高天絮

【摘要】離心式空壓機(jī)作為工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用的空壓機(jī)類型之一，在鋼鐵、冶金等諸多工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的作用。喘振現(xiàn)象作為離心式空壓機(jī)的特有現(xiàn)象，不僅對(duì)空壓機(jī)設(shè)備有著嚴(yán)重?fù)p害，并且對(duì)生產(chǎn)環(huán)境也造成了嚴(yán)重的安全隱患。本文主要針對(duì)空壓機(jī)的喘振現(xiàn)象進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析，并對(duì)其防控措施進(jìn)行了簡(jiǎn)要的闡述。

【關(guān)鍵詞】空壓機(jī) 喘振 防控

1引言

隨著離心式空壓機(jī)在鋼鐵、冶金、紡織等工業(yè)生產(chǎn)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。由于離心式空壓機(jī)的獨(dú)有特性，喘振現(xiàn)象已經(jīng)成為制約其發(fā)展的重要因素，不僅會(huì)對(duì)空壓機(jī)自身造成較大的損害，還成為生產(chǎn)過(guò)程中重要的安全隱患，嚴(yán)重影響著生產(chǎn)環(huán)境及工作人員的安全。本文就主要針對(duì)空壓機(jī)喘振現(xiàn)象及其成因進(jìn)行了深入分析研究，并對(duì)其防控措施進(jìn)行了簡(jiǎn)要的闡述。

2空壓機(jī)喘振現(xiàn)象的原因及危害

2.1空壓機(jī)喘振現(xiàn)象的原因

喘振現(xiàn)象是離心式空壓機(jī)的一種特有現(xiàn)象。離心式空壓機(jī)主要通過(guò)加速流體進(jìn)行壓縮，在電機(jī)轉(zhuǎn)速以及導(dǎo)葉開度等其他條件相同時(shí)，空壓機(jī)排氣流量與排氣壓力的曲線保持穩(wěn)定。另一方面從管路特性曲線來(lái)看，管路壓力與管路氣體流量成二次正相關(guān)，即氣體流量越大，管網(wǎng)的壓力也就越大。在空壓機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，空壓機(jī)工作特性曲線與管路特性曲線的交點(diǎn)即為當(dāng)前工作參數(shù)。

在空壓機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)負(fù)載持續(xù)增加時(shí)，氣體流量持續(xù)減小，管路特性曲線越來(lái)越陡峭，此時(shí)工作點(diǎn)沿管路性能曲線上升至喘振上極限點(diǎn)；而當(dāng)負(fù)載持續(xù)減少時(shí)，氣體脫落導(dǎo)致空壓機(jī)排氣壓力甚至高于設(shè)備內(nèi)部壓力，此時(shí)排出的氣體將發(fā)生回流，直至空壓機(jī)排氣壓力下降至低于空壓機(jī)內(nèi)部壓力，空壓機(jī)再次恢復(fù)正向氣體流動(dòng)。當(dāng)空壓機(jī)排氣流量低至一定程度時(shí)，排出的氣體將發(fā)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)，即倒流至空壓機(jī)內(nèi)部又正常排出，此時(shí)空壓機(jī)將產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)現(xiàn)象，成為喘振。

2.2空壓機(jī)喘振現(xiàn)象的危害

喘振現(xiàn)象對(duì)空壓機(jī)設(shè)備以及工業(yè)生產(chǎn)都有著極為嚴(yán)重的危害：一是空壓機(jī)排氣壓力與排氣流量劇烈的波動(dòng)嚴(yán)重破壞了空壓機(jī)設(shè)備的穩(wěn)定性能；二是空壓機(jī)的劇烈震動(dòng)造成了嚴(yán)重的噪聲，對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)造成了不利的影響；三是在劇烈振動(dòng)過(guò)程中，空壓機(jī)各零部件承受過(guò)高的盈利，加速了零部件的機(jī)械磨損，導(dǎo)致軸承等關(guān)鍵部件過(guò)疲勞產(chǎn)生裂紋甚至被燒毀；四是劇烈的喘振現(xiàn)象大大增加了空壓機(jī)的功率消耗，使得空壓機(jī)內(nèi)部溫度過(guò)高導(dǎo)致零部件受熱變形嚴(yán)重，嚴(yán)重破壞了空壓機(jī)的氣密性能，容易導(dǎo)致空壓機(jī)各部分之間壓力失常，進(jìn)一步加劇了喘振現(xiàn)象。

