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        防喘振控制在壓縮機(jī)改造中的應(yīng)用

        2015-05-30 06:33:54南學(xué)杰
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2015年35期
        關(guān)鍵詞:系統(tǒng)設(shè)計壓縮機(jī)

        南學(xué)杰

        摘 要:隨著工業(yè)科技的蓬勃發(fā)展,排氣量大、運(yùn)轉(zhuǎn)周期長的離心式壓縮機(jī)逐漸贏得市場信賴。但不可忽略的是,頻發(fā)的喘振現(xiàn)象已經(jīng)成為離心式壓縮機(jī)在工業(yè)應(yīng)用中的首要桎梏。文章將從闡述離心式壓縮機(jī)防喘振控制系統(tǒng)的研究目的入手,結(jié)合離心式壓縮機(jī)工作原理、喘振現(xiàn)象成因以及防喘振控制系統(tǒng)要素等研究基礎(chǔ),提出防喘振控制系統(tǒng)設(shè)計方案,旨在為離心式壓縮機(jī)改良提供有益參考。

        關(guān)鍵詞:防喘振;壓縮機(jī);系統(tǒng)設(shè)計;應(yīng)用改造

        引言

        離心式壓縮機(jī)是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)性設(shè)備,廣泛應(yīng)用于冶煉、制冷、石油、化工等行業(yè)管線,具有重要的經(jīng)濟(jì)效益價值。喘振是壓縮機(jī)流量和壓力迅速減少所導(dǎo)致的非正常狀態(tài)振動,喘振不僅會降低離心式壓縮機(jī)的工作效率,而且嚴(yán)重時可能造成風(fēng)機(jī)葉片疲勞損耗。因此,在壓縮機(jī)改造過程中探究應(yīng)用防喘振控制系統(tǒng),具有重要的理論和實(shí)踐價值。

        1 離心式壓縮機(jī)防喘振控制系統(tǒng)的研究目的

        1.1 喘振危害分析

        一旦壓縮機(jī)發(fā)生喘振后,就導(dǎo)致壓縮機(jī)難以正常工作。其出口壓力減小,整體壓力將低于出口管道系統(tǒng)壓力,進(jìn)而使得氣體從管道系統(tǒng)向壓縮機(jī)倒流,直到管道系統(tǒng)中壓力低于壓縮機(jī)出口壓力,此時倒流停止,壓縮機(jī)恢復(fù)工作,但是當(dāng)出口管道系統(tǒng)的壓力恢復(fù)到原值時,通過壓縮機(jī)的氣體流量再一次減小,這時又發(fā)生喘振,如此反復(fù),使系統(tǒng)呈周期性振蕩,在整個過程中,壓縮機(jī)組強(qiáng)烈振動,伴有異常噪聲,嚴(yán)重時壓縮機(jī)會受到損壞。

        1.2 防喘振控制系統(tǒng)研究價值

        防喘振控制系統(tǒng)利用多樣化技術(shù)手段,形成系統(tǒng)化的喘振預(yù)防和治理方案,可有效防止喘振現(xiàn)象發(fā)生;防喘振控制系統(tǒng)作為離心式壓縮機(jī)控制體系的重要組成部分,便于技術(shù)人員及時了解設(shè)備狀態(tài),穩(wěn)定控制壓縮機(jī)器。

        2 離心式壓縮機(jī)防喘振控制系統(tǒng)的研究基礎(chǔ)

        2.1 離心壓縮機(jī)工作原理

        離心式壓縮機(jī)屬于透平壓縮機(jī)的一種。作為典型的葉片式旋轉(zhuǎn)機(jī)械,其基本工作原理是通過氣體與葉片的共同作用,賦予氣體更強(qiáng)的壓力和動能,繼而利用流通元件促使氣流減速,從而實(shí)現(xiàn)氣流在壓縮機(jī)內(nèi)的徑向流動。從實(shí)踐來看,離心式壓縮機(jī)常與其他設(shè)備、管道等形成一體化的系統(tǒng)聯(lián)合使用,因而具有鮮明的管網(wǎng)特征。由于管網(wǎng)線路內(nèi)部的壓力和流量經(jīng)常變化,離心式壓縮機(jī)就需要不斷改變自身的排氣壓力和流量,因而面臨著壓力和流量速降引發(fā)的喘振風(fēng)險。

        2.2 出現(xiàn)喘振現(xiàn)象的原因

        離心式壓縮機(jī)出現(xiàn)喘振的原因多種多樣,而且常常是由復(fù)合因素引發(fā)的??偟膩碇v,喘振成因主要有五個方面。一是因壓縮機(jī)內(nèi)部氣體流動發(fā)生失速而導(dǎo)致喘振;二是由于壓縮機(jī)與管網(wǎng)聯(lián)合運(yùn)作不協(xié)調(diào)而發(fā)生喘振,如壓縮機(jī)流量小于喘振流量;三是當(dāng)離心式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速過大時,喘振流量也隨之增大,喘振線即向大流量區(qū)移動;四是壓縮機(jī)的進(jìn)氣溫度、壓力等要素不穩(wěn)定;五是管網(wǎng)的容量過大引發(fā)喘振點(diǎn)流量增大,使壓縮機(jī)難以平穩(wěn)運(yùn)行。

