浅析空压机的喘振现象及其防控措施

高天絮

【摘要】离心式空压机作为工业生产中得到广泛应用的空压机类型之一，在钢铁、冶金等诸多工业生产领域中发挥着重要的作用。喘振现象作为离心式空压机的特有现象，不仅对空压机设备有着严重损害，并且对生产环境也造成了严重的安全隐患。本文主要针对空压机的喘振现象进行了简要的分析，并对其防控措施进行了简要的阐述。

【关键词】空压机 喘振 防控

1引言

随着离心式空压机在钢铁、冶金、纺织等工业生产中得到越来越广泛的应用，在工业生产中发挥着越来越重要的作用。由于离心式空压机的独有特性，喘振现象已经成为制约其发展的重要因素，不仅会对空压机自身造成较大的损害，还成为生产过程中重要的安全隐患，严重影响着生产环境及工作人员的安全。本文就主要针对空压机喘振现象及其成因进行了深入分析研究，并对其防控措施进行了简要的阐述。

2空压机喘振现象的原因及危害

2.1空压机喘振现象的原因

喘振现象是离心式空压机的一种特有现象。离心式空压机主要通过加速流体进行压缩，在电机转速以及导叶开度等其他条件相同时，空压机排气流量与排气压力的曲线保持稳定。另一方面从管路特性曲线来看，管路压力与管路气体流量成二次正相关，即气体流量越大，管网的压力也就越大。在空压机正常运行时，空压机工作特性曲线与管路特性曲线的交点即为当前工作参数。

在空压机运行过程中，当负载持续增加时，气体流量持续减小，管路特性曲线越来越陡峭，此时工作点沿管路性能曲线上升至喘振上极限点；而当负载持续减少时，气体脱落导致空压机排气压力甚至高于设备内部压力，此时排出的气体将发生回流，直至空压机排气压力下降至低于空压机内部压力，空压机再次恢复正向气体流动。当空压机排气流量低至一定程度时，排出的气体将发生往复运动，即倒流至空压机内部又正常排出，此时空压机将产生剧烈的振动现象，成为喘振。

2.2空压机喘振现象的危害

喘振现象对空压机设备以及工业生产都有着极为严重的危害：一是空压机排气压力与排气流量剧烈的波动严重破坏了空压机设备的稳定性能；二是空压机的剧烈震动造成了严重的噪声，对生产环节造成了不利的影响；三是在剧烈振动过程中，空压机各零部件承受过高的盈利，加速了零部件的机械磨损，导致轴承等关键部件过疲劳产生裂纹甚至被烧毁；四是剧烈的喘振现象大大增加了空压机的功率消耗，使得空压机内部温度过高导致零部件受热变形严重，严重破坏了空压机的气密性能，容易导致空压机各部分之间压力失常，进一步加剧了喘振现象。

3空压机喘振现象的防控措施

3.1空压机喘振防控原理

喘振是空压机运行过程中的一种特殊运行状态，通过将不同转速及不同导叶开度轻快下空压机性能曲线上的喘振点连接起来，即可得到空压机的喘振线（如图1所示）。喘振线右侧为空压机稳定运行区域，而左侧为空压机的喘振区域。一般来说，为了有效避免喘振现象的发射，多采用限制排气流量的方式，既避免了喘振现象的发生，又尽可能提高了空压机的工作运行效率，在实际工业生产中有着较高的应用价值。

为了实现可靠的空压机喘振防控，一般在空压机喘振线右侧设置防喘振控制线，并与喘振线保持约10%的距离作为控制的安全裕量，且防喘振控制线的形状应与喘振线完全一致。同时为了切实避免喘振的发生，一般在喘振线与防喘振线之间还设置有喘振安全线，通常距离喘振线保持2%左右的距离，用于控制放空阀的开闭，当达到喘振安全线时，立刻控制放空阀释放气体，从而有效避免了喘振现象的发生。喘振安全线的裕量越小，能量的损失就越小，但对放空阀的相应要求也越高，相反裕量越大，对放空阀的要求相对较低，但能量的损失却相对增大。