3空壓機(jī)喘振現(xiàn)象的防控措施

3.1空壓機(jī)喘振防控原理

喘振是空壓機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的一種特殊運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)將不同轉(zhuǎn)速及不同導(dǎo)葉開度輕快下空壓機(jī)性能曲線上的喘振點(diǎn)連接起來(lái)，即可得到空壓機(jī)的喘振線（如圖1所示）。喘振線右側(cè)為空壓機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域，而左側(cè)為空壓機(jī)的喘振區(qū)域。一般來(lái)說(shuō)，為了有效避免喘振現(xiàn)象的發(fā)射，多采用限制排氣流量的方式，既避免了喘振現(xiàn)象的發(fā)生，又盡可能提高了空壓機(jī)的工作運(yùn)行效率，在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中有著較高的應(yīng)用價(jià)值。

為了實(shí)現(xiàn)可靠的空壓機(jī)喘振防控，一般在空壓機(jī)喘振線右側(cè)設(shè)置防喘振控制線，并與喘振線保持約10%的距離作為控制的安全裕量，且防喘振控制線的形狀應(yīng)與喘振線完全一致。同時(shí)為了切實(shí)避免喘振的發(fā)生，一般在喘振線與防喘振線之間還設(shè)置有喘振安全線，通常距離喘振線保持2%左右的距離，用于控制放空閥的開閉，當(dāng)達(dá)到喘振安全線時(shí)，立刻控制放空閥釋放氣體，從而有效避免了喘振現(xiàn)象的發(fā)生。喘振安全線的裕量越小，能量的損失就越小，但對(duì)放空閥的相應(yīng)要求也越高，相反裕量越大，對(duì)放空閥的要求相對(duì)較低，但能量的損失卻相對(duì)增大。

如上圖所示，當(dāng)空壓機(jī)運(yùn)行防喘振控制線右側(cè)時(shí)，防喘振閥處于完全關(guān)閉狀態(tài)，此時(shí)空壓機(jī)處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)；當(dāng)空壓機(jī)工作點(diǎn)達(dá)到防喘振控制線時(shí)，此時(shí)利用防喘振控制公式計(jì)算防喘振閥的氣體流量設(shè)定值，當(dāng)運(yùn)行點(diǎn)繼續(xù)向喘振線緩慢移動(dòng)時(shí)，控制防喘振閥通過(guò)釋放氣體壓力將運(yùn)行點(diǎn)保持在非喘振區(qū)域中。當(dāng)外界條件突然改變使得空壓機(jī)運(yùn)行點(diǎn)突然達(dá)到喘振安全線時(shí)，此時(shí)要求防喘振閥快速響應(yīng)立即釋放空壓機(jī)氣體壓力，避免空壓機(jī)進(jìn)入喘振區(qū)域發(fā)生喘振現(xiàn)象。

3.2空壓機(jī)喘振防控電路

典型的空壓機(jī)喘振防控電路如圖2所示，根據(jù)實(shí)現(xiàn)功能不同，防喘振電路可以進(jìn)一步分為防喘振閥調(diào)節(jié)電路以及空壓機(jī)排氣壓力調(diào)節(jié)電路等。

3.2.1防喘振閥調(diào)節(jié)電路

防喘振閥調(diào)節(jié)電路即圖中FIC-101，主要由比例積分電路組成，起反向調(diào)節(jié)作用，通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流的測(cè)量得到空壓機(jī)排風(fēng)量信息，利用預(yù)先設(shè)置的防喘振控制線公式計(jì)算空壓機(jī)的排風(fēng)量設(shè)定值。圖中FIC-102為防超壓調(diào)節(jié)電路，也主要由比例積分電路組成，起正向調(diào)節(jié)作用。對(duì)于大型空壓機(jī)設(shè)備，其排氣壓力一般較大，但過(guò)高時(shí)容易對(duì)管道及設(shè)備造成不必要的損壞，因此防超壓調(diào)節(jié)電路通過(guò)對(duì)排氣壓力的測(cè)量對(duì)出口壓力進(jìn)行限制，使其不超過(guò)預(yù)設(shè)的最大值，有效避免了對(duì)設(shè)備及管道的損壞。

測(cè)量信號(hào)經(jīng)過(guò)防喘振閥調(diào)節(jié)電路以及防超壓調(diào)節(jié)電路的處理計(jì)算后，得到空壓機(jī)放空閥的控制信號(hào)。為了保證空壓機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，要求防喘振放空閥的開閉速度不能過(guò)大，避免引起設(shè)備的劇烈波動(dòng)，但同時(shí)為了提高能量利用率，有要求防喘振放空閥具有較高的敏感性及快速響應(yīng)能力，因此對(duì)防喘振放空閥通常具有“快開慢關(guān)”的控制要求。

