浅谈压缩机喘振特性曲线-中国期刊网

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（整期优先）网络出版时间：2023-02-27

作者: 罗纯金

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浅谈压缩机喘振特性曲线

罗纯金

沈阳新松机器人自动化股份有限公司辽宁沈阳 110004

摘要：叙述了压缩机由于进气温度、分子量、压力转速变化等对喘振线的影响，以及减少和消除影响的算法。

关键词：喘振线、通用性能曲线、压比、流量、控制

前言

风机运行时，当负荷下降到一定数值，气体排送会出现强烈振荡，机身剧烈振动，这种现象称之为喘振。喘振是风机所固有的特性，其出现会严重损坏风机的机体，产生严重后果。因此，在操作过程中要防止喘振的发生。喘振控制系统的首要目标应该是预测和防止喘振的发生，以减少可能对压缩机的损害，并确保所有站内人员的安全工作环境。

影响喘振线的几个条件

每台压缩机都有属于自己的特性曲线。没有两台机器的特性曲线是一样的。这一组特性曲线中，有不同入口静叶角下的一组工作曲线(虚线)和由这组工作特性曲线上端点所形成的一条喘振曲线(实线)。这一组工作曲线或一条喘振曲线给定的条件有转速、入口温度、入口压力。机器运行后，在一个入口静叶角下逐渐关小出口阀时，就会使机器运行参数沿着工作曲线图中相应的一条虚线向左上方移动，当机器发生喘振时，即找到了一个喘振点。把在不同入口静叶角下(转速、入口温度、入口压力不变)的喘振点平滑地连起来，就是这台机器在给定转速、入口温度、入口压力条件下的一条喘振曲线。

影响压缩机喘振线的条件很多，压缩机入口条件（如温度、压力、分子量，转速）改变时，压缩机的喘振线会发生改变。当进气温度升高或者进气压力下降或者进气体组分变轻，都会导致压缩机性能曲线下移。

每台压缩机在不同转速n下都对应着1条出口压力P与流量Q之间的曲线。随着流量的减少，压缩机的出口压力逐渐增大，当达到该转速下最大出口压力时，机组进入喘振区,压缩机出口压力开始减小，流量也随之减小，压缩机发生喘振。从曲线上看，流量减小是发生喘振的根本原因。

气体相对分子质量的影响，离心压缩机在相同转速、不同相对分子质量下在恒压运行工况下，相对分子质量越小，越容易发生喘振。

恒压恒转速下进行的离心式压缩机在不同入口气体温度时，气体入口温度越高，越容易发生喘振。

通用性能曲线

相似原理及其在压缩机上的应用:相似原理认为，同一压缩机，使用同一种工质的气体，如果能保持工况相似，即保持机器马赫数Ma 、进口流量系数ϕ 、定容与定压比热系数值k相等，当工艺参数发生变化时，利用欧拉方程、能量方程、连续方程等，可证明压缩机的压比ε和效率不变。如果用ϕ和马赫数Ma表示它们的性能曲线，ϕ以Qv /表示（R为气体常数，Z为压缩性系数），Ma以n / 表示（n 为压缩机转速），显然，这样绘出的性能曲线，与传统性能曲线相比，在应用时不受进口条件限制，如分子量M、入口温度Ts 、入口压力Ps 等变化时，性能曲线不受影响，该曲线有通用的优点，故称它为通用性能曲线。如下所示：

ε = f (Qv /, n / )（1）

考虑到Q m = Qv Ps / RTsZ ，得出：

ε = f (Qm / Ps , n / ) （2）

其中，Qm 为质量流量。

图7 压缩机通用性能曲线

在采用通用性能曲线用于机组实际的防喘振控制之前，纵坐标参数Pd / Ps 是很容易测量的，但Qm / Ps用常规仪表检测有一定难度，且要求检测变量较多，实际上，Qm / Ps是可以简化的。

气体密度：

/ZRTs（3）

节流装置检测公式为：

Q m = K （4）

将（3）、（4）式代入Qm / Ps可得

Qm / Ps = K （5）

这样，通用性能曲线横坐标为K ,纵坐标为Pd /Ps,只要检测 3 个变量，Pd 、Ps 、h就可以产成不受工况影响的通用性能曲线。采用压比（出口压力/入口压力）Pd /Ps和K 做喘振曲线，其基本形状为抛物线，而采用Pd /Ps和做图时得到的喘振线则基本呈直线形状（简化后）,h为孔板的差压，是线性输入，基于此方法，计算压缩机喘振线：压缩机出口与入口压力的比，即Pd /Ps（Y轴）和孔板差压h与入口Ps的设计压力的百分比，即h/ Ps%(X轴)，见图

图8 压缩机喘振曲线和防喘振曲线

推导出控制算法，能够克服温度和分子量的变化对防喘振控制的影响，仅仅是进行防喘振控制的关键一步，引起喘振的原因很多：控制器的控制时间、各种控制功能是否完善，执行机构的动作时间以及质量也是影响防喘振是否有效的重要因素如果流量检测点设在压缩机出口，要考虑 k 值变化带来的误差，消除该误差要引入进、出口温度比的修正，对通用性能曲线上的横坐标，乘上Ts /Td ，成为（ K）。