淺析空壓機的喘振現象及其防控措施

高天絮

【摘要】離心式空壓機作為工業生產中得到廣泛應用的空壓機類型之一，在鋼鐵、冶金等諸多工業生產領域中發揮著重要的作用。喘振現象作為離心式空壓機的特有現象，不僅對空壓機設備有著嚴重損害，并且對生產環境也造成了嚴重的安全隱患。本文主要針對空壓機的喘振現象進行了簡要的分析，并對其防控措施進行了簡要的闡述。

【關鍵詞】空壓機 喘振 防控

1引言

隨著離心式空壓機在鋼鐵、冶金、紡織等工業生產中得到越來越廣泛的應用，在工業生產中發揮著越來越重要的作用。由于離心式空壓機的獨有特性，喘振現象已經成為制約其發展的重要因素，不僅會對空壓機自身造成較大的損害，還成為生產過程中重要的安全隱患，嚴重影響著生產環境及工作人員的安全。本文就主要針對空壓機喘振現象及其成因進行了深入分析研究，并對其防控措施進行了簡要的闡述。

2空壓機喘振現象的原因及危害

2.1空壓機喘振現象的原因

喘振現象是離心式空壓機的一種特有現象。離心式空壓機主要通過加速流體進行壓縮，在電機轉速以及導葉開度等其他條件相同時，空壓機排氣流量與排氣壓力的曲線保持穩定。另一方面從管路特性曲線來看，管路壓力與管路氣體流量成二次正相關，即氣體流量越大，管網的壓力也就越大。在空壓機正常運行時，空壓機工作特性曲線與管路特性曲線的交點即為當前工作參數。

在空壓機運行過程中，當負載持續增加時，氣體流量持續減小，管路特性曲線越來越陡峭，此時工作點沿管路性能曲線上升至喘振上極限點；而當負載持續減少時，氣體脫落導致空壓機排氣壓力甚至高于設備內部壓力，此時排出的氣體將發生回流，直至空壓機排氣壓力下降至低于空壓機內部壓力，空壓機再次恢復正向氣體流動。當空壓機排氣流量低至一定程度時，排出的氣體將發生往復運動，即倒流至空壓機內部又正常排出，此時空壓機將產生劇烈的振動現象，成為喘振。

2.2空壓機喘振現象的危害

喘振現象對空壓機設備以及工業生產都有著極為嚴重的危害：一是空壓機排氣壓力與排氣流量劇烈的波動嚴重破壞了空壓機設備的穩定性能；二是空壓機的劇烈震動造成了嚴重的噪聲，對生產環節造成了不利的影響；三是在劇烈振動過程中，空壓機各零部件承受過高的盈利，加速了零部件的機械磨損，導致軸承等關鍵部件過疲勞產生裂紋甚至被燒毀；四是劇烈的喘振現象大大增加了空壓機的功率消耗，使得空壓機內部溫度過高導致零部件受熱變形嚴重，嚴重破壞了空壓機的氣密性能，容易導致空壓機各部分之間壓力失常，進一步加劇了喘振現象。

3空壓機喘振現象的防控措施

3.1空壓機喘振防控原理

喘振是空壓機運行過程中的一種特殊運行狀態，通過將不同轉速及不同導葉開度輕快下空壓機性能曲線上的喘振點連接起來，即可得到空壓機的喘振線（如圖1所示）。喘振線右側為空壓機穩定運行區域，而左側為空壓機的喘振區域。一般來說，為了有效避免喘振現象的發射，多采用限制排氣流量的方式，既避免了喘振現象的發生，又盡可能提高了空壓機的工作運行效率，在實際工業生產中有著較高的應用價值。

為了實現可靠的空壓機喘振防控，一般在空壓機喘振線右側設置防喘振控制線，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與喘振線完全一致。同時為了切實避免喘振的發生，一般在喘振線與防喘振線之間還設置有喘振安全線，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，當達到喘振安全線時，立刻控制放空閥釋放氣體，從而有效避免了喘振現象的發生。喘振安全線的裕量越小，能量的損失就越小，但對放空閥的相應要求也越高，相反裕量越大，對放空閥的要求相對較低，但能量的損失卻相對增大。

