淺談離心式空壓機工作原理與設備運維

辛庚嘉 劉文忠 王德恒

摘要：離心式壓縮機是一種借助葉輪旋轉以及擴壓器擴張等實現掐腰的提升，并根據排氣壓力的具體情況，劃分為離心通風機、離心鼓風機以及離心壓縮機三種。離心式壓縮機在許多工業生產當中均有顯著的應用，尤其是在金屬冶煉行業當中的應用尤為突出。對此，本文從離心式壓縮機在應用過程中工作原理以及發生的喘振故障著手，探討離心式壓縮機的故障原因以及處理對策，并指出相應的安全運行改進方法，為今后效果設備的采購、使用以及保養等提供理論性依據。

關鍵詞：離心式空壓機;動力系統;喘振處置

1、設備概述

離心空壓機主要由轉子和定子兩大部分組成。轉子包括葉輪和軸。葉輪上有葉片，此外還有平衡盤和軸封的一部分。定子的主體是機殼（氣缸），定子上還安排有擴壓器、彎道、回流器、迸氣管、排氣管及部分軸封等。離心壓縮機的工作原理為，當葉輪高速旋轉時，氣體隨著旋轉，在離心力作用下，氣體被甩到后面的擴壓器中去，而在葉輪處形成真空地帶，這時外界的新鮮氣體進入葉輪。葉輪不斷旋轉，氣體不斷地吸入、甩出，從而保持了氣體的連續流動。

離心式空壓機依靠動能的變化來提高氣體的壓力。當帶葉片的轉子轉動時，葉片帶動氣體轉動，把功傳遞給氣體，使氣體獲得動能。進入定子部分后，因定子的擴壓作用速度能量壓頭轉換成所需的壓力，速度降低，壓力升高，同時利用定子部分的導向作用進入下一級葉輪繼續升壓，最后由蝸殼排出。對于每一臺壓縮機，為了達到設計需要壓力，每臺壓縮機都設有不同數量的級數和段數組成。

2、設備主要工作原理及控制

1）空壓機級中的氣體流動

葉輪是離心式空壓機的主要部件。葉輪被驅動機拖動而旋轉，對氣體做功。氣體的壓力、溫度升高，比容縮小。氣體在葉輪中既隨葉輪轉動，又在葉輪槽道中流動。

葉輪轉動的速度即氣體的圓周速度在不同的半徑上有不同的數值，葉輪出口處圓周速度最大;氣體在葉輪槽道內相對葉輪的流動速度為相對速度，因葉片槽道截面積從葉輪進口到出口逐漸增大，因此相對速度逐漸減小;氣體的實際速度是圓周速度u與相對速度的合成，此合成速度是相對固定機殼而言的，稱為絕對速葉輪葉片進口處、出口度.且一般離心式空壓機氣體幾乎是軸向進氣。

2）設備主要控制模式

目前主要為兩種模式控制，它們是恒壓基本控制和進氣節流控制。使空壓機在各種工況下均有良好的節能表現?？諌簷C接收的信號：高壓柜允許合閘信號;斷路器合閘信號;斷路器跳閘信號?？諌簷C系統送出信號：電抗儀控系統綜合報警信號;高壓柜斷路器合閘指令;斷路器跳閘指令;電抗儀控系統綜合故障（跳閘）信號。以上信號均為無源干接點信號，接點：Ue=250VDC?Ie=5A.

a）基本模式控制：通過調節卸載控制閥來維持壓縮機的額定排氣壓力.當廠用空氣消耗低于設計流量時，卸荷閥將打開，把過量的空氣排到大氣中.只有在進氣溫度和/或壓力產生變化時，控制系統才調節進氣控制閥，以維持設計馬達電流或進氣密度。

b）進氣節流模式控制：在滿足廠用空氣系統需求情況下，通過進氣節流以減少馬達電流消耗。進氣控制閥可以對氣流節流直到達到最小電流設定點。假如此時廠用系統需求量繼續下降，放空閥將自動調節以保持設定壓力。

3、設備典型故障與運行維護

1）末級溫度過高

故障表現：空壓機跳車后，現場觀看報警記錄，顯示“末級溫度過高”，復位后檢查無異常，開啟運行。

分析與處置：根據查詢空壓機運行參數趨勢，跳車前電流下降至55A，一二三級葉輪振動有上升趨勢，IGV、放空閥同步動作，排氣壓力曲線波動。同時查詢10KV電壓趨勢，該時間段電壓由10.22KV降至9.46KV，電網電壓在此期間處于低電壓狀態?？膳袛嚯娏飨陆抵?5A時已進入空壓機設定喘振保護區，在此期間發生空壓機喘振現象，導致機組保護跳機。

2）喘振跳車故障

故障表現：空壓機開機跳車，到現場觀看跳車記錄，顯示末級入口溫度高報警及喘振報警，現場檢查進氣濾芯及排氣閥動作情況，未發現異常，后續又進行2次開機試車，都是在開機約5-10s就出現喘振現象，隨即出現報警停機，（在開機過程中電機啟動后約5秒時顯示屏顯示系統壓力很快上升至4bar，進口導葉開度為0%）。

故障原因分析：依據運行情況及開機后各項運行參數的變化，判斷可能導致空壓機在開機過程中的喘振原因有：

a.進氣濾芯堵塞，導致進氣阻力大;

b.進氣導葉開度過小，導葉葉片卡澀或不動作;

c.放空閥未打開，開度指示與實際不一致或閥芯脫落卡住;

d.級間冷卻器翅片堵塞造成排氣受阻;

e.放空排氣消音器有異物堵塞;

故障處理：對空壓機進口導葉、放空閥進行拆解檢查及動作測試，進口導葉各葉片無卡澀現象動作正常;放空閥檢查閥軸與閥板的動作一致無脫落或卡澀現象，進氣過濾器檢查最外側一級過濾濾板灰塵較多，二級比較干凈，對進氣濾芯進行更換;對排氣消音器進行現場檢查發現下部有噴出的水跡，其他無異常情況;開機前進行手動盤車后進行試車，開機運行正常。

綜合分析與預防：喘振的停機故障因素主要為進氣過濾器1級濾芯較臟;排氣消音器處有冷凝水集聚造成放空受阻（另一方面考慮級間冷卻器疏水不暢或冷卻器本身有滲漏）。后續措施要a.觀察一、二、三級空氣冷卻器疏水情況;b.觀察消音器處是否存在漏水現象;c.觀察各運行數據是否正常，是否出現振動高、末級溫度高等現象;d.當用氣量不穩定，空壓機長時間處于放空狀態，需加強調整;e.檢查放空閥動作情況、閥體檢查及IGV動作情況（放空閥開閥時間為1-2秒、IGV動作開動時間在18-19秒）。

總結與展望：

綜上所述，離心式壓縮機以其優越的特點而廣泛應用在現代工業生產體系中，由于離心式壓縮機能否正常運行事關整個化工行業運行情況，所以保證離心式壓縮機的正常運作是重中之重。維護保養是降低壓縮機故障發生率、提升運行穩定性的關鍵手段，因此，基于離心式壓縮機運行性能要求的不斷提高，設備檢修人員必須強化安全意識、加強技能學習，防微杜漸，做好維護保養工作。

參考文獻：

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