浅析多级离心式压缩机故障停机反转特性研究

赵大龙

摘 要：多级离心式压缩机被称之为空分空压装置的“心脏”，一旦出现故障就会因为动力因素导致出现反转，因此本文以沈鼓2MCL456型离心压缩机为例，对该压缩机停机反转特征进行分析，以此采取相应的对策消除在实际中压缩机出现反转之后所存在的隐患。

关键词：多级离心式；压缩机；停机反转

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.07.255

0 引言

我企业所使用的离心式风风机为沈鼓2MCL456，其相对于容积式压缩机不仅具有流量大、工艺好、结构简单的特点，因此其在化工领域起着重要的作用，总体而言多级离心式压缩机主要是由转子和定子两部分组成。具体结构见图1。但是离心式压缩机在实际的应用中由于瞬间发生故障会导致高压气体不能及时的排除，从而导致压缩机的进出口压力得不到平衡，从而产生气体膨胀，最终因为推力出现反转，一旦压缩机出现反转就会对各个零部件产生巨大的破坏力，影响实际生产，因此本文基于离心式压缩机故障停机造成的反转进行分析，以此优化设备性能。

1 沈鼓2MCL456压缩机的工作原理及特点

沈鼓2MCL456压缩机的结构见（图1所示），其工作原理就是：当叶轮高速旋转时，气体就会随着旋转，并且在离心力的作用下将其甩到扩压器中，叶轮初则会形成真空，从而保证新鲜的气体流进，以此保证气体的不断循环。叶轮经过不断地旋转提高了气体的压力，从而保证了气压的速度，保证气体的传输。沈鼓2MCL456压缩机在实际应用中呈现出以下特点：一是离心式压缩机的气量大，结构筒单紧凑，重量轻，机组尺寸小，占地面积小，符合企业生产的需要；二是该离心压缩机的机构比较简单，易损件少、备件需用量少，运行平稳、操作简单；三是离心压缩机对介质可以做到绝对无油的压缩过程，避免了二次污染；四是离心压缩机能够实现连续压缩，保证气体流动均匀，不需要级间中间罐等装置，而且2MCL456空压机有中间冷却器，更利于气体的连续压缩。

2 离心式压缩机故障停机反转的产生机理

离心式压缩机系统停机信号发出后，压缩机首先进入惰走状态，由于管线内部存有较多量气体，高压气体从压缩机出口通过压缩机内部流到入口，产生了使压缩机反转的反向推力矩。反向推力矩与摩擦阻力矩等共同作用，使系统惰走时间迅速减少。根据现场记录的数据，在出现反转的情况下，离心式压缩机系统转速由正常工况降为零的时间少于系统压力平衡时间。在压缩机系统转速降为零之后，系统各段吸入与排出压力仍然无法达到平衡，因而反向推力依然存在，这将导致离心式压缩机在转速降为零后开始反转。反转开始后，系统首先经历加速过程，随着压力的逐渐平衡，反向推力矩逐渐减小达到反向最大转速后，离心式压缩机进入反向惰走停机过程。系统内部压力平衡后，在摩擦阻力矩与工艺气阻力矩的作用下，转速逐渐降低，直至最后系统停止运转。

3 离心式压缩机故障停机反转产生的破坏

结合近些年所发生的离心式压缩机故障停机反转事故，其容易出现以下破坏：一是造成干气密封系统损坏。由于我们使用的离心式压缩机主要是采取单向旋转式干气密封作为轴封，基于单向干气密封旋转槽的设计，密封气体只是沿着设计的方向进行旋转槽，这样就会形成气膜保护，但是一旦出现故障停机就会造成出现反转，就会导致动静环直接接触而发生摩擦，从而造成干气密封出现损坏；二是由于沈鼓2MCL456压缩机采取的是可倾瓦轴承系统，因此一旦出现反转就会造成轴承出现故障，另外在离心式压缩机出现故障停机之后，就会造成转子运行的急速变化，从而导致轴承的润滑系统出现故障，进而因为摩擦而出现烧毁的现象出现。当然其还会造成转子叶片出现断裂等。

4 防止离心式压缩机故障停机反转的改进措施

基于离心式压缩机停机反转所造成的影响，分析其原因主要是因为在故障停机出现时由于压缩机进出口端的压力处于不平衡的状态，这样受到高压气体反向推动就会形成推动力，影响各个器部件，因此可以采取以下措施对离心式压缩机系统进行改进，以此消除压缩机反转所造成的隐患：

（1）压缩机出口设置防喘振阀并将其设定为自动控制联锁模式，这样就会在故障停机的第一时间内控制系统自动打开防喘振阀，将出口管线内压力放空以平衡进出口端的压力，避免压缩机反转。

（2）在压缩机第二段出口处设置旁路管线。受到气体流向物理因素的原因考虑，当出现故障停机之后，压缩机各个段压力变化会出现巨大的反差，比如高压端的压力平衡比较快，而低压段的压力平衡则比较慢，因此可以在压缩机第二段出口处增收旁路管线，以此平衡各个管线内的压力；另外基于反推力的作用，也可以在靠近压缩机的一段出口处增加截止阀，避免出现高压气流的反向流动。

参考文献：

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