压缩机防喘振阀门的噪音和选型分析

陆耀

上海埃弗斯阀门制造有限公司

摘要：压缩机在工业生产中应用非常广泛，但由于压缩机会产生较大的噪音污染，所以对压缩机防喘振阀门的选型，是降低压缩机噪音的关键点，在对压缩机防喘振阀门的选择中，根据实际情况选择对应的阀门，不仅可以降低噪音污染，而且还可以确保压缩机能够正常稳定的运行。

关键词：压缩机；防喘振阀门；选型分析

引言：压缩机主要用于石油、化工、冶金等行业中，通过提高其压力和输送压缩介质，将低压力转换为高压气体的功能，给各种相关设备提供了必要的动力，所以压缩机在工业行业中是必不可少的关键性设备，对于工业行业的发展起到了巨大的推动作用，因此采用安全可靠的压缩机防喘振阀门对于整个工业生产安全起到了重要的保护作用。

1.压缩机喘振发生的原因分析

1.1压缩机升速压过快

压缩机在正常工作运行中，要保证速度和压力的上升缓慢均匀，如果无征兆的出现升速或者降速情况，就会导致压缩机发生喘振。比如在初选防控、回流等过程中，会导致转速降低后，压缩的气体倒流，而使压缩机喘振发生故障。

1.2设备零件故障

任何机械设备在使用的过程中，都会出现零件故障的情况，由于压缩机属于机械密封，在平衡盘密封时，相关的O型环等部件因为安装位置不全以及安装位置不准确的情况下，会使压缩机的相关零部件出现脱落的情况，最终会影响到压缩机的正常使用，使压缩机发生喘振^[1]。如果压缩机的过滤器阻力比较大的时候，随着逆止阀的失效或者破损，同样也会引起压缩机喘振的情况发生。

1.3介质异常状态引起喘振

压缩机发生喘振可能与气体的介质有着很大的关系，因为气体的状态会影响到压缩机压缩的介质流量，从而使喘振的流量受到影响，使压缩机喘振发生故障。常见影响压缩机喘振的介质有进气温度、压力、气体成分等因素，随着喘振转速不变的情况下，出口压力也在不变的情况下，气体入口的温度增加容易发生喘振。但是随着压缩机运行中的转速逐渐变得均匀后，随着进气压力的升高，压缩机的喘振值则会增加，当转速不变的情况下，而气体分子量却逐渐减少的情况下，也会发生喘振的情况。

1.4吸入流量不足

当压缩机在工作中受到外界其他因素的影响后，随着压缩机的快速转动，有可能会引起压缩机喘振的情况发生。这种情况下引起压缩机喘振的原因种类比较多，主要包括滤芯太脏、结冰、入口气源减少、供气不足、缺乏气源补充等，针对这些情况，如果不及时进行调节，就会导致压缩机可能发生喘振。

1.5工况环境的改变

在压缩机的工作中，如果工作环境发生改变，当压缩机的运行点落入到喘振区，那么随着工况的变化，当改变转速以及流量的时候，在压力还没有来之前，通过查看特性曲线，可以使压缩机运行点落入到喘振区，从而以前你压缩机喘振的情况发生^[2]。

1.6压缩机系统压力较高

如果压缩机系统内部的压力比较高，一旦压缩机内的气体进行放空或者回流，那么有可能会导致压缩机出现紧急停机的情况，从而会影响到出口管路上的单向逆止阀门动作。由于单向阀距压缩机的出口太远，而阀门前的气体容量又比较大，当系统突然减量的时候，压缩机一般来不及调节，防喘系统通常不会自动开启，从而造成压缩机喘振的情况。

1.7防喘系统未投入

随着外界因素的快速变化，当蒸汽压力下降或者气量波动的情况下，汽轮机的转速下降会导致防喘振系统无法及时利用手动调节的方式投入使用，或者当气体被中断后，在没有使用自动防喘振装置时，有可能会造成喘振的情况发生。

2.压缩机防喘振阀门打开时产生噪音类型及原因分析

2.1喷射噪音形成的原因

在压缩机的工作过程中，由于压缩机的气流从管口高速喷出后，会和管口外的空气发生强烈的混合而产生噪音，这种噪音被称为喷射噪音。而造成喷射噪音的主要原因是压缩机在发生喘振的过程中，需要大量的气体回流降低喘振的发生概率，导致压缩机内的阀门内的压力会比较小，当气流出现碰撞后，气流会达到流动速度的峰值，从而形成喷射噪音^[3]。同时阀件在受到喷射出来的气体冲击后，会导致压缩机阀门内的套筒、阀芯、阀杆以及导向套之间发生剧烈的碰撞，由于碰撞，会使得气体以极高的速度直接喷射到阀件的表面，阀件在这个过程中会伴随着气体的压力波动而产生剧烈的震动。

