中文名 | 離心壓縮機(jī)系統(tǒng)喘振特性的理論與實(shí)驗(yàn)研究 | 項(xiàng)目類(lèi)別 | 面上項(xiàng)目 |
---|---|---|---|
項(xiàng)目負(fù)責(zé)人 | 谷傳綱 | 依托單位 | 西安交通大學(xué) |
大型石化企業(yè)一天產(chǎn)值可達(dá)幾千萬(wàn)元,因此特別其大量采用的離心壓縮機(jī)系統(tǒng)的喘振的發(fā)生、預(yù)報(bào)與防治。本項(xiàng)目在大量的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,建立了考慮氣體壓縮性的離心壓縮機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析模型。該模型可解解釋深度喘振倒流發(fā)生的機(jī)理、特征、強(qiáng)度與首先發(fā)生倒流的部位等,并可通過(guò)計(jì)算,預(yù)測(cè)帶有中冷器、儲(chǔ)氣器的復(fù)雜壓縮系統(tǒng)的喘振點(diǎn),亦可用于穩(wěn)定性分析。因此,本項(xiàng)目為離心壓縮機(jī)的安全可靠運(yùn)行、推遲或控制喘振的發(fā)生、擴(kuò)大運(yùn)行范圍提供了重要的理論基礎(chǔ),有重要的應(yīng)用價(jià)值。另外,眾所周知,國(guó)外研究軸流壓縮機(jī)喘振較多,本項(xiàng)目對(duì)離心壓縮機(jī)系統(tǒng)的喘振、非穩(wěn)定流動(dòng)的理論方面作了大量開(kāi)創(chuàng)性工作,為今后進(jìn)一步發(fā)展提供了重要基礎(chǔ),有重要的理論意義。 2100433B
批準(zhǔn)號(hào) |
59476010 |
項(xiàng)目名稱(chēng) |
離心壓縮機(jī)系統(tǒng)喘振特性的理論與實(shí)驗(yàn)研究 |
項(xiàng)目類(lèi)別 |
面上項(xiàng)目 |
申請(qǐng)代碼 |
E0602 |
項(xiàng)目負(fù)責(zé)人 |
谷傳綱 |
負(fù)責(zé)人職稱(chēng) |
教授 |
依托單位 |
西安交通大學(xué) |
研究期限 |
1995-01-01 至 1997-12-31 |
支持經(jīng)費(fèi) |
7(萬(wàn)元) |
國(guó)內(nèi)離心壓縮機(jī)生產(chǎn)廠家哪家不錯(cuò)?
沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)廠、陜西鼓風(fēng)機(jī)廠、杭氧、開(kāi)空、錦華機(jī)、新錦華機(jī)、重慶通用機(jī)械、林德等。這些是國(guó)內(nèi)的有資質(zhì)生產(chǎn)大型離心壓縮機(jī)的生產(chǎn)廠家。沈鼓主要經(jīng)營(yíng)離心壓縮機(jī)(同時(shí)經(jīng)營(yíng)往復(fù)壓縮機(jī)和水泵及核泵、風(fēng)電);陜鼓是沈...
活塞式壓縮機(jī)、螺桿式壓縮機(jī)統(tǒng)稱(chēng)為容積式壓縮機(jī),而離心式壓縮機(jī)則是靠電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)葉輪高速運(yùn)轉(zhuǎn)而產(chǎn)生離心力的作用,使低壓氣態(tài)制冷劑從側(cè)面的吸入口被吸入,因高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力使其氣體獲得極大的動(dòng)能從葉輪...
