离心式压缩机特性曲线与喘振现象初探ppt课件.ppt

2019-10-28所谓管网，普通是指与紧缩机衔接的进气管路，排气管路以及这些管路上的附件及设备的总称但对离心式紧缩机来说，管网只是指紧缩机后面的管路及全部安装这样规定后，在研讨紧缩机与其管网的关系时就可以避开紧缩机的进气条件将随工况变化的问题，使问题得到简化以下图左侧是紧缩机与排气系统中第一个设备相连的表示图，排气管上有调整阀门为了把气体送入内压力为Pr的设备去，管网始端的压力〔称为紧缩机出口的背压〕Pe为：Pe=Pr＋△P=Pr＋AQ2￿〔1〕￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿式中△P包括管网中的摩擦损失和部分阻力损失，A为总阻力损失的计算系数将式〔1〕表示在右侧图上，即为一条二次曲线，它是管网端压与进气量的关系曲线，称为管网性能曲线管网性能曲线实践上相当于管网的阻力曲线，此曲线的外形与容器的压力及经过管路的阻力有关当从紧缩机到容器的管网很短、阀门全开，因此阻力损失很小时，管网特性曲线几乎是一程度线如线1当管路很长或阀门关小时，阻力损失增大，管网性能曲线的斜率添加，于是变成线2所示阀门开度愈小，曲线变得愈陡，如线3假设容器中压力下降，那么管网性能曲线将向下平移；当Pr为常压时，管网性能曲线就是线4。

可见管网的性能曲线是随管网的压力和阻力的变化而变化的级的性能曲线—指气体流过该级时所得到的压力比ε、效率η及功率N随该级的进气量Qj而变化的曲线￿即ε-Qj、η-Qj、N-Qj的曲线这些曲线是由实验测得压力比ε随着流量的添加而下降，功率和效率随着流量的添加而添加当到达某一流量时，流量再添加那么功率和效率下降离心紧缩机的性能曲线---与级的曲线类似指整机的压力比ε、效率η及功率N随进口气体流量Q而变化的曲线以下图为单级、两级和三级紧缩的离心紧缩机整机ε-q曲线，由图可看出：a多级与单级相比，整机的喘振流量增大，堵塞流量减小B多级与单级相比，整机性能曲线的外形变陡，稳定工况范围变窄紧缩机性能曲线左边遭到喘振工况的限制，右边遭到阻塞工况的限制喘振工况是小流量下的一种紧缩机不稳定情况，不仅与紧缩机级的设计导致的旋转失速有关，还与外管网有关，我们在后面予以描画阻塞工况也称作最大流量工况，呵斥这种工况有两种能够：一是级中流道中某喉部处气流到达临界形状，这时气体的容积流量已是最大值，听凭紧缩机背压再降低，流量也不能够再添加另一种情况是流道内并未到达临界形状，即尚未出现“阻塞〞工况，但紧缩机在偌大的流量下，机内流动损失很大，所能提供的排气压力很小，几乎接近零能头，仅够用来抑制排气管的流动阻力以维持这样大的流量。

当离心紧缩机向管网中保送气体时，假设气体流量和排出压力都相当稳定〔即动摇甚小〕，这就是阐明紧缩机和管网的性能协调，处于稳定操作形状这个稳定任务点具有两个条件：一是紧缩机的排气量等于管网的进气量；二是紧缩机提供的排压等于管网需求的端压所以这个稳定任务点一定是紧缩机性能曲线和管网性能曲线交点，由于这个交点符合上述两个相关条件把紧缩机的性能曲线Pκ-Qj同管路特性曲线Pe-Qj画在同一坐标上，横轴以Qj表示，纵轴以压力P表示，那么两曲线的交点M即为紧缩机的任务点以下图是离心紧缩机任务点表示图〔图中用质量流量G替代容积流量〕，图中线1为紧缩机性能曲线，线2为管网性能曲线假设紧缩机不是在A点而是在某点A1工况下任务，由于在这种情况下，紧缩机的流量G1大于A点工况下的G0，在流量为G1的情况下管网要求端压为PB1，比紧缩机能提供的压力PA1还大△P，这时紧缩机只能自动减量〔减小气体的动能，以弥补压能的缺乏〕；随着气量的减小，其排气压力逐渐上升，直到回到A工况点假设不是回到工况点A而是到达工况点A2，这时紧缩机提供的排气压力大于管网需求的压力，紧缩机流量将会自动添加，同时排气压力那么随之降低，直到和管网压力相等才稳定，只需两曲线的交点A才是紧缩机的实践任务点。

