袁偉豪

陜鋼集團(tuán)漢中鋼鐵有限責(zé)任公司，中國(guó)·陜西 漢中 724200

1 引言

離心式空壓機(jī)是鋼鐵行業(yè)的一種常用設(shè)備，該類設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一些故障，其中喘振故障比較常見。離心式空氣壓縮機(jī)的喘振是在離心式空氣壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，氣流的強(qiáng)烈脈動(dòng)與周期性振蕩造成葉片強(qiáng)烈振動(dòng)，引起葉輪應(yīng)力加大，噪音增大，整個(gè)機(jī)組出現(xiàn)強(qiáng)烈振動(dòng)，機(jī)組的密封、軸承也會(huì)受到影響，整個(gè)機(jī)組有可能因此癱瘓?；谝陨险J(rèn)知，下面對(duì)離心式空氣壓縮機(jī)的喘振故障問(wèn)題做具體分析。

2 離心式空氣壓縮機(jī)喘振形成原因

2.1 喘振形成原理

喘振是離心式空氣壓縮機(jī)運(yùn)行在某一工況下產(chǎn)生的特有現(xiàn)象。當(dāng)進(jìn)入空壓機(jī)的空氣流量不能使空壓機(jī)產(chǎn)生足夠的壓力，外部管路的壓力就會(huì)大于空壓機(jī)內(nèi)部壓力，強(qiáng)大的壓差會(huì)導(dǎo)致逆止閥關(guān)閉[1]。逆止閥關(guān)閉后，空壓機(jī)不再由輸出，空壓機(jī)內(nèi)部就會(huì)有空氣積累，內(nèi)部壓力持續(xù)上升，當(dāng)內(nèi)部壓力上升到一定程度時(shí)（內(nèi)部壓力超過(guò)外部系統(tǒng)壓力），空壓機(jī)逆止閥就會(huì)被內(nèi)部壓力沖開，空壓機(jī)內(nèi)部氣體會(huì)排。內(nèi)部氣體排出后，空壓機(jī)內(nèi)部又會(huì)因?yàn)榭諝獾娜鄙俣鵁o(wú)法持續(xù)輸出，空壓機(jī)內(nèi)部壓力也會(huì)隨著氣體的排出不斷下降，最終當(dāng)壓力下降到一定程度時(shí)，空壓機(jī)的逆止閥又重新關(guān)閉，空壓機(jī)內(nèi)部空氣又重新聚集，內(nèi)部壓力又重新增大。如此反復(fù)，如此的循環(huán)往復(fù)，導(dǎo)致輸出的壓力和電機(jī)負(fù)荷劇烈波動(dòng)，逆止閥動(dòng)作頻繁，空壓機(jī)也不斷發(fā)出“砰砰”的喘振聲音。

2.2 喘振形成具體原因

離心式空壓機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的喘振現(xiàn)象分為兩種，一種是自然喘振，一種是異常喘振。離心式空壓機(jī)的自然喘振現(xiàn)象指：空壓機(jī)內(nèi)部壓力已經(jīng)達(dá)到機(jī)器可壓縮的最大值時(shí)產(chǎn)生的喘振。自然喘振比較容易消除與解決，只需通過(guò)調(diào)整空壓機(jī)的卸載壓力，使設(shè)備卸載壓力小于標(biāo)定壓力，就能有效避免喘振現(xiàn)象。離心式空壓機(jī)的異常喘振是一種故障的表現(xiàn)，這種故障會(huì)對(duì)整個(gè)機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行都產(chǎn)生重大影響，因此必須做好處置與防范。在維修過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，離心式空壓機(jī)的喘振故障主要與以下原因有關(guān)（見圖1）：

圖1 離心式空氣壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)圖

2.2.1 離心式空壓機(jī)進(jìn)氣口空氣溫度變化

離心式空壓機(jī)設(shè)計(jì)上的壓縮量是指在25℃，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓條件下的壓縮量。但在實(shí)際運(yùn)行中，外部溫度及大氣壓條件都在不斷變化，無(wú)法保持恒定，這樣空壓機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中就不可避免地會(huì)有喘振現(xiàn)象。且研究表明，當(dāng)空氣壓力恒定時(shí)，空氣密度與空氣溫度成反比例關(guān)系，溫度升高，密度就降低，而空氣密度降低會(huì)導(dǎo)致離心式空氣壓縮機(jī)內(nèi)部的空氣流量減少，輸出壓力降低，進(jìn)而導(dǎo)致空壓機(jī)出現(xiàn)嚴(yán)重喘振故障[2]。

