离心式空气压缩机喘振原因分析及其预防

惠正鹏

摘 要：该文在总结阐释离心式空气压缩机喘振含义及发生机制基础上，详尽探析了离心式空气压缩机喘振故障的产生原因，并针对故障原因探索提出有效的预防与处理措施。

关键词：离心式空气压缩机  喘振  故障原因  预防

中图分类号：TF083 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）11（b）-0086-01

喘振是离心式空气压缩机特定工况下运行产生的一种现象;主要表现为在进入空气压缩机的空气流量不足以对空气压缩机产生足够压力情况下，发生空气压缩机外部管路系统压力会大于内部系统压力，导致离心式空气压缩机逆止阀发生关闭;逆止阀关闭，直接导致离心式空气压缩机输出停止，而空气持续进入并在离心式空气压缩机内部不断积累，这时内部压力会不断的增加，当内部压力增加到与外部管路系统压力相当或者大于外部管路系统压力时，逆止阀被冲开排出内部气体;这时离心式空气压缩机内部系统压力再次小于外部管路系统压力，逆止阀再次关闭，空气再次在离心式空气压缩机内部积累，当积累到足够压力时，再次冲开逆止阀，排出气体，如此反复。上述离心式空气压缩机产生的现象统称为喘振。

1 离心式空气压缩机喘振故障原因分析

依据发生原因不同，离心式空气压缩机喘振可以分为自然喘振和故障喘振;自然喘振是指当空气压缩机内部压力达到其可以压缩的极限，即最大值发生的喘振，其可以通过重新设定空气压缩机的卸载压力来避免，即设定卸载压力小于标定压力。本文这里主要探讨的是故障喘振。如前所述，离心式空气压缩机故障喘振本质原因在于进入空气压缩机的空气流量不足以在空气压缩机内部产生足够压力，导致外部管路系统压力大于空气压缩机内部压力。就其产生的原因，可以归结为以下几个方面。

1.1 空气压缩机叶轮发生磨损或者有粘附物

空气压缩机叶轮主要通过自身曲线槽结构及高速旋转来增加空气压力和旋转速度，基本有2/3的压力都产生自叶轮。当空气压缩机中的某一级叶轮发生磨损或者出现较多的粘附物时，叶轮自身曲线槽结构发生改变，其空气增压能力和旋转加速能力降低，不能满足空气压缩机内部增压需要，致空气压缩机发生喘振。

1.2 空气压缩机的扩压器发生腐蚀或者磨损

空气经过高速旋转的叶轮后实现增压增速，然后经过静态扩压器利用其内部特殊设计的曲线腔壁来降低把空气流速，从而再次增大压力，增加的压力约占到最后总压力的1/3，该1/3压力基本都是在扩压器内部提高完成的。如果扩压器内部特殊设计的曲线腔壁发生腐蚀或者磨损严重，高速空气在经过扩压器时就很容易形成涡旋，导致单位时间内进气量减少，导致离心式空气压缩机输出压力降低，从而发生喘振。

1.3 叶轮与扩压器之间的间隙过大或者过小

离心式空气压缩机对叶轮和扩压器之间的间隙大小有着近乎苛刻的严格要求。如果二者之间的间隙过大，则会导致泄漏串气发生，导致进入到空气压缩机中的空气流量减少;如果二者之间的间隙过小，则会直接影响进入空气量，同时在后端推力轴承磨损情况下，还会引发叶轮与扩压器之间的碰撞等设备事故。因此，无论叶轮与扩压器之间的间隙过大或者过小都会导致进入到空气压缩机中的空气减少，使空气压缩机无法在设计时间内达到输出压力，形成喘振故障。

1.4 空气冷却器、水气分离器及过滤器变脏

经过压缩后的空气，不但压力、速度会增加，温度也会升高，因此每一级缸体内都设计安装了空气冷却器和水气分离器，气体在进入到下一级压缩前需要经过冷却器冷却和分离器分离。二者在实际运行过程中，由于空气中不可避免的有细小的灰尘以及空气压缩机本身磨损产生的微粒等，都很容易粘附到冷却器和水气分离器上，从而堵塞冷却器和水汽分离器，导致进入到空气压缩机中的空气量减少，至空气压缩机输出压力不足，形成喘振;除了空气冷却器和水气分离器外，在空气压缩机进气口处还安装了过滤器，目的吸收空气中的灰尘、杂质，如果过滤器变脏、堵塞，也会导致空气压缩机的进气量减少，引发空气压缩机输出压力不足，形成喘振。

1.5 空气压缩机进气口处的空气温度过高

空气压缩机在设计上的压缩量是指在25 ℃温度条件下、一个标准大气压条件下的空气压缩量;但实际情况是空气的温度是不断变化的，其并不是一种25 ℃的恒温状态;依据气体状态方程，我们知道恒压条件下，如果温度升高，空气的密度则会降低，这样就会使空气压缩机的实际压缩空气量减少，导致空气压缩机的输出压力不足，形成喘振。一般情况下，空气压缩机在夏季要比冬季更容易发生喘振。

2 离心式空气压缩机喘振故障的预防与处理

2.1 定期对空压机叶轮及粘附物进行修复与清理

离心式空气压缩机的叶轮，基本都是采用不锈钢加工制成，除后端推力轴承磨损而导致叶轮和扩压器发生碰撞而出现磨损外，叶轮很少出现磨损、腐蚀现象;但是一旦发生磨损应由专业人员进行修复，并对其进行动平衡实验以此决定是否可继续用。对于粘附物则需要根据设备处理环境，定期进行检查清理。

2.2 定期对空压机扩压器进行修复与防腐蚀处理

离心式空气压缩机扩压器所处的是高温、高湿空气环境，对于采用一般材质的扩压器很容易发生磨损、腐蚀;需要定期对扩压器进行磨损检查修改及进行必要的防腐蚀处理，必要时可能需要更换扩压器。

2.3 保证空压机叶轮与扩压器二者间的间隙要求

针对离心式空气压缩机叶轮与扩压器二者之间的间隙及是否变化情况，要求每年应该对其进行检查，保证间隙始终处理规定数值范围内。如扩压器发生腐蚀磨损，首先考虑修复，如果腐蚀磨损过于严重，则要考虑通过更换扩压器来保证间隙要求。

2.4 及时清洗空压机冷却器、水气分离器和过滤器

上述几个部件变脏都会引发喘振故障，因此需要定期进行检查清洗。空气压缩机的冷却器、水气分离器由于结构比较复杂，其清洗要困难一些，要由专业人士完成。而进气口的过滤器则较方便检查、拆装，发现变脏及时拆除清洗即可。

2.5 适当采取措施控制空压机入口空气温度变化

空气压缩机入口处的空气温度是随着季节变化而变化的，可以采取适当措施来减少其温度变化，如：离心式空气压缩机安装在室内、加高房顶、增加室内空间等;如果还是会发生喘振，可以考虑适当降低排气压力。

参考文献

[1] 张瑾.离心式压缩机喘振控制分析[J].中国石油和化工标准与质量，2014（11）.

[2] 金星，姜长泓，王盛慧.离心式空压机防喘振广义预测控制方法的研究[J]东北师大学报（自然科学版），2010（4）.endprint