离心式紧缩机在不同转速n下都有一条出口压力P〔或压比ε〕与流量Q之间的曲线P〔或ε〕-Q曲线是一条在气量不为零处有一最高点的曲线，最高点右侧称为稳定任务区，左侧称为不稳定任务区〔喘振区〕，最高点所对应的气量为紧缩机喘振的最小流量Qjmin每一个转速下的特性曲线均有一峰值，而这一点即为喘振点将喘振曲线上一切喘振点衔接起来，即可得一曲线，叫做离心紧缩机的喘振曲线控制线喘振线入口流量 (hx)PD/PS离心紧缩机任务性能图止回线速度线喘振的本质喘振又叫“飞动〞，是离心紧缩机的实践任务流量到一定程度时，气流进入叶片的方向与叶片进口角度不一致，即冲角i>0，这时在叶片的非任务面产生气体分别〔旋转分别〕当冲角到达某一值时，旋转分别区域联成一片，占据流道紧缩机不再排气，管路中气体就会倒回来，弥补流量缺乏，经叶轮紧缩重新流出这一股气打出后，流量又没了，气体又倒回来这样周而复始的改动流向，机器和管线中就会产生“低频高振幅〞的压力脉动，并发出如“牛吼叫〞般的噪音这实践上是气流在交替倒流和排气时产生的强大的气流冲击这种冲击引起机器剧烈的振动，如不及时采取措施，将使紧缩机遭到严重破坏这就是“喘振〞。

当紧缩机的性能曲线与管网性能曲线两者或两者之一发生变化时，交点就要变动，也就是说紧缩机的工况将有变化，从而出现变工况操作离心紧缩机的变工况有时并不是在人们有认识的直接控制下〔例如调理阀门等〕发生的，而是间接地接遭到消费系统乃至驱动机的不测干扰而发生〔〔1 1〕流量〕流量从从图中可以看出，随着流量的减中可以看出，随着流量的减少，少，紧缩机的出口机的出口压力逐力逐渐增大，增大，当到达当到达该转速下最大出口速下最大出口压力力时，，机机组进入喘振区入喘振区, ,紧缩机出口机出口压力开力开场减小，流量也随之减小，减小，流量也随之减小，紧缩机机发生喘振从曲从曲线可看出，流量减小是可看出，流量减小是发生生喘振的根本喘振的根本缘由，在由，在实践消践消费中中尽量防止尽量防止紧缩机在小流量的工况机在小流量的工况下运下运转普通以为，，紧缩机在最机在最小流量下小流量下应低于低于设计流量流量60%60%〔〔2 2〕入口〕入口压力力如下如下图，，紧缩机的入口机的入口压力力P1>P2>P3P1>P2>P3，在，在紧缩机恒机恒压的运的运转工况下，工况下，入口入口压力越低，力越低，紧缩机机越容易越容易发生喘振，生喘振，这也也是入口是入口过滤器器压差增大差增大时，要及，要及时改改换滤网的网的缘由。

由〔〔3 3〕入口温度〕入口温度如下如下图，恒，恒压恒恒转速速下下进展的离心式展的离心式紧缩机机在不同入口气体温度在不同入口气体温度时的运的运转曲曲线，从曲，从曲线上上可以看出在恒可以看出在恒压运运转工工况下，气体入口温度越况下，气体入口温度越高，越容易高，越容易发生喘振因此，因此，对同一台离心式同一台离心式紧缩机来机来说，夏季比冬，夏季比冬季更容易季更容易发生喘振〔〔4 4〕〕转速速透平式透平式驱动的的紧缩机，机，往往根据外界不同流往往根据外界不同流量要求而运量要求而运转在不同在不同转速下，从速下，从图可以知可以知道，在外界用气量一道，在外界用气量一定的情况下，定的情况下，转速越速越高，越容易高，越容易发生喘振紧缩机忽然从高机忽然从高转速速跌至低跌至低转速速时，也会，也会引起喘振引起喘振〔〔5 5〕气体相〕气体相对分子分子质量量如下如下图，离心，离心紧缩机在一机在一样转速、不同相速、不同相对分子分子质量下量下恒恒压运运转的曲的曲线，从曲，从曲线中中可以看出，在恒可以看出，在恒压运运转条件条件下，当相下，当相对分子分子质量量M=20M=20的的气体气体发生喘振生喘振时，相，相对分子分子质量量为M=25M=25和和M=28M=28的气体运的气体运转点点还远离喘振区。