3.2.2空壓機(jī)排氣壓力調(diào)節(jié)電路

除防喘振閥調(diào)節(jié)電路外，圖中PIC-103為越靠近排氣壓力調(diào)節(jié)電路，也主要由比例積分電路組成，起反向調(diào)節(jié)作用，主要負(fù)責(zé)控制調(diào)節(jié)空壓機(jī)的排氣壓力。為了維持空壓機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，需要保證空壓機(jī)的排氣壓力保持在合理區(qū)間內(nèi)，一般通過(guò)對(duì)空壓機(jī)出口處導(dǎo)葉的控制調(diào)節(jié)使排氣壓力保持相對(duì)穩(wěn)定，同時(shí)為了防止誤操作引起設(shè)備的波動(dòng)，通過(guò)調(diào)節(jié)幅度收到一定的限制。

在調(diào)節(jié)空壓機(jī)出口處導(dǎo)葉時(shí)，空壓機(jī)中的電動(dòng)機(jī)可能發(fā)生過(guò)流現(xiàn)象，為了保護(hù)電動(dòng)機(jī)，在排氣壓力調(diào)節(jié)電路后一般還設(shè)置了電流防過(guò)載調(diào)節(jié)電路，同樣由比例積分電路組成起反向調(diào)節(jié)作用，通過(guò)對(duì)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電流的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與調(diào)節(jié)保證其不超過(guò)限值，從而有效避免過(guò)載現(xiàn)象對(duì)電動(dòng)機(jī)的損害。

空壓機(jī)排氣壓力調(diào)節(jié)電路的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)防過(guò)載電路后，將控制信號(hào)傳導(dǎo)至空壓機(jī)導(dǎo)葉處進(jìn)行控制。為了保證空壓機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定，通過(guò)要求空壓機(jī)入口處導(dǎo)葉的開閉速度也不能過(guò)快，但在實(shí)際控制過(guò)程中，由于關(guān)閉放空閥可以有效避免電動(dòng)機(jī)過(guò)載，因此導(dǎo)葉的關(guān)閉速度可以相對(duì)較快；而放空閥的開啟往往需要經(jīng)歷加載過(guò)程，因此此時(shí)導(dǎo)葉的開啟速度應(yīng)相對(duì)減慢，這就對(duì)導(dǎo)葉提出了“快關(guān)慢開”的控制要求，與放空閥正好相反。

3.3.3加載與卸載

為了保證加載及卸載過(guò)程的穩(wěn)定性，通常設(shè)置有自動(dòng)加載及卸載程序，使得加載卸載過(guò)程能夠可靠、自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。自動(dòng)加載時(shí)，空壓機(jī)入口處導(dǎo)葉開口逐漸增大，此時(shí)電動(dòng)機(jī)電流不斷能增大，為了最大程度減少能量的損耗，當(dāng)電流值達(dá)到喘振線時(shí)，逐漸關(guān)閉放空閥直至全部關(guān)閉，此時(shí)自動(dòng)加載過(guò)程結(jié)束。自動(dòng)卸載時(shí)，放空閥首先緩慢打開直至全部打開，之后空壓機(jī)入口處導(dǎo)葉緩慢關(guān)閉直至開度減小為10%，此時(shí)自動(dòng)卸載過(guò)程結(jié)束。自動(dòng)卸載完成后，進(jìn)一步停止空壓機(jī)的運(yùn)行，同時(shí)將入口處導(dǎo)葉全部關(guān)閉。

4結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)離心式空壓機(jī)存在的喘振現(xiàn)象，本文對(duì)其現(xiàn)象及成因進(jìn)行了深入的研究，并對(duì)其防控措施進(jìn)行了詳盡的闡述，本文提出的空壓機(jī)喘振防控電路能夠有效避免空壓機(jī)進(jìn)入喘振區(qū)域，同時(shí)也避免了因電動(dòng)機(jī)過(guò)載而導(dǎo)致的停車故障，不僅提高了空壓機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性，更提高了其運(yùn)行效率，在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中有著較為廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]李海亮.離心空壓機(jī)喘振與控制[J].工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置，2014（2）：99-101.

[2]鄧道風(fēng).空壓機(jī)喘振原因的分析和處理[J].黑龍江科技信息，2011（15）：49-49.

[3]孔蕓.空壓機(jī)喘振的治理[J].壓縮機(jī)技術(shù)， 2016（4）：53-56.

[4]尹冬晨，杜連濤，張玥玥.離心空壓機(jī)喘振與控制[J].科研，2016（7）：00147-00147.

[5]饒遠(yuǎn)楊.離心式空壓機(jī)喘振分析與預(yù)防[J].銅業(yè)工程， 2011（2）：55-57.