2.2.2 離心式空壓機(jī)擴(kuò)壓器腐蝕磨損

當(dāng)離心式空壓機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，葉輪高速旋轉(zhuǎn)，空氣在經(jīng)過(guò)高速旋轉(zhuǎn)的葉輪后產(chǎn)生高速高壓，之后空氣進(jìn)入擴(kuò)壓器，擴(kuò)壓器會(huì)使空氣流速降低，壓力提高，這樣機(jī)器就能更順利地排出氣體，機(jī)器也不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的喘振現(xiàn)象。但如果空壓機(jī)中的擴(kuò)壓器受到嚴(yán)重磨損與腐蝕，性能下降，那么空氣在流經(jīng)擴(kuò)壓器時(shí)就得不到有效的處理，空壓機(jī)內(nèi)部的空氣壓力因此得不到提高，輸出壓力也將明顯降低，空壓機(jī)就更容易出現(xiàn)喘振。離心式空壓機(jī)葉輪與擴(kuò)壓器之間的間隙變化離心式空壓機(jī)對(duì)葉輪與擴(kuò)壓器之間的間隙要求較高，間隙過(guò)大或過(guò)小都有可能導(dǎo)致空壓機(jī)喘振問(wèn)題比較嚴(yán)重[3]。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)空壓機(jī)葉輪與擴(kuò)壓器之間的間隙過(guò)大時(shí)，就容易出現(xiàn)泄露串氣現(xiàn)象，泄露串氣導(dǎo)致空壓機(jī)內(nèi)氣體減少，壓力降低，機(jī)組的運(yùn)行受到影響。當(dāng)空壓機(jī)葉輪與擴(kuò)壓器之間的間隙過(guò)小時(shí)，空壓機(jī)內(nèi)通過(guò)的空氣流量就會(huì)變小。葉輪與擴(kuò)壓器容易碰撞，機(jī)組的喘振問(wèn)題也會(huì)更嚴(yán)重。

2.2.3 離心式空壓機(jī)冷卻器與水汽分離器變臟

空氣在經(jīng)過(guò)設(shè)備的壓縮后，速度與壓力會(huì)明顯上升，溫度會(huì)顯著升高，為防止出現(xiàn)溫度過(guò)高情況，離心式空氣壓縮機(jī)內(nèi)部都安裝有水汽分離器與冷卻器。在安裝有水汽分離器與冷卻器的分離式空壓機(jī)中，氣體在進(jìn)入下一級(jí)壓縮前要先經(jīng)過(guò)冷卻器與分離器，在冷卻器與分離器的作用下，空氣中的水分被過(guò)濾掉，這樣氣體就能被更順暢地排出。當(dāng)分離式空壓機(jī)中的水汽分離器冷卻器變臟后，過(guò)濾效果就會(huì)變差，機(jī)器內(nèi)的空氣流量也會(huì)因此減少，空壓機(jī)輸出壓力降低，并因此產(chǎn)生喘振現(xiàn)象。

