离心式压缩机防喘振智能控制系统研究

韩永，林乐，赵惠

（沈阳鼓风机集团股份有限公司，辽宁 沈阳 110000）

作为工业生产中的重要技术设备之一，离心式压缩机的关键优势不言而喻。在当前工业节奏发展持续加快的形势下，必须客观审视离心式压缩机喘振问题出现的机理及特性，并通过构建性能稳定的防喘振智能控制系统，将喘振所造成的不良影响控制在合理范围内。本文就此展开了探讨。

1 压缩机防喘振机理及特性分析

离心式压缩机是一种常用于工业生产的设备装置，用来压缩和传送工业生产中的各类气体。它通过叶轮的高速旋转，将中心部位的气体通过离心力作用为气体赋予较大离心速度，再通过扩压器将气体速度能转换成为压力能。同时，叶轮的中心部位形成负压区，可将气体连续不断地吸入流道，完成对气体的升压和连续输送过程。随着科学技术的快速发展，离心式压缩机的整体性能得以显著优化提升，所占空间更小，结构样式更科学，气体传送量更大，运行过程更加平稳。喘振问题是离心式压缩机的固有特性，是压缩机工作状态失衡失稳的具体表象特征，严重情况下会造成气体流动方向出现逆转，产生强烈震动，加快压缩机磨损进程，缩短压缩机使用寿命，因此必须高度重视喘振控制问题。长期以来，广大生产性单位在离心式压缩机防喘振方面进行了大量有益探索，在防喘振智能控制系统的应用方面取得了令人瞩目的现实成就，积累了丰富而宝贵的实践经验。尽管如此，随着离心式压缩机应用环境的日益复杂与应用强度的不断提高，其防喘振控制系统依旧面临着严峻挑战与考验，创新防喘振智能控制系统应用成效，为离心式压缩机的稳定运行营造良好条件，任重而道远。

2 离心式压缩机喘振故障原因分析

2.1 压缩机叶轮磨损或者黏附物太多

叶轮是离心式压缩机的关键组成部分，主要通过自身曲线槽结构和快速旋转来形成强大离心力，其性能好坏直接关系到压缩机的运行稳定性。由于叶轮通常处于高强度、连续性的工况状况中，因此其遭受到的外来应力干扰相对较多，若其磨损程度较高，或黏附了过多杂质，则其曲线槽结构将会出现被动变化，自身转动能力系数下降，影响离心力的有效形成，打破了离心式压缩机的平衡稳定运行状态，造成喘振。研究表明，叶轮磨损程度越高，或黏附的杂质数量越多，则其喘振问题则越发突出。

2.2 压缩机扩压器腐蚀磨损

与叶轮相类似，扩压器同样在离心式压缩机结构中发挥着关键作用，可通过其自身具有的特定曲线腔壁对内部空气流动进行再次扩压，调节压缩机内部空气流动频率，保证离心式压缩机顺利完成工作。在外力的长期作用下，加之材质、强度、环境、维护等方面的影响，压缩机扩压器同样会出现腐蚀磨损问题，使得气体漩涡问题频发，阻碍气体顺利进入，并导致无法实现扩压，造成喘振。

2.3 叶轮与扩压器之间的间隙变化

离心式压缩机是一种专业性与特殊性较强的工业设备，对零部件之间的配合精度具有较高要求。通常情况下，应根据离心式压缩机的性能、工况、运行要求等因素，在叶轮与扩压器之间设定合理间隙，以满足压缩机内部空气流通需求。部分离心式压缩机在叶轮与扩压器之间所设置的间隙大小尺寸不科学，对内部气体的流动产生负面效应，间隙过大容易造成泄气、漏气、串气，而间隙过小则容易导致气体流量降低，无法形成特定压缩效果，输出压力丧失基础保障，进而形成喘振。

2.4 压缩机进气口温度变化

离心式压缩机进气口温度的变化属于典型的客观因素。在既有技术条件下，离心式压缩机需在特定温度与特定大气压下完成气体压缩全过程，但实际上进气口温度随时处于变化之中，因此这种相对理想的状态是难以达到的。当压缩机进气口温度升高，则其工艺气体密度随之降低，气流量减少，阻碍着压缩机内部压力的有序输出，导致喘振。这也直接证明了离心式压缩机在温度相对较高的环境中比低温环境更容易出现喘振。