如上圖所示，當空壓機運行防喘振控制線右側時，防喘振閥處于完全關閉狀態，此時空壓機處于穩定運行狀態；當空壓機工作點達到防喘振控制線時，此時利用防喘振控制公式計算防喘振閥的氣體流量設定值，當運行點繼續向喘振線緩慢移動時，控制防喘振閥通過釋放氣體壓力將運行點保持在非喘振區域中。當外界條件突然改變使得空壓機運行點突然達到喘振安全線時，此時要求防喘振閥快速響應立即釋放空壓機氣體壓力，避免空壓機進入喘振區域發生喘振現象。

3.2空壓機喘振防控電路

典型的空壓機喘振防控電路如圖2所示，根據實現功能不同，防喘振電路可以進一步分為防喘振閥調節電路以及空壓機排氣壓力調節電路等。

3.2.1防喘振閥調節電路

防喘振閥調節電路即圖中FIC-101，主要由比例積分電路組成，起反向調節作用，通過對驅動電機電流的測量得到空壓機排風量信息，利用預先設置的防喘振控制線公式計算空壓機的排風量設定值。圖中FIC-102為防超壓調節電路，也主要由比例積分電路組成，起正向調節作用。對于大型空壓機設備，其排氣壓力一般較大，但過高時容易對管道及設備造成不必要的損壞，因此防超壓調節電路通過對排氣壓力的測量對出口壓力進行限制，使其不超過預設的最大值，有效避免了對設備及管道的損壞。

測量信號經過防喘振閥調節電路以及防超壓調節電路的處理計算后，得到空壓機放空閥的控制信號。為了保證空壓機的穩定運行，要求防喘振放空閥的開閉速度不能過大，避免引起設備的劇烈波動，但同時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能力，因此對防喘振放空閥通常具有“快開慢關”的控制要求。

3.2.2空壓機排氣壓力調節電路

除防喘振閥調節電路外，圖中PIC-103為越靠近排氣壓力調節電路，也主要由比例積分電路組成，起反向調節作用，主要負責控制調節空壓機的排氣壓力。為了維持空壓機的穩定運行，需要保證空壓機的排氣壓力保持在合理區間內，一般通過對空壓機出口處導葉的控制調節使排氣壓力保持相對穩定，同時為了防止誤操作引起設備的波動，通過調節幅度收到一定的限制。

在調節空壓機出口處導葉時，空壓機中的電動機可能發生過流現象，為了保護電動機，在排氣壓力調節電路后一般還設置了電流防過載調節電路，同樣由比例積分電路組成起反向調節作用，通過對電動機驅動電流的實時監測與調節保證其不超過限值，從而有效避免過載現象對電動機的損害。

空壓機排氣壓力調節電路的輸出信號經過防過載電路后，將控制信號傳導至空壓機導葉處進行控制。為了保證空壓機的運行穩定，通過要求空壓機入口處導葉的開閉速度也不能過快，但在實際控制過程中，由于關閉放空閥可以有效避免電動機過載，因此導葉的關閉速度可以相對較快；而放空閥的開啟往往需要經歷加載過程，因此此時導葉的開啟速度應相對減慢，這就對導葉提出了“快關慢開”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程的穩定性，通常設置有自動加載及卸載程序，使得加載卸載過程能夠可靠、自動實現。自動加載時，空壓機入口處導葉開口逐漸增大，此時電動機電流不斷能增大，為了最大程度減少能量的損耗，當電流值達到喘振線時，逐漸關閉放空閥直至全部關閉，此時自動加載過程結束。自動卸載時，放空閥首先緩慢打開直至全部打開，之后空壓機入口處導葉緩慢關閉直至開度減小為10%，此時自動卸載過程結束。自動卸載完成后，進一步停止空壓機的運行，同時將入口處導葉全部關閉。

4結束語

針對離心式空壓機存在的喘振現象，本文對其現象及成因進行了深入的研究，并對其防控措施進行了詳盡的闡述，本文提出的空壓機喘振防控電路能夠有效避免空壓機進入喘振區域，同時也避免了因電動機過載而導致的停車故障，不僅提高了空壓機的運行穩定性，更提高了其運行效率，在實際工業生產中有著較為廣泛的應用價值。

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