        2.3 防喘振控制系統(tǒng)要素

        鑒于離心式壓縮機(jī)的管網(wǎng)特征,其防喘振控制系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)當(dāng)從壓縮機(jī)與管網(wǎng)的聯(lián)動運(yùn)行上采取措施,普遍來看行之有效的方法是采用防喘裝置,其系統(tǒng)要素主要有管網(wǎng)流量、進(jìn)出口壓力以及喘振控制線三方面。第一,應(yīng)在管網(wǎng)流量大幅減少時增加離心式壓縮機(jī)自身流量,使機(jī)器保持在大于喘振流量的狀態(tài)下運(yùn)行;第二,智能控制離心式壓縮機(jī)的進(jìn)出口壓力;第三,根據(jù)離心式壓縮機(jī)的特征曲線來看,喘振線即是其穩(wěn)定運(yùn)行范圍的最小流量極限。

        3 離心式壓縮機(jī)防喘振控制系統(tǒng)的設(shè)計方案

        3.1 總體設(shè)計思想

        承前所述,離心式壓縮機(jī)發(fā)生喘振的主要原因是負(fù)荷突然減少。因此,要確保其在運(yùn)行過程中不出現(xiàn)喘振,必須要使通過壓縮機(jī)的實(shí)際流量在任何轉(zhuǎn)速、任何壓力下都能夠小于喘振流量。正因如此,文章所述離心式壓縮機(jī)防喘振控制系統(tǒng)的總體設(shè)計思想,即是在確保減少離心式壓縮機(jī)能量消耗的基礎(chǔ)上,在壓縮機(jī)的負(fù)荷具有經(jīng)常波動可能性之處,采取可變極限流量的防喘振控制方案。

        3.2 具體設(shè)計分區(qū)

        3.2.1 喘振區(qū)域確定

        確定喘振區(qū)域是設(shè)計防喘振控制系統(tǒng)的首要前提,為喘振故障檢測、防喘振方案制定奠定了理論根基。喘振區(qū)域確定需要結(jié)合離心式壓縮機(jī)的管網(wǎng)特性,利用曲線圖進(jìn)行表述。管網(wǎng)特性與壓縮機(jī)性能曲線分別表示管道進(jìn)口壓力、壓縮機(jī)出口壓力隨氣體流量變化的狀況,二者交點(diǎn)即為壓縮機(jī)工作點(diǎn)。由于工作點(diǎn)橫坐標(biāo)Q表示氣體流量,縱坐標(biāo)P代表實(shí)際排氣壓力,因而最高點(diǎn)K右方的下降區(qū)域是穩(wěn)定工作區(qū),K左下降區(qū)域即是喘振區(qū)域。

        3.2.2 操作變量選擇

        根據(jù)離心式壓縮機(jī)運(yùn)行理論,將其操作變量穩(wěn)定在設(shè)計值上才能夠使經(jīng)濟(jì)效益最大化。但在實(shí)踐改造過程中,變量的穩(wěn)定性難以保證。因而,在防喘振控制系統(tǒng)的構(gòu)建過程中,操作變量選擇尤為重要。一是應(yīng)當(dāng)允許其在一定范圍內(nèi)改變,二是適當(dāng)減小調(diào)節(jié)通道的時間常數(shù),適量擴(kuò)大干擾通道的時間常數(shù),三是須通過對所選變量的準(zhǔn)確把握,保障其對裝置中的其他控制系統(tǒng)不會產(chǎn)生較大干擾。

        3.3 系統(tǒng)設(shè)計框圖

        4 總結(jié)

        總而言之,防喘振控制系統(tǒng)在壓縮機(jī)改造中的應(yīng)用,須以離心式壓縮機(jī)工作原理和喘振成因?yàn)槌霭l(fā)點(diǎn),以智能化的總體設(shè)計理念為依托,在完善技術(shù)故障診斷、精確定位喘振區(qū)域、明晰系統(tǒng)儀表選型的基礎(chǔ)上,構(gòu)建高效自動化的先進(jìn)控制系統(tǒng),致力于提升壓縮機(jī)工作成效。

        參考文獻(xiàn)

        [1]袁國利,郎兵.三冗余PLC在壓縮機(jī)防喘振控制中的應(yīng)用研究[J].自動化儀表,2011(1).

        [2]趙豐.離心壓縮機(jī)防喘振控制系統(tǒng)研究[D].大連理工大學(xué),2006.

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