因此，离喘振区因此，在恒在恒压运运转工况下，相工况下，相对分分子子质量越小，越容易量越小，越容易发生喘生喘振以上几种情况都是因紧缩机性能曲线下移而导致喘振的，管网性能并未改动有时候那么是由于管网性能曲线发生变化〔例如曲线上移或变陡〕而呵斥喘振某紧缩机原在A’点任务，后来由于消费系统出现不稳定,管网中压力大幅度上升，管网性能曲线由2上移到线2’〔此时紧缩机的性能曲线未变〕，于是紧缩机出现了喘振还有一种类似情况就是当把排气管阀门关得太小时，管网性能曲线变陡，一旦使紧缩机的任务点落入喘振区，喘振就忽然发生当某种缘由使紧缩机和管网的性能都发生变化时，只需最终结果是两曲线的交点落在喘振区内，就会忽然出现喘振譬如说在离心紧缩机开车过程〔升速和升压〕和停车过程〔降速和降压〕中，两种性能曲线都在逐渐变化，改动转速就是改动紧缩机性能曲线，使系统中升压或降压就是改动管网性能曲线在操作中必需随时留意使两者协调变化，才干保证紧缩机总在稳定工况区内任务工况的调整是在不引起机组喘振的情况下满足用户要求〔压力和流量〕，并兼顾机组运转效率紧缩机调理的本质就是改动紧缩机的工况点，所用的方法从原理上讲就是设法改动紧缩机的性能曲线或者改动管网性能曲线两种。

详细地说有以下几种调理方式：离心紧缩机的三种工况：〔1〕喘振工况—-最小流量时的工况〔2〕阻塞工况〔滞止工况〕—最大流量时的工况〔3〕正常工况 --喘振工况与滞止工况之间的任务范围〔1〕出口节流调理，即在紧缩机出口安装调理阀，经过调理调理阀的开度，来改动管路性能曲线，改动紧缩机的任务点，进展流量调理出口节流的调理方法是人为的添加出口阻力来调理流量，是不经济的方法，尤其当紧缩机性能曲线较陡而且调理的流量〔或者压力〕又较大时，这种调理方法的缺陷更为突出，目前除了风机及小型鼓风机运用外，紧缩机很少采用这种调理方法〔2〕进口节流调理，既在紧缩机进口管上安装调理阀，经过入口调理阀来调理进气压力进气压力的降低直接影响到紧缩机排气压力，使紧缩机性能曲线下移，所以进口调理的结果实践上是改动了紧缩机的性能曲线，到达调理流量的目的和出口节流法相比，进口节流调理的经济性较好，据有关资料引见，对某紧缩机进展测试阐明：在流量变化为60～80￿%的范围内，进口节流比出口节流节省功率约为4～5%所以这是一种比较简单而常用的调理方法但也还是存在一定的节流损失以及工况改动后对紧缩机本身效率有影响进口节流法还有个优点就是：关小进口阀，会使紧缩机性能曲线向小流量区挪动，因此可使紧缩机在更小的流量工况下任务，不易呵斥喘振。

〔3〕改动转速调理当紧缩机转速改动时，其性能曲线也有相应的改动，所以可用这个方法来改动工况点，以满足消费上的调理要求离心紧缩机的能量头近似正比于n2，所以用转速调理方法可以得到相当大的调理范围变转速调理并不引起其他附加损失，只是调理后的新工况点不一定是最高效率点导致效率有些降低而已所以从节能角度思索，这是一种经济的调理方法而运用转速调理的方法大都运用在任务点离喘振线还有一定间隔时采用因此，当紧缩机任务点在稳定任务区，根据紧缩机出口压力，进展适当的转速调理，可以到达节能的目的〔4〕防止喘振的措施出现喘振的缘由是紧缩机的流量过小，小于紧缩机的最小流量，或者管网的压力高于紧缩机所提供的排压，呵斥气体倒流，产生大幅度的气流脉动对流量过小引发的喘振来说，最直接最有效的方法就是翻开防喘振控制阀，添加紧缩机流量紧缩机出口压力与管网不匹配引发的喘振，多见于紧缩机的开停车操作中：在开车时，应该是先升速后升压；在停车时，应该是先降压后降速常用措施：a￿将一部分气体经紧缩机出口阀放空此法浪费大，且只能用于空压机、氮压机、CO2紧缩机等无毒性气体b￿将部分气体由旁路送往紧缩机吸入段。

广泛采用，多采用带温度调理的防喘振线，并配备防喘振控制系统c￿转动进口导叶，转动扩压器叶片或者调速等调理方法d￿设计时尽能够使紧缩机有较宽的稳定任务区域，设计先进的防喘振控制系统。