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頁(yè)數(shù): 2頁(yè)
評(píng)分: 4.8
離心式壓縮機(jī)是工業(yè)生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備,目前已在各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。但是,離心式壓縮機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行工況較窄,容易發(fā)生喘振現(xiàn)象,喘振現(xiàn)象對(duì)于離心式壓縮機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有較大危害,因此,繪制出喘振曲線進(jìn)行防喘振控制尤為重要。
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離心式壓縮機(jī)是工業(yè)生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備,目前已在各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。但是,離心式壓縮機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行工況較窄,容易發(fā)生喘振現(xiàn)象,喘振現(xiàn)象對(duì)于離心式壓縮機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有較大危害,因此,繪制出喘振曲線進(jìn)行防喘振控制尤為重要。
中央空調(diào)冷水機(jī)組運(yùn)行參數(shù)和工況分析
一、喘振產(chǎn)生的機(jī)理
離心壓縮機(jī)的基本工作原理是利用高速旋轉(zhuǎn)的葉輪對(duì)氣體做功,將機(jī)械能加給氣體,使氣體壓力升高,速度增大,氣體獲得壓力能和速度能。在葉輪后面設(shè)置有通流面積逐漸擴(kuò)大的擴(kuò)壓元件,高壓氣體從葉輪流出后,再流經(jīng)擴(kuò)壓器進(jìn)行降速擴(kuò)壓,使氣體流速降低,壓力繼續(xù)升高,即把氣體的一部分速度能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?,完成了壓縮過(guò)程。
擴(kuò)壓器流道內(nèi)的邊界層分離現(xiàn)象:擴(kuò)壓器流道內(nèi)氣流的流動(dòng),來(lái)自葉輪對(duì)氣流所做功轉(zhuǎn)變成的動(dòng)能,邊界層內(nèi)氣流流動(dòng),主要靠主流中傳遞來(lái)的動(dòng)能,邊界層內(nèi)氣流流動(dòng)時(shí),要克服壁面的摩擦力,由于沿流道方向速度降低,壓力增大,主流的動(dòng)能也不斷減小。
當(dāng)主流傳遞給邊界層的動(dòng)能不足以使之克服壓力差繼續(xù)前進(jìn)時(shí),最終邊界層的氣流停滯下來(lái),進(jìn)而發(fā)生旋渦和倒流,使氣流邊界層分離。氣體在葉輪中的流動(dòng)也是一種擴(kuò)壓流動(dòng),當(dāng)流量減小或壓差增大時(shí)也會(huì)出現(xiàn)這種邊界層分離現(xiàn)象。
當(dāng)流道內(nèi)氣體流量減少到某一值后,葉道進(jìn)口氣流的方向就和葉片進(jìn)口角很不一致,沖角α大大增加,在非工作面引起流道中氣流邊界層嚴(yán)重分離,使流道進(jìn)出口出現(xiàn)強(qiáng)烈的氣流脈動(dòng)。
當(dāng)流量大大減小時(shí),由于氣流流動(dòng)的不均勻性及流道型線的不均勻性,假定在B流道發(fā)生氣流分離的現(xiàn)象,這樣B流道的有效通流面積減小,使原來(lái)要流過(guò)B流道的氣流有一部分要流向相鄰的A流道和C流道,這樣就改變了A流道,C流道原來(lái)氣流的方向,它使C流道的沖角有所減小,A流道的沖角更加增大,從而使A流道中的氣流分離,反過(guò)來(lái)使B流道沖角減小而消除了分離現(xiàn)象,于是分離現(xiàn)象由B流道轉(zhuǎn)移到A流道。這樣分離區(qū)就以和葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反的方向旋轉(zhuǎn)移動(dòng),這種現(xiàn)象稱(chēng)為旋轉(zhuǎn)脫離。
擴(kuò)壓器同樣存在旋轉(zhuǎn)脫離。在壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中,流量不斷減小到Qmin值時(shí),在壓縮機(jī)流道中出現(xiàn)如上所述嚴(yán)重的旋轉(zhuǎn)脫離,流動(dòng)嚴(yán)重惡化,使壓縮機(jī)出口排氣壓力突然大大下降,低于冷凝器的壓力,氣流就倒流向壓縮機(jī),一直到冷凝壓力低于壓縮機(jī)出口排氣壓力為止,這時(shí)倒流停止,壓縮機(jī)的排量增加,壓縮機(jī)恢復(fù)正常工作。
而實(shí)際上壓縮機(jī)的總負(fù)荷很小,限制了壓縮機(jī)的排量,壓縮機(jī)的排量又慢慢減小,氣體又產(chǎn)生倒流,如此反復(fù),在系統(tǒng)中產(chǎn)生了周期性的氣流振蕩現(xiàn)象,這種現(xiàn)象稱(chēng)為喘振。