2.2冲击波噪音形成的原因

冲击波的形成与压缩机内压强有着重要的关联，由于压缩机内部的压强非常高，使得压缩机内的流体会以波的形式直接传递出来，从而形成冲击波噪音。通常情况下，由于冲击波的传播速度要比声音的速度快，因此冲击波在传递的过程中，会有能量的转换情况发生，对于压差比较大的压缩机内，阀前和阀后的压力会超过一定的临界点而产生强大的冲击波。压缩机内部阀门如果被打开，那么冲击波会直接冲向阀件内，随之使阀件的表面气体由于来不及流出而突然被压缩，当冲击波的压强变大的情况下，还会出现喷射噪音和旋流噪音。但无论是喷射噪音还是旋涡噪音，和冲击波噪音相比，都显得微不足道，这是因为冲击波噪音会对阀内件表面产生巨大的破坏，使相关材料被流体直接冲蚀掉，使压缩机受到严重的损坏。

2.3旋流噪音形成的原因

旋流噪音的形成主要是由于气体分子的粘滞摩擦造成的，当气体的流速和障碍物之间产生气流以及相互作用的情况下，会导致障碍物的下游形成带有涡流。由于这些气流在压缩机内会不断的形成，然后又不断的脱落，由于这种情况不断的发生，使得压缩机内的每一个涡流中心压强都会比周围的流体压强低。同时在这种情况下，还会出现喘动气流的情况，由于气压的强弱变化，最终会通过障碍物的传递，在一定程度下逐渐形成旋流噪音^[4]。

3.防喘振阀结构对压缩机防喘振性能的影响

防喘振阀结构通常采用二阀分程调节的方式，首先是防喘振的输出在0%-60%时阀的动作，其次是防喘振的输出在60%-100%时阀的动作，都会对防喘振性能造成一定的影响。

3.1防喘振阀常见的结构故障

机组处于正常的运行过程中，一旦用气的设备发生故障时，外界的用气量会突然减少，设备系统自动跟踪调节，可以防喘振阀的打开，随着系统处于阀接近全开时，突然出现机组入口流量，会使出口压力大幅度的出现波动，通过手动的方式打开阀约15%后，波动的现象会逐渐消除^[5]。当机组正常停车后，开防喘振阀降压过程中，系统处于阀接近全开但未开时，突然出现机组入口的流量，会随着出口压力大幅度波动而迅速继续打开阀约15%后，相关波动故障才会消除。而机组开车提压过程中，随着对阀门的全部关闭时，机组流量反而会随之上升，当出口压力下降时，继续关小流量，那么机组会恢复到正常情况，并随着出口压力实现重新上升。

3.2原因分析

当 机组采用二阀分程调节，那么其流量特征应该如图一所示，但实际上由于阀结构的特殊性，当流量不足时，就无法造成实际流量特性曲线图如图二所示。在这个过程中，开阀过程中机组回流量的增加并不是防喘振输出的单值函数，目的是为了使机组的运行变得比较稳定，随着机组回流量的增加成为防喘振输出的单直函数，则取决于防喘振阀的流量特性和良好搭接。

图一：设计流量特征 图二：实际流量特征

4.压缩机防喘振阀门的类型及动作时间分析

4.1压缩机防喘振阀门的选择

在对压缩机防喘振阀门的选择中，通常会有两种选择方法，首先是在压缩设计的过程中，需要选择哪些可以增加叶片气体绕流无脱离的稳定区，这样有利于压缩机内的气体流动。其次是选择压缩机防喘装置，选择那些防喘效果比较好的装置，可以有效的避免压缩机出现喘振的情况发生。当压缩机在运行的时，由于压缩机的流量低于限制的流量，因此这些流量在通过防喘振阀门的时候，就能够实现利用防空阀的方式切断阀门内介质的流量和压力，从而有利于使压缩机在使用中变得足够稳定^[6]。但是通常情况下，压缩机防喘振内的阀门由于动作时间非常快，使得大部分压缩机的防喘振时间很难满足压缩机内的介质回流速度，最终会造成压缩机在工作中的稳定性相对而言会变得非常差，由于压缩机稳定性比较差，导致喘振的情况会频频发生。