3 離心式空壓機(jī)喘振故障處置與防范措施

3.1 離心式空壓機(jī)喘振故障處置方案

對(duì)離心式空壓機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的喘振故障，要根據(jù)故障形成原因采取針對(duì)性措施進(jìn)行處理，將故障影響降到最低[4]。具體如監(jiān)測(cè)與控制空壓機(jī)進(jìn)氣壓力，防止出現(xiàn)進(jìn)氣壓力低、進(jìn)氣溫度高、氣體分子量減小等問(wèn)題。平時(shí)做好對(duì)離心式空壓機(jī)的檢查與運(yùn)維，及時(shí)清理冷卻器、過(guò)濾器、網(wǎng)管等，保持機(jī)械設(shè)備清潔，確保機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)良好，從而緩解喘振現(xiàn)象。工作人員在開、停離心式空壓機(jī)時(shí)，要合理地降低升、降速度，避免升、降速度過(guò)快，并且在操作過(guò)程中做到升速后升壓，降壓后降速。在開防喘振閥或關(guān)防喘振閥時(shí)，做到平穩(wěn)緩慢，不能使防喘振閥受到過(guò)大沖擊。開防喘振閥時(shí)，先升高壓力，后降低壓力；關(guān)防喘振閥時(shí)，先降低壓力然后再升高壓力。離心式空壓機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中日過(guò)出現(xiàn)喘振與旋轉(zhuǎn)失速問(wèn)題，應(yīng)先將所有防喘振閥打開，增加壓縮機(jī)流量，然后根據(jù)故障的具體表現(xiàn)及原因做針對(duì)性處理。如對(duì)于因擴(kuò)壓器腐蝕磨損引起的喘振故障，就應(yīng)及時(shí)維修或更換擴(kuò)壓器，使故障盡快消除；對(duì)于因冷卻器與水汽分離器變臟引起的喘振故障，應(yīng)及時(shí)清洗這兩項(xiàng)裝置，或更換新裝置，以使故障盡快消除。

3.2 離心式空壓機(jī)運(yùn)行管理制度

離心式空壓機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行需要有健全完善的運(yùn)行管理制度做保障。當(dāng)前背景下，要不斷根據(jù)離心式空壓機(jī)的運(yùn)行管理情況，完善運(yùn)行管理制度，以制度促進(jìn)離心式空壓機(jī)運(yùn)行管理工作規(guī)范開展。具體來(lái)說(shuō)公司要制定以下幾條基本制度：離心式空壓機(jī)專人管理制度，公司的所有離心式空壓機(jī)，都由懂相關(guān)專業(yè)知識(shí)、掌握設(shè)備運(yùn)維技能、有一定實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)人員負(fù)責(zé)。公司所有新入離心式空壓機(jī)，未經(jīng)試驗(yàn)不得投入使用，只有在經(jīng)過(guò)規(guī)范試驗(yàn)且實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明一切安全正常后才能投入運(yùn)行。做好對(duì)離心式空壓機(jī)的基礎(chǔ)檢查與運(yùn)維，對(duì)所有老化嚴(yán)重的離心式空壓機(jī)，應(yīng)及時(shí)記錄并上報(bào)更換，從而減少安全隱患[5]。不斷完善離心式空壓機(jī)的運(yùn)維管理規(guī)范，確定離心式空壓機(jī)運(yùn)維管理細(xì)則，并嚴(yán)格要求相關(guān)工作人員按照規(guī)范細(xì)則開展各項(xiàng)檢修維護(hù)與管理工作，以提升離心式空壓機(jī)的安全管理水平。

3.3 離心式空壓機(jī)喘振檢測(cè)系統(tǒng)

在當(dāng)前背景下，可運(yùn)用PLC、人工智能等先進(jìn)技術(shù)建立離心式空壓機(jī)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，由系統(tǒng)對(duì)離心式空壓機(jī)的喘振故障做出自動(dòng)監(jiān)測(cè)與防范。

3.3.1 基于PLC 技術(shù)的離心式空壓機(jī)喘振監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

運(yùn)用PLC 技術(shù)構(gòu)建離心式空壓機(jī)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)，通過(guò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)離心式空壓機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與自動(dòng)控制，提高離心式空壓機(jī)運(yùn)行水平。PLC 監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)可完成設(shè)備自動(dòng)化和過(guò)程自動(dòng)化監(jiān)測(cè)控制，實(shí)現(xiàn)完美的網(wǎng)絡(luò)功能，系統(tǒng)功能豐富、性能穩(wěn)定，擴(kuò)展性好、抗干擾性強(qiáng)，應(yīng)用性好?；赑LC 技術(shù)的監(jiān)測(cè)控制柜能夠與公司的DCS 系統(tǒng)連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，能通過(guò)以太網(wǎng)等對(duì)公司的4 臺(tái)復(fù)盛P700 離心式空氣壓縮機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與監(jiān)測(cè)控制。PLC控制系統(tǒng)將自動(dòng)、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與收集離心式空壓機(jī)的氣體溫度、氣體流量及壓力等數(shù)據(jù)，并據(jù)此對(duì)離心式空壓機(jī)運(yùn)行狀態(tài)做出判斷，對(duì)離心式空壓機(jī)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控與管理。通過(guò)PLC 監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)，工作人員可遠(yuǎn)程完成離心式空壓機(jī)啟閉操作，或是直接通過(guò)PLC 監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)完成自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制，提高對(duì)離心式空壓機(jī)的監(jiān)測(cè)與監(jiān)測(cè)控制水平。在將PLC 技術(shù)運(yùn)用于離心式空壓機(jī)監(jiān)測(cè)控制時(shí)，重點(diǎn)是掌握離心式空壓機(jī)的機(jī)型、容量、運(yùn)行環(huán)境以及運(yùn)行負(fù)荷等，據(jù)此確定離心式空壓機(jī)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)控制需求，然后才能構(gòu)建出適用性高的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)，讓離心式空壓機(jī)得到科學(xué)精準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)與監(jiān)測(cè)控制。