壓縮機(jī)達(dá)到最小排量點(diǎn)而產(chǎn)生嚴(yán)重的氣流旋轉(zhuǎn)脫離是內(nèi)因,而壓縮機(jī)的性能曲線狀況和工況點(diǎn)的位置是條件,內(nèi)因只有在條件的促成下,才能發(fā)生特有的現(xiàn)象——喘振。
離心冷水機(jī)組運(yùn)行在部分負(fù)荷時(shí),壓縮機(jī)導(dǎo)葉開(kāi)度減小,參與循環(huán)的制冷劑流量減少。壓縮機(jī)排量減小,葉輪達(dá)到壓頭的能力也減小。而冷卻水溫由于冷卻塔未改變而維持不變,則此時(shí)就可能發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速或喘振。
喘振是速度型離心式壓縮機(jī)的固有特性。因此對(duì)于任何一臺(tái)離心式壓縮機(jī),當(dāng)排量小到某一極限點(diǎn)時(shí)就會(huì)發(fā)生該現(xiàn)象。冷水機(jī)組是否在喘振點(diǎn)附近運(yùn)行,主要取決于機(jī)組的運(yùn)行工況。在什么狀態(tài)發(fā)生喘振只有通過(guò)對(duì)機(jī)器的試驗(yàn),即不斷減少其流量,才可以測(cè)出具體的喘振點(diǎn)。
由于壓縮機(jī)葉輪流道內(nèi)氣體流量的減少,按照壓縮機(jī)的特性曲線,其運(yùn)行的工況點(diǎn)引向高壓縮比方向。這時(shí)氣流方向的改變?cè)谌~輪入口產(chǎn)生較大的正沖角,使得葉輪葉片上的非工作面產(chǎn)生嚴(yán)重的氣流“脫離現(xiàn)象”,氣動(dòng)損失增大,葉輪出口處產(chǎn)生負(fù)壓區(qū),引起冷凝器上部或蝸殼內(nèi)原有的正壓氣流沿壓降方向“倒灌”,退回葉輪內(nèi),使葉輪流道內(nèi)的混合流量增大,葉輪恢復(fù)正常工作。
如此時(shí)壓縮機(jī)工況點(diǎn)仍未脫離喘振點(diǎn)(區(qū)),又將出現(xiàn)上述氣流的“倒灌”。氣流這種周期性的往返脈動(dòng),正是壓縮機(jī)喘振的根本原因。
二、喘振的危害性
喘振是離心式壓縮機(jī)的運(yùn)行工況在小流量、高壓比區(qū)域中所產(chǎn)生的一種不穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。壓縮機(jī)喘振時(shí),將出現(xiàn)氣流周期性振蕩現(xiàn)象。喘振帶給壓縮機(jī)嚴(yán)重的破壞,會(huì)導(dǎo)致下列嚴(yán)重后果:
(1)使壓縮機(jī)的性能顯著惡化,氣體參數(shù)(壓力、排量) 產(chǎn)生大幅度脈動(dòng)。
(2)噪聲加大。
(3)大大加劇整個(gè)機(jī)組的振動(dòng)。喘振使壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子的元件經(jīng)受交變的動(dòng)應(yīng)力:壓力失調(diào)引起強(qiáng)烈的振動(dòng),使機(jī)組中心偏移,軸承磨損,密封間隙增大;甚至發(fā)生轉(zhuǎn)子和定子元件相碰等:葉輪動(dòng)應(yīng)力加大。
(4)電流發(fā)生脈動(dòng)。
(5)小制冷量機(jī)組的脈動(dòng)頻率比大型機(jī)組高,但振幅小。
不同于一般的機(jī)械振動(dòng),在壓縮機(jī)出口產(chǎn)生氣流的反復(fù)倒灌、吐出、來(lái)回撞擊,使得主電機(jī)交替出現(xiàn)滿(mǎn)載和空載,電流表指針或壓縮機(jī)出口壓力表指針產(chǎn)生大幅度無(wú)規(guī)律的強(qiáng)烈抖擺和跳動(dòng)。壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子在機(jī)內(nèi)沿軸向來(lái)回竄動(dòng),并伴有金屬摩擦和撞擊聲響。
三、防喘振措施
1、熱氣旁通喘振防護(hù)原理
一旦進(jìn)入喘振工況,應(yīng)立即采取調(diào)節(jié)措施,降低出口壓力或增加入口流量。從以上喘振產(chǎn)生的機(jī)理來(lái)看,在離心式冷水機(jī)組中,壓比和負(fù)荷是影響喘振的兩大因素。當(dāng)負(fù)荷越來(lái)越小,小到某一極限點(diǎn)時(shí),便會(huì)發(fā)生喘振,或者當(dāng)壓比大到某一極限點(diǎn)時(shí),便會(huì)發(fā)生喘振。
用熱氣旁通來(lái)進(jìn)行喘振防護(hù),是通過(guò)喘振保護(hù)線來(lái)控制熱氣旁通的開(kāi)啟或關(guān)閉,使機(jī)組遠(yuǎn)離喘振點(diǎn),達(dá)到保護(hù)的目的。從冷凝器連接到蒸發(fā)器一根連接管,當(dāng)運(yùn)行點(diǎn)到達(dá)喘振保護(hù)點(diǎn)而未達(dá)到喘振點(diǎn)時(shí),通過(guò)控制系統(tǒng)打開(kāi)熱氣旁通電磁閥,從冷凝器的熱氣排到蒸發(fā)器,降低了壓比,同時(shí)提高了排氣量,從而避免了喘振的發(fā)生。
2、改變壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速
壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速改變,壓縮機(jī)的性能曲線將隨著移動(dòng),可以增加穩(wěn)定工況區(qū)域,它適用于蒸汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)拖動(dòng)的機(jī)組,是一種比較經(jīng)濟(jì)的調(diào)節(jié)方法,只是調(diào)節(jié)后的工作點(diǎn)不一定是最高效率點(diǎn)。但對(duì)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的機(jī)組,為了便于變速,就要用直流機(jī)組或采用變頻方法,這會(huì)使設(shè)備大大復(fù)雜化,同時(shí)造價(jià)也高。
3、多級(jí)壓縮
多級(jí)壓縮以降低壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速。一般多級(jí)機(jī)器中任何一級(jí)發(fā)生喘振,都會(huì)影響到整臺(tái)機(jī)器的正常工作。采用多級(jí)壓縮,在同樣的壓比工況下,可大大降低壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速,增大穩(wěn)定工況區(qū)域。
4、采用轉(zhuǎn)動(dòng)的擴(kuò)壓器調(diào)節(jié)
當(dāng)流量減小時(shí),一般在擴(kuò)壓器中首先產(chǎn)生嚴(yán)重的旋轉(zhuǎn)脫離而導(dǎo)致喘振。在流量變化時(shí),如果能相應(yīng)改變擴(kuò)壓器流道的進(jìn)口幾何角,以適應(yīng)改變了的工況,使沖角α不致很大,則可使性能曲線向小流量區(qū)大幅度移動(dòng),擴(kuò)大穩(wěn)定工況范圍,使喘振流量大為降低,達(dá)到防喘振的目的。該防喘振控制方式,已在開(kāi)利的產(chǎn)品中得到具體的應(yīng)用,但低負(fù)荷時(shí)仍須采用熱氣旁通。
5、可移動(dòng)式擴(kuò)壓腔
上面提到,在離心式冷水機(jī)組中喘振發(fā)生的原因?yàn)閴罕群拓?fù)荷。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行的壓比一定時(shí)(提升力),機(jī)組的運(yùn)行負(fù)荷將影響機(jī)組是否發(fā)生喘振。對(duì)于離心機(jī)組來(lái)說(shuō),當(dāng)運(yùn)行負(fù)荷降低時(shí),壓縮機(jī)的導(dǎo)葉逐漸關(guān)閉,吸氣量降低,如果擴(kuò)壓腔的通道面積不變,則氣體的流速降低:當(dāng)氣體的流速無(wú)法克服擴(kuò)壓腔的阻力損失時(shí),氣流會(huì)出現(xiàn)停滯,由于氣體動(dòng)能的下降,轉(zhuǎn)化的壓力能也降低:當(dāng)氣流體壓力小于排氣管網(wǎng)的壓力時(shí),氣流發(fā)生倒流,喘振發(fā)生。
四、結(jié)論
熱氣旁通、改變壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速、多級(jí)壓縮、轉(zhuǎn)動(dòng)的擴(kuò)壓器調(diào)節(jié)以及散流滑塊設(shè)計(jì)均能有效避免“喘振”,對(duì)于離心式冷水機(jī)組具有較好的節(jié)能效果。
制冷百科
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喘振控制的目的就是要在喘振出現(xiàn)先兆時(shí)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(duì)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(dòng)調(diào)節(jié)防喘振閥門(mén)開(kāi)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(gè)動(dòng)態(tài)折線函數(shù),
隨著工況點(diǎn)的壓力變化而做動(dòng)態(tài)的變化,其調(diào)節(jié)過(guò)程也是一個(gè)動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)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(shí)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(cè)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(cè)量對(duì)應(yīng)的喘振壓力,將測(cè)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(chēng)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(dòng)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(kāi),系統(tǒng)卸壓,以達(dá)到防止喘振的目的。通常實(shí)測(cè)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(shí),控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)防喘振閥開(kāi)度,降低出口壓力來(lái)防止喘振發(fā)生 。
【學(xué)員問(wèn)題】離心式制冷壓縮機(jī)防喘振措施?