3 离心式压缩机防喘振智能控制系统研究

3.1 智能控制系统功能需求分析

由于离心式压缩机处于连续性工况运行状态，因此在防喘振智能控制系统应用中必须建立适用的数学模型，以精准获取压缩机喘振点，并在部分情况下确保防喘振阀能够有效达到全开状态，优化调整气体气流调节作用。为提高防喘振智能控制系统的响应速度，需增设适配增益功能，有效调节阀门启闭速率。压缩机防喘振的工作区域相对较小，这意味着必须对工作点进行智能管控，通过优化调整工作点与防喘振工作区域的相对位置，降低智能控制系统可能出现的执行偏差。此外，比例超驰同样是智能控制系统需要具备的重要功能之一，在控制器控制作用微弱的情况下，相对独立地调控防喘振阀。

3.2 防喘振控制系统总体设计

以离心式压缩机的各项基本性能参数为基础，测定其运行特性曲线，获取喘振工况状态下的各类数据信息，构建数学模型，得到离心式压缩机喘振点。根据离心式压缩机可能导致喘振的诸多要素，形成喘振点控制区域，满足其防喘振的各项功能需求。对部分相对独立的系统工作模块进行单独设计，并进行线性优化调整，提高防喘振智能控制过程中的针对性和有效性。在此过程中，需精准掌握压缩机出入口压力的绝对值，在空气流通量恒定状态下，建立线性方程，防止压缩机转速下降时容易出现的间断性喘振问题。

3.3 系统功能初步设计

首先按照离心式压缩机压力与温度等各项额定参数，在选定数学模型的基础上，建立空气流量与压力存在一一对应关系的坐标系，为坐标系中横坐标与纵坐标分别赋予不同数值，精准反映二者之间的相互影响关系与逻辑关系。其次在同一坐标系中进行控制线设计，主要包括离心式压缩机徘徊线、防喘振线、比例控制线、快开线等，尽管不同的控制线具有不同的指导意义，所形成的细部设计价值有所差异，但可在多种智能控制方式下优化离心式压缩机的运行稳定性，将可能出现的各种喘振现象消除在萌芽阶段，形成多重智能性功能保护。

3.4 系统详细设计及功能实现

为提高离心式压缩机防喘振智能控制系统运行效果，必须对各项组成程序进行详细设计，并对具体功能做出有效说明与标注。在特定程序块开发软件平台中，可将智能控制系统细化分为：喘振线函数，用于通过压缩机压比获取喘振点；电磁阀启闭模块，用于向电磁阀发出启闭信号，根据压缩机工况条件，控制电磁阀的随时启闭；工作点颜色模块，用于控制工作点颜色，根据不同颜色的定义，协调实际偏置与总安全偏置的关系；徘徊点计算模块，用于实现喘振控制设定点的徘徊功能；自适应调节模块，为智能控制系统提供自适应调节功能，完成适配增益与不对称响应；重矫正模块，用于喘振发生后对安全偏置进行重新矫正。此外，还有总安全偏置模块、喘振超驰模块、喘振PID 模块等，实现各自相应功能。

3.5 智能防喘振控制系统调试运行

调试运行环节是离心式压缩机防喘振智能控制系统的关键步骤，主要目的在于查找发现存在于系统内部的薄弱之处，找准容易出现运行故障的具体点位，并采取特定技术措施进行优化与强化。通常情况下，防喘振智能控制系统的调试运行平台可采用AB ControlLogix平台，其稳定性好，运行速度快，运算效率高，可在更短的时间内完成更多调试任务，并可实现对主循环控制回路的定向扫描控制。

4 结语

综上所述，受技术方法、行为理念、管理模式等方面的影响，离心式压缩机防喘振智能控制系统的实际应用过程依旧存在着诸多方面的缺陷与不足，制约着离心式压缩机整体应用性能的优化提升。因此，技术人员应该从离心式压缩机的客观实际应用环境与需求出发，充分遵循防喘振智能控制系统的基本应用规律，创新思维方法，强化技术措施，切实优化离心式压缩机应用条件，将喘振造成的不良影响降到最低，为保障工业生产顺利有序进行奠定基础，为促进工业经济高质量发展保驾护航。