3.3.2 基于人工智能技術(shù)的離心式空氣壓縮機(jī)喘振監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

人工智能技術(shù)在現(xiàn)代社會(huì)的多個(gè)領(lǐng)域都有重要應(yīng)用，在機(jī)電自動(dòng)化控制領(lǐng)域也發(fā)揮出了重要作用。對(duì)于離心式空氣壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的喘振問(wèn)題，有必要借助人工智能技術(shù)進(jìn)行防范與解決，有效提高離心式空氣壓縮機(jī)的穩(wěn)定性，降低故障發(fā)生率[6]。公司目前可運(yùn)用人工智能技術(shù)下的專家系統(tǒng)、模糊理論等構(gòu)建離心式空氣壓縮機(jī)在線、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由系統(tǒng)對(duì)離心式空氣壓縮機(jī)的喘振問(wèn)題進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)與分析。

專家系統(tǒng)是發(fā)展最早，也是人工智能應(yīng)用最活躍和最廣泛的課題之一，它與知識(shí)工程研究聯(lián)系在一起。在專家系統(tǒng)中，需設(shè)計(jì)所研究問(wèn)題領(lǐng)域的知識(shí)表達(dá)方式，知識(shí)處理與知識(shí)運(yùn)用的理論及方法。專家系統(tǒng)在當(dāng)前的電力系統(tǒng)中有廣泛應(yīng)用。當(dāng)前有些公司利用面向?qū)ο蟮闹R(shí)表示方法構(gòu)建離心式空壓機(jī)日常運(yùn)行管理專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)能在設(shè)備運(yùn)行期間，根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)、設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行規(guī)程及結(jié)構(gòu)等，為運(yùn)維人員提供運(yùn)維管理建議，協(xié)助工作人員制定更科學(xué)可行的運(yùn)維管理決策。公司也可運(yùn)用人工智能技術(shù)領(lǐng)域中的模糊理論，構(gòu)建離心式空壓機(jī)裝置狀態(tài)評(píng)價(jià)體系，運(yùn)用模糊綜合評(píng)判的方法掌握離心式空壓機(jī)裝置運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)離心式空壓機(jī)裝置的運(yùn)行隱患并作出處理，防止問(wèn)題真正發(fā)生。另外也可運(yùn)用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析對(duì)離心式空壓機(jī)裝置的運(yùn)行狀態(tài)等進(jìn)行監(jiān)測(cè)與分析，掌握離心式空壓機(jī)裝置運(yùn)行情況，制定更科學(xué)可行的運(yùn)維管理策略，維護(hù)離心式空壓機(jī)裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，離心式空壓機(jī)是重要的生產(chǎn)設(shè)備，空壓機(jī)的喘振問(wèn)題會(huì)給整個(gè)機(jī)組帶來(lái)較大影響。研究可知，離心式空壓機(jī)喘振故障與多種原因有關(guān)，公司要根據(jù)具體的原因做好故障處置，將故障影響降到最低。此外，公司還需結(jié)合空壓機(jī)構(gòu)造特征、技術(shù)參數(shù)等制定科學(xué)可行的運(yùn)行管理制度，完善運(yùn)行管理規(guī)范，并建立在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)，運(yùn)用技術(shù)手段提高離心式空壓機(jī)運(yùn)行管理水平，降低故障發(fā)生率。