【解答】1、喘振產(chǎn)生的機(jī)理
離心壓縮機(jī)的基本工作原理是利用高速回轉(zhuǎn)的葉輪對(duì)氣體做功,將機(jī)械能加給氣體,負(fù)氣體壓力升高,速度增大,氣體獲得壓力能和速度能。在葉輪后面設(shè)置有通流面積逐漸擴(kuò)大的擴(kuò)壓元件,高壓氣體從葉輪流出后,再流經(jīng)擴(kuò)壓器進(jìn)行降速擴(kuò)壓,負(fù)氣體流速降低,壓力繼續(xù)升高,即把氣體的一部分速度能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?,完成了壓縮過(guò)程。擴(kuò)壓器流道內(nèi)的邊界層分離現(xiàn)象:擴(kuò)壓器流道內(nèi)氣流的活動(dòng),來(lái)自葉輪對(duì)氣流所做功轉(zhuǎn)變成的動(dòng)能,邊界層內(nèi)氣流活動(dòng),主要靠主流中傳遞來(lái)的動(dòng)能,邊界層內(nèi)氣流活動(dòng)時(shí),要克服壁面的摩擦力,由于沿流道方向速度降低,壓力增大,主流的動(dòng)能也不斷減小。當(dāng)主流傳遞給邊界層的動(dòng)能不足以使之克服壓力差繼續(xù)前進(jìn)時(shí),終極邊界層的氣流停滯下來(lái),進(jìn)而發(fā)生旋渦和倒流,負(fù)氣流邊界層分離。氣體在葉輪中的活動(dòng)也是一種擴(kuò)壓活動(dòng),當(dāng)流量減小或壓差增大時(shí)也會(huì)出現(xiàn)這種邊界層分離現(xiàn)象。
當(dāng)流道內(nèi)氣體流量減少到某一值后,葉道進(jìn)口氣流的方向就和葉片進(jìn)口角很不一致,沖角α大大增加,在非工作面引起流道中氣流邊界層嚴(yán)重分離,使流道進(jìn)出口出現(xiàn)強(qiáng)烈的氣流脈動(dòng)。當(dāng)流量大大減小時(shí),由于氣流活動(dòng)的不均勻性及流道型線的不均勻性,假定在B流道發(fā)生氣流分離的現(xiàn)象,這樣B流道的有效通流面積減小,使原來(lái)要流過(guò)B流道的氣流有一部分要流向相鄰的A流道和C流道,這樣就改變了A流道,C流道原來(lái)氣流的方向,它使C流道的沖角有所減小,A流道的沖角更加增大,從而使A流道中的氣流分離,反過(guò)來(lái)使B流道沖角減小而消除了分離現(xiàn)象,于是分離現(xiàn)象由B流道轉(zhuǎn)移到A流道。這樣分離區(qū)就以和葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反的方向旋轉(zhuǎn)移動(dòng),這種現(xiàn)象稱(chēng)為旋轉(zhuǎn)脫離。
擴(kuò)壓器同樣存在旋轉(zhuǎn)脫離。在壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中,流量不斷減小到Qmin值時(shí),在壓縮機(jī)流道中出現(xiàn)如上所述嚴(yán)重的旋轉(zhuǎn)脫離,活動(dòng)嚴(yán)重惡化,使壓縮機(jī)出口壓力忽然大大下降,低于冷凝器的壓力,氣流就倒流向壓縮機(jī),一直到冷凝壓力低于壓縮機(jī)出口壓力為止,這時(shí)倒流停止,壓縮機(jī)的排量增加,壓縮機(jī)恢復(fù)正常工作。而實(shí)際上壓縮機(jī)的總負(fù)荷很小,限制了壓縮機(jī)的排量,壓縮機(jī)的排量又慢慢減小,氣體又產(chǎn)生倒流,如此反復(fù),在系統(tǒng)中產(chǎn)生了周期性的氣流振蕩現(xiàn)象,這種現(xiàn)象稱(chēng)為喘振。
壓縮機(jī)達(dá)到最小排量點(diǎn)而產(chǎn)生嚴(yán)重的氣流旋轉(zhuǎn)脫離是內(nèi)因,而壓縮機(jī)的性能曲線狀況和工況點(diǎn)的位置是條件,內(nèi)因只有在條件的促成下,才能發(fā)生特有的現(xiàn)象———喘振。
離心冷水機(jī)組運(yùn)行在部分負(fù)荷時(shí),壓縮機(jī)導(dǎo)葉開(kāi)度減小,參與循環(huán)的制冷劑流量減少。壓縮機(jī)排量減小,葉輪達(dá)到壓頭的能力也減小。而冷卻水溫由于冷卻塔未改變而維持不變,則此時(shí)就可能發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速或喘振。
