3、透平式压缩机

喘振时, 气流发出的噪音加剧, 且时高时低, 出现周期性的变化, 压力计上指针的摆动幅 度很大, 整个机器及管网处在强烈的振动状 态。据此可判断喘振的发生与否。
用降低转速防止喘振 n1>n2>n4
用放空或旁通防止喘振
采用在出口管路 中安装放空阀或部分放空并回流的 方法防止喘振
当压缩机运行到接近喘振点时, 通过防止气 量变化的文氏管流量传感器发出讯号传给 伺服电机, 使电机开始动作, 并将防喘气阀 打开, 以达到管网压力的快速泄压, 使通过 压缩机的排气压力总大于管网上的气体压 力, 避免气体的倒流, 保证整个系统总是处 在正常的工作状态。

装在轴上的叶轮及其他零、部件共同构成透平压缩机的 转子。透平压缩机的转子虽然经过了严格的平衡，但仍 不可避免地存在着极其微小的偏心。另外，转子由于自 重的原因，在轴承之间也总要产生一定的挠度。上述两 方面的原因，使转子的重心不可能与转子的旋转轴线完 全吻合，从而在旋转时就会产生一种周期变化的离心力， 这个力的变化频率无疑是与转子的转数相一致的。当周 期变化的离心力的变化频率和转子的固有频率相等时， 压缩机将发生强烈的振动，称为“共振”。所以，转子 的临界转速也可以说是压缩机在运行中发生转子共振时 所对应的转速。
学员提问：如何处理离心式压缩机轴向 推力过大及轴位移增加问题？

轴向推力过大：
加平衡盘 增加轴向推力轴承的承载能力

保护离心式压缩机不产生轴向位移
压缩机振动的起因
1. 联轴器的对中不良 2. 轴承油膜：轴承油膜振荡 3. 转子平衡状况：转子产生了弯曲或在转子上有可 能产生了与不平衡力相类似的新激振力 4. 轴承磨损：由振动理论可知,如果轴承磨损,将会 使转子——轴承系统支撑刚度降低,在激振力不 大时,也会产生比较大的工频振动 5. 动、静摩擦：动、静部件碰撞时,转子上受到一 个大的冲击力的作用,将使压缩机产生异常振动

喘振现象
（1）气体介质的压力和流量出现大幅变化， 严重时出现气体倒流； （2）管网出现低频振动，伴有周期性的吼 叫； （3）压缩机机体，机壳，轴承等处出现强 烈振动有周期性气流声。
喘振具有以下特征
( 1) 压缩机在稳定工况下运行时，其出口压力和进口流量变化不大，所测得的 数据在平均值附近波动，幅度很小，当接近或进人喘振工况时，出口压力 和进口流量剧烈波动，观察压力表和流量表可发现指针强烈来回摆动。 ( 2) 压缩机在稳定运转时，其噪声较小且是连续性的。当接近喘振工况时，由 于整个系统产生气流周期性的振荡，因而气流管道中发出的噪声也时高时 低，产生周期性变化。当进入喘振工况时，噪声加剧，甚至有可能有爆声 出现。 ( 3) 压缩机接近或进入喘振工况时，缸体和轴承都会发生强烈振动，其振幅要 比正常运行时大大增加。 ( 4) 机组轴位移，轴振动会比压缩机正常运转时相对增加，甚至高于设计值。 也可通过轴位移表和轴振动表观察到其变化过程。




在离心压缩机的特性曲线的左支,当流 量减少时, 压缩机出口压力下降, 形成 一定的倒压力差, 通过压缩机的气流 因受到阻碍而造成流量进一步减小, 出口压力也进一步降低, 最终造成管 网中的气体倒流到压缩机内。 由于气体的倒流, 管网上气体的压力 快速下降，到一定值时， 倒流停止, 压缩机又开始向管网供气, 经过压缩 机的气量逐渐回升, 管网上气体的压 力增加 , 超过压缩机出口压力时，压 缩机的流量受阻又开始减少, 气体倒 流又一次产生, 周而复始,整个系统内出现周期性的气 流振荡, 发生喘振。
保护离心式压缩机不产生轴向位移
⑴电磁式：当转子发生轴向窜动时，间隙变动而引 起磁组变化，时两侧铁芯磁极绕组产生不同电势， 经继电器传给指示仪表。 ⑵电触式：转子窜动时，触动电触点 ，即发出报 警或停车信号。 ⑶电涡流式：由传感器、交换器和指示器三部分 组成。由于间隙的变化，引起阻抗的变化，导致 输出电压的变化。由变换器完成轴向位移与电压 间的转换，通过指示器发出讯号。 ⑷液压式：喷嘴与转子凸缘的间隙△S 变化时，输 出的油压发生变化，由曲线P=F（△S），得知 相应的轴向位移。
在压缩机的运行中，以下因素也都会导致喘振
a． 由于进气压力突然降低使出口压力降低，压缩机出口压力低于管网压力， 止逆阀泄漏或止逆阀离压缩机太远，使高压气体倒回。导致管网特性曲线 急剧变陡，压缩机与管网联合工作点迅速移动，进入喘振区导致喘振。 b． 冷却水中断，造成冷凝效果差，出口压力高。
c． 正常生产中，系统突然减量、中断工艺气、连锁动作停机时放空阀或防喘 振阀没有及时打开。
透 平 式 压 缩 机
透平式压缩机
离心式压缩机 轴流式压缩机 透平式压缩机的性能曲线 喘振及其防治 透平式压缩机转子的动平衡