4.1.1选用高压差阀门

压缩机因为具有一定的特殊性，在使用过程中，压缩机内的相关介质会全部变为可压缩的气体，因此压缩机内部通常会受到介质流量、温差以及温度等情况的影响，不同的因素会造成不同的结果。例如当流量、温度、压力不变时，分子量减少，阀门内的介质流速和噪音就会明显的提高。但是如果流量、温度以及分子量在稳定不变的情况下，或者温度、压力、分子量不变的情况下，会导致压缩机内的压差或者介质流量发生改变，从而也会引起压缩机喘振的情况发生。因此在压缩机运行的整个过程中，为了避免流量、温度、分子等原因造成的影响，就需要选择高压差阀门可以很好的避免压缩机在使用中因为这些原因而造成的噪音污染。

4.1.2选用直通单座阀

直通单作阀主要适用于压缩机内压差在1MPA以下的场合中，这是因为直通单作阀和其它阀门不同，直通单作阀由于内部的CV和压差都比较小，无法承受较大的压力值，因此适用于压差小的一些场合中，但需要注意的是阀内件必须进行堆焊强化处理，才能确保直通单座阀的需求，从而满足压缩机的使用。

4.1.3选用蝶阀

当阀门前后的压力差比较小的时候，会随着管道的口径发生很大的变化，但是当介质流量变化的过程中，一旦介质流量变化比较大，那么所需要的空间相对会比较小，在这种情况下，蝶阀的经济价值会立即被体现出来。同时在蝶阀的市场价格变动中，只占有直动阀价格的1/3，因此当今市场上比较流行的蝶阀具有六级以上的泄漏量，且扭矩比较小的时候，蝶阀已经占到了压缩机防喘振阀门的半壁江山，使得压缩机在运行中，可以极大的减少噪音污染。

4.1.4选用笼式阀

选择使用笼式阀的原因是由于笼式阀可以将密封面和节流面分开，所以笼式阀在使用中的寿命相比于其它阀门而言更长，同时由于笼式阀内的阀芯具有足够的压力平衡孔特点，所以具有良好的稳定性，能够承受比较大的压力差，当笼式阀的流量窗口在套筒上，相关介质会出现高进低出的情况

^[7]。如果介质出现闪蒸或者空化的情况，那么会随着介质的流动使笼式阀内的压力随之抵消掉，从而达到降低压力和减轻噪音的效果，一般情况下，笼式阀适用于压缩机前后压力在3MPA以上的情况。

4.1.5选用多级节流式阀门

选择使用多级节流式阀门时，由于压缩机内的流体在通过多级节流式阀门的曲折通道过程中，会产生比较大的摩擦力和压力损失。在这种情况下，需要控制流速的时候，可以防止阻塞流的发生，就需要采用高压自米粉结构，可以避免压缩机阀门出现喘振的情况。但是由于压缩机内部的结构压差越大，就会导致密封性也越来越好，同时密封面和节流面分开，能够有效的减少流体对压缩机内的阀芯进行冲击，当阀芯冲击减少后，噪音污染自然会大大的降低。

4.2压缩机防喘振的动作时间分析

为了避免压缩机出现喘振，就需要从压缩机的动作时间进行控制，因此对压缩机的实际应用中，为了更好的保证压缩机不会发生喘振，就需要对阀门附件中的定位器、减压阀、加速器以及电磁阀等附件，根据实际运行情况进行打开或者关闭，才能避免压缩机发生喘振的情况。

结束语：在压缩机防喘振阀门中，常见的降压降噪类型阀门主要是高压差阀门、直通单座阀这几种类型，通过阀门可以使噪音降低到合理的范围内，所以随着阀门的管道和压缩机管道出现噪音的时候，会使流体的压力和速度发生改变，通过改变压缩机阀门内的结构实现降噪，可以使压缩机的防喘振具有非常高的性价比。

参考文献：

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[3]魏国富. RR压缩机防喘振控制浅析[J]. 工业仪表与自动化装置, 2019, No.270(06):99-102.

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[7]刘亮. 离心式压缩机防喘振控制设计探讨[J]. 化工管理, 2019, 519(12):159-159.