喘振是速度型離心式壓縮機(jī)的固有特性。因此對(duì)于任何一臺(tái)壓縮機(jī),當(dāng)排量小到某一極限點(diǎn)時(shí)就會(huì)發(fā)生該現(xiàn)象。冷水機(jī)組是否在喘振點(diǎn)四周運(yùn)行,主要取決于機(jī)組的運(yùn)行工況。在什么狀態(tài)發(fā)生喘振只有通過(guò)對(duì)機(jī)器的試驗(yàn),即不斷減少其流量,才可以測(cè)出具體的喘振點(diǎn)。
由于壓縮機(jī)葉輪流道內(nèi)氣體流量的減少,按照壓縮機(jī)的特性曲線,其運(yùn)行的工況點(diǎn)引向高壓縮比方向。這時(shí)氣流方向的改變?cè)谌~輪進(jìn)口產(chǎn)生較大的正沖角,使得葉輪葉片上的非工作面產(chǎn)生嚴(yán)重的氣流“脫離現(xiàn)象”,氣動(dòng)損失增大,葉輪出口處產(chǎn)生負(fù)壓區(qū),引起冷凝器上部或蝸殼內(nèi)原有的正壓氣流沿壓降方向“倒灌”,退回葉輪內(nèi),使葉輪流道內(nèi)的混合流量增大,葉輪恢復(fù)正常工作。
如此時(shí)壓縮機(jī)工況點(diǎn)仍未脫離喘振點(diǎn)(區(qū)),又將出現(xiàn)上述氣流的“倒灌”。氣流這種周期性的往返脈動(dòng),正是壓縮機(jī)喘振的根本原因。
2、喘振運(yùn)行狀態(tài)
喘振是離心式壓縮機(jī)的運(yùn)行工況在小流量、高壓比區(qū)域中所產(chǎn)生的一種不穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。壓縮機(jī)喘振時(shí),將出現(xiàn)氣流周期性振蕩現(xiàn)象。喘振帶給壓縮機(jī)嚴(yán)重的破壞,會(huì)導(dǎo)致下列嚴(yán)重后果:
1)使壓縮機(jī)的性能明顯惡化,氣體參數(shù)(壓力、排量)產(chǎn)生大幅度脈動(dòng)。2)噪聲加大。3)大大加劇整個(gè)機(jī)組的振動(dòng)。喘振使壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子的元件經(jīng)受交變的動(dòng)應(yīng)力:壓力失調(diào)引起強(qiáng)烈的振動(dòng),使密封和軸承損壞,甚至發(fā)生轉(zhuǎn)子和定子元件相碰等:葉輪動(dòng)應(yīng)力加大。4)電流發(fā)生脈動(dòng)。5)小制冷量機(jī)組的脈動(dòng)頻率比大型機(jī)組高,但振幅小。
不同于一般的機(jī)械振動(dòng),在壓縮機(jī)出口產(chǎn)生氣流的反復(fù)倒灌、吐出、往返撞擊,使得主電機(jī)交替出現(xiàn)滿(mǎn)載和空載,電流表指針或壓縮機(jī)出口壓力表指針產(chǎn)生大幅度無(wú)規(guī)律的強(qiáng)烈抖擺和跳動(dòng)。壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子在機(jī)內(nèi)沿軸向往返竄動(dòng),并伴有金屬摩擦和撞擊聲響。
3、防喘振措施
3.1 熱氣旁通喘振防護(hù)原理
一旦進(jìn)進(jìn)喘振工況,應(yīng)立即采取調(diào)節(jié)措施,降低出口壓力或增加進(jìn)口流量。從以上喘振產(chǎn)生的機(jī)理來(lái)看,在離心式冷水機(jī)組中,壓比和負(fù)荷是影響喘振的兩大因素。當(dāng)負(fù)荷越來(lái)越小,小到某一極限點(diǎn)時(shí),便會(huì)發(fā)生喘振,或者當(dāng)壓比大到某一極限點(diǎn)時(shí),便會(huì)發(fā)生喘振。用熱氣旁通來(lái)進(jìn)行喘振防護(hù),是通過(guò)喘振保護(hù)線來(lái)控制熱氣旁通的開(kāi)啟或封閉,使機(jī)組闊別喘振點(diǎn),達(dá)到保護(hù)的目的。從冷凝器連接到蒸發(fā)器一根連接管,當(dāng)運(yùn)行點(diǎn)到達(dá)喘振保護(hù)點(diǎn)而未達(dá)到喘振點(diǎn)時(shí),通過(guò)控制系統(tǒng)打開(kāi)熱氣旁通電磁閥,從冷凝器的熱氣排到蒸發(fā)器,降低了壓比,同時(shí)進(jìn)步了排氣量,從而避免了喘振的發(fā)生。
