的喉部壓差下，測量對應的喘振壓力，將測量的點用折線連接即可繪出橫坐標為喉部差壓，縱坐標為排氣壓力的曲線，稱為該機組的喘振線。為了安全實際中將喘振線縱坐標參數(shù)下移3%作為放空線，工況點在放空線以下，系統(tǒng)根據(jù)喘振線自動調(diào)節(jié)喘振閥狀態(tài)，如果工況點在放空線以上，則放空閥全開，系統(tǒng)卸壓，以達到防止喘振的目的。通常實測喘振線縱坐標參數(shù)下移8%得到該機組的防喘振線，當出口壓力到達防喘振線時，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)入口溫度補償校正后的喉部壓差的計算函數(shù)f(Δp、T1)作為防喘振調(diào)節(jié)器計算壓力設定值SV，壓縮機實際出口壓力PV作為測量值，防喘振調(diào)節(jié)器通過對設定值和測量比較來調(diào)節(jié)喘振閥門實現(xiàn)壓縮機的防喘振控制。系統(tǒng)采集喉部差壓、入口溫度進行溫度力補償，將補償過的差壓，送給防喘振折線函數(shù)進行計算，得出該工況點下的排氣壓力上限，將該上限作為PID的設定值，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)設定值和過程測量值偏差的大小及負號進行可變增益和可變積分的計算實現(xiàn)防喘振閥的快開慢關。由于防喘振閥為氣關閥，故將PID調(diào)節(jié)輸出值與手動壓力調(diào)節(jié)制進行信號低選，即開度信號優(yōu)先。當壓縮機運行在安全域時，防喘振控制器的輸出為最大，一般為20mA，防喘振調(diào)節(jié)閥門處于完全關閉狀態(tài) 。

如圖3所示，系統(tǒng)設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。在壓縮機進入運行狀態(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，保證機組安全啟動。當機組運行不正常，需要進入“安全運行”或停機時，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。當實際出口壓力接近防喘振線時，系統(tǒng)通過和喘振報警設定值比較給出喘振預報警提示。防喘振控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)與防喘振保護系統(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，按預定高或低選關系選擇控制信號，以適應不同的工況。當工況異常時,防喘振器控制調(diào)節(jié)控制放空閥，實現(xiàn)機組的防喘振保護功能，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（也叫葉片式壓縮機）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。離心式壓縮機是透平式壓縮機的一種形式，喘振對于離心式壓縮機有著很嚴重的危害。

防喘振控制的目的就是要始終保證工況點運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重要措施，然而工藝管網(wǎng)的阻力是一定的，所以實際中采用降低排氣壓力（放空）來增大壓縮機流量，消除喘振。