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离心压缩机喘振和旋转失速的压力波动频率不同

作者:云获客 来源: 技术分享 5 次浏览

喘振是整台压缩机流量来回振荡,压力波动慢而且幅度大;旋转失速是叶轮附近的局部失速团,波动更快、幅度较小。

离心压缩机喘振和旋转失速的压力波动频率不同

离心压缩机的喘振和旋转失速都会让出口压力来回波动,但波动的快慢并不相同。喘振是整台机器和后面的管网一起失去稳定,流量小到叶轮压不住管网时,气体会在机内和管道之间来回喷出、倒回。每一次喷出都对应一次大幅度的压力下跌和回升,节奏慢,现场能听出一阵一阵的喘息。旋转失速没有这种整机倒流,它是叶轮或扩压器里的局部流道先失速,压力只是较快地抖动。

喘振时流量在部分时间里是反向的,止回阀会跟着敲击,进气口甚至能感到往外返气。压力波从叶轮一直传到排气罐和用户管网,远近测点都能看到同一次大波动,只是相位略有先后。波动快慢还受管网容积影响,容器越大、管道越长,气体要反向充满这些容积,喘振就喘得越慢。同一台压缩机如果更换了排气侧容积,喘息的节奏也会跟着变。

旋转失速的低压团只占圆周上的一部分,并沿着旋转方向移动。失速团的移动比叶轮本身慢一截,因此压力脉动比叶片扫过测点的节奏低,却又比喘振那一阵一阵的喘息快得多。测点放在叶轮出口或扩压器喉部,这种较快的抖动最清楚;放到远离压缩机的储气罐上,抖动会被容积滤掉,仪表上只剩一个被抹平的平均值。

喘振波动为什么又慢又大

喘振的能量来自整机流量的储存和释放。叶轮一时压不过管网,出口气体倒灌,倒灌又把叶轮进口的气流冲角暂时纠正,流量重新正向冲出,冲过了头再次失速,如此循环。每一次循环都要搬动排气管里的一大团气体,惯性大,所以周期长、幅度大。压力表指针是大幅度来回摆,而不是在小范围里高频发毛。

进入喘振之前,工作点已经靠到小流量一侧。进口节流过大、出口压力被用户顶得过高、转速偏低,都可能把流量压到喘振边界的不稳定侧。此时若防喘振回流阀没有打开,压力波动会迅速变成全机喘息,并伴随轴向位移增大和轴承温度上升。旋转失速可以在还没有整机倒流时就先存在,但它自己的压力节奏仍然是较快的局部脉动,不应和已经倒流的喘息混成一种故障。

把两者都说成压力不稳,处理就会走错。喘振必须尽快把流量拉回稳定区,否则反复倒流会损坏止推轴承和密封。旋转失速阶段平均流量仍为正,危害主要是叶轮局部气流分离引起的振动和效率下降,要避开那个流量区,但不必按已经倒流去紧急泄放。节奏上可以分开听:慢而沉重、伴有止回阀敲击的是喘振,密而发颤、局限在机壳附近的是失速。

旋转失速的节奏跟叶轮走

失速团贴着叶轮或扩压器转动,所以它的节奏跟随转速。转速升高,这种抖动跟着变快;转速降低,抖动变慢。喘振的节奏主要跟管网容积和阻力走,转速只变一点时,喘息的快慢不会像失速那样明显地跟着转速走。能在不同转速下比较压力脉动时,就可以把两种波动拆开,而不必只靠振幅大小去猜。

振幅也不同。喘振的压力起伏可以大到使流量反向,出口温度、轴振动和功率会一起大幅摆动。旋转失速的压力起伏幅度较小,总流量和功率只是轻度波动,振动多集中在叶轮附近。只看有没有波动,会把轻度失速当成喘振,也会把用户突然用气造成的压力变化当成失速。用户用气没有固定节奏,失速和喘振则是压缩机和气流自己维持的周期性波动。

扩压器失速和叶轮失速还可以靠测点再分。扩压器失速时,抖动在扩压器周向几个测点上轮流出现;叶轮失速时,进口或叶轮出口的脉动更强。二者都比喘振快。若脉动慢到能数出每一次喷气,而且止回阀跟着响,那就已经不是旋转失速,而是管网一起参与的喘振。频率先分开,再决定是调导叶还是打开回流。

防喘振控制看的是流量和压力所确定的工作点离不稳定边界有多远,它并不直接分辨失速频率。工作点还在稳定侧,只是叶轮附近压力发颤,应先按旋转失速去查导叶开度、进口气流是否预旋不良、扩压器流道是否污染结垢。工作点已经进入不稳定侧,压力大起大落,才是喘振。用频率把两者分开,才不会在失速时乱开大回流,也不会在真正喘振时只当成普通机械振动。