3.2 改變壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速
壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速改變,壓縮機(jī)的性能曲線將隨著移動(dòng),可以增加穩(wěn)定工況區(qū)域,它適用于蒸汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)拖動(dòng)的機(jī)組,是一種比較經(jīng)濟(jì)的調(diào)節(jié)方法,只是調(diào)節(jié)后的工作點(diǎn)不一定是最高效率點(diǎn)。但對(duì)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的機(jī)組,為了便于變速,就要用直流機(jī)組或采用變頻方法,這會(huì)使設(shè)備大大復(fù)雜化,同時(shí)造價(jià)也高。
3.3 多級(jí)壓縮
多級(jí)壓縮以降低壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速。一般多級(jí)機(jī)器中任何一級(jí)發(fā)生喘振,都會(huì)影響到整臺(tái)機(jī)器的正常工作。采用多級(jí)壓縮,在同樣的壓比工況下,可大大降低壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速,增大穩(wěn)定工況區(qū)域。
3.4 采用轉(zhuǎn)動(dòng)的擴(kuò)壓器調(diào)節(jié)
當(dāng)流量減小時(shí),一般在擴(kuò)壓器中首先產(chǎn)生嚴(yán)重的旋轉(zhuǎn)脫離而導(dǎo)致喘振。在流量變化時(shí),假如能相應(yīng)改變擴(kuò)壓器流道的進(jìn)口幾何角,以適應(yīng)改變了的工況,使沖角α不致很大,則可使性能曲線向小流量區(qū)大幅度移動(dòng),擴(kuò)大穩(wěn)定工況范圍,使喘振流量大為降低,達(dá)到防喘振的目的。該防喘振控制方式,已在開(kāi)利的產(chǎn)品中得到具體的應(yīng)用,但低負(fù)荷時(shí)仍須采用熱氣旁通。
3.5 可移動(dòng)式擴(kuò)壓腔
上面提到,在離心式冷水機(jī)組中喘振發(fā)生的原由于壓比和負(fù)荷。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行的壓比一定時(shí)(提升力),機(jī)組的運(yùn)行負(fù)荷將影響機(jī)組是否發(fā)生喘振。對(duì)于離心機(jī)組來(lái)說(shuō),當(dāng)運(yùn)行負(fù)荷降低時(shí),壓縮機(jī)的導(dǎo)葉逐漸封閉,吸氣量降低,假如擴(kuò)壓腔的通道面積不變,則氣體的流速降低:當(dāng)氣體的流速無(wú)法克服擴(kuò)壓腔的阻力損失時(shí),氣流會(huì)出現(xiàn)停滯,由于氣體動(dòng)能的下降,轉(zhuǎn)化的壓力能也降低:當(dāng)氣流體壓力小于排氣管網(wǎng)的壓力時(shí),氣流發(fā)生倒流,喘振發(fā)生。
4、結(jié)語(yǔ)
熱氣旁通、改變壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速、多級(jí)壓縮、轉(zhuǎn)動(dòng)的擴(kuò)壓器調(diào)節(jié)以及散流滑塊設(shè)計(jì)均能有效避免“喘振”,對(duì)于離心式冷水機(jī)組具有較好的節(jié)能效果。
以上內(nèi)容均根據(jù)學(xué)員實(shí)際工作中遇到的問(wèn)題整理而成,供參考,如有問(wèn)題請(qǐng)及時(shí)溝通、指正。