如上图所示，当空压机运行防喘振控制线右侧时，防喘振阀处于完全关闭状态，此时空压机处于稳定运行状态；当空压机工作点达到防喘振控制线时，此时利用防喘振控制公式计算防喘振阀的气体流量设定值，当运行点继续向喘振线缓慢移动时，控制防喘振阀通过释放气体压力将运行点保持在非喘振区域中。当外界条件突然改变使得空压机运行点突然达到喘振安全线时，此时要求防喘振阀快速响应立即释放空压机气体压力，避免空压机进入喘振区域发生喘振现象。

3.2空压机喘振防控电路

典型的空压机喘振防控电路如图2所示，根據实现功能不同，防喘振电路可以进一步分为防喘振阀调节电路以及空压机排气压力调节电路等。

3.2.1防喘振阀调节电路

防喘振阀调节电路即图中FIC-101，主要由比例积分电路组成，起反向调节作用，通过对驱动电机电流的测量得到空压机排风量信息，利用预先设置的防喘振控制线公式计算空压机的排风量设定值。图中FIC-102为防超压调节电路，也主要由比例积分电路组成，起正向调节作用。对于大型空压机设备，其排气压力一般较大，但过高时容易对管道及设备造成不必要的损坏，因此防超压调节电路通过对排气压力的测量对出口压力进行限制，使其不超过预设的最大值，有效避免了对设备及管道的损坏。

测量信号经过防喘振阀调节电路以及防超压调节电路的处理计算后，得到空压机放空阀的控制信号。为了保证空压机的稳定运行，要求防喘振放空阀的开闭速度不能过大，避免引起设备的剧烈波动，但同时为了提高能量利用率，有要求防喘振放空阀具有较高的敏感性及快速响应能力，因此对防喘振放空阀通常具有“快开慢关”的控制要求。

3.2.2空压机排气压力调节电路

除防喘振阀调节电路外，图中PIC-103为越靠近排气压力调节电路，也主要由比例积分电路组成，起反向调节作用，主要负责控制调节空压机的排气压力。为了维持空压机的稳定运行，需要保证空压机的排气压力保持在合理区间内，一般通过对空压机出口处导叶的控制调节使排气压力保持相对稳定，同时为了防止误操作引起设备的波动，通过调节幅度收到一定的限制。

在调节空压机出口处导叶时，空压机中的电动机可能发生过流现象，为了保护电动机，在排气压力调节电路后一般还设置了电流防过载调节电路，同样由比例积分电路组成起反向调节作用，通过对电动机驱动电流的实时监测与调节保证其不超过限值，从而有效避免过载现象对电动机的损害。

空压机排气压力调节电路的输出信号经过防过载电路后，将控制信号传导至空压机导叶处进行控制。为了保证空压机的运行稳定，通过要求空压机入口处导叶的开闭速度也不能过快，但在实际控制过程中，由于关闭放空阀可以有效避免电动机过载，因此导叶的关闭速度可以相对较快；而放空阀的开启往往需要经历加载过程，因此此时导叶的开启速度应相对减慢，这就对导叶提出了“快关慢开”的控制要求，与放空阀正好相反。

3.3.3加载与卸载

为了保证加载及卸载过程的稳定性，通常设置有自动加载及卸载程序，使得加载卸载过程能够可靠、自动实现。自动加载时，空压机入口处导叶开口逐渐增大，此时电动机电流不断能增大，为了最大程度减少能量的损耗，当电流值达到喘振线时，逐渐关闭放空阀直至全部关闭，此时自动加载过程结束。自动卸载时，放空阀首先缓慢打开直至全部打开，之后空压机入口处导叶缓慢关闭直至开度减小为10%，此时自动卸载过程结束。自动卸载完成后，进一步停止空压机的运行，同时将入口处导叶全部关闭。

4结束语

针对离心式空压机存在的喘振现象，本文对其现象及成因进行了深入的研究，并对其防控措施进行了详尽的阐述，本文提出的空压机喘振防控电路能够有效避免空压机进入喘振区域，同时也避免了因电动机过载而导致的停车故障，不仅提高了空压机的运行稳定性，更提高了其运行效率，在实际工业生产中有着较为广泛的应用价值。

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