离心式压缩机
离心式压缩机的级

叶轮 扩压器（有叶、无叶） 弯道 回流器 涡壳（单级、出口级）
离心压缩机叶轮
一种轴向力平衡较好的结构
( 4) 气体分离系统操作不当，致使压缩机入口气体带液报警 值30%以下，机组返回正常工作状态。
发生喘振的根本原因是压缩机流量降低， 出口压力低于管网压力或管网阻力增加
( 5) 汽轮机的蒸汽压力低或蒸汽品质不好，叶轮结垢，造成蒸汽 的流通面积减小。机组转速下降，不能达到机组出口压力高 于管网压力。 ( 6) 调速系统失灵，辅助系统故障，轴封抽气器工作能力下降。 ( 7) 防喘振流量整定不正确，防喘振阀堵塞或防喘振管线堵塞造 成管道阻力增大，防喘振系统的调节器故障。 ( 8) 进口过滤器脏堵塞造成吸气量不足。 ( 9) 机组工艺流程设计不合理，如: 原设计机组二段出口流量检 测点位于二段出口放空阀之后，调整放空是会导致防喘振流 量改变等。 ( 10) 从压缩机性能曲线的角度来看，压缩机在发生喘振时，其 工作点肯定进入了喘振区，因此压缩机喘振还与管网有着密 切关系。或者说，一切能够使压缩机与管网联合工作点进入 喘振区的外部原因均会造成喘振。
透平式压缩机的性能曲线
压缩机运行点：压缩机特性+管网特性
离心式压缩机的工作点是压缩机性能曲线与管网特 性曲线的交点,只要其中一条曲线发生变化,则工作 点就会改变。管网阻力增大(如压缩机出口阀关小) , 其特性曲线将变陡,致使工作点向小流量方向移动

离心压缩机的特性曲线: 流量--出口压强线( Q ������ p 线) 是对特定 的压缩机在一定转速下, 通过实验测定的, 其变化规律如图( 1 线) ( 流量--功率线、流量-- 效率线略) 。 压缩机后接管网系统, 气体通过管网时, 要克服一系列的阻力, 还需 要保持一定的压力。表示气流通过管网所需要的压力和流量之间关 系的曲线,称为管网特性曲线( 2 线) , 它是一条近似抛物线, 管网特性曲线和离心压缩机的特性曲线的交点A 便是该压缩机的工 作点, 压缩机只有在这一点工作, 其流量和压强才能满足外界管网的 需要, 压缩机和管网组成的整个系统处于平衡状态。
转子的临界转速，取决于转子系统的质量、 长度和刚度的大小。 转子越长，质量越大，临界转速越低 转子的刚度越大，临界转速越高。


转子横向振动的固有频率有多阶,相应的临 界转速也有多阶,按数值由小到大分别记为 1,2,……等有工程实际意义的是较低的前 几阶任何转子都不允许在临界转速下工作 对于工作转速低于其一阶临界转速的刚性 转子,要求＜0.7；对于工作转速高于其一 阶临界转速的柔性转子，要求 1.4 n2＜n＜0.7 n1
轴流式压缩机的级：动叶和静叶
转子上的动叶与它 后面的静叶导流器 组成级，压缩机通 常由若干个级构成 级组。
典型的机械密封
迷宫密封
将泄漏气体引入到吸气管
多段迷宫密封

干气密封中的一个密封环 上面具有均匀分布的浅槽, 运转时进入浅槽中的气体 受到压缩, 在密封环之间形 成局部的高压区, 使密封面 脱离, 从而能在非接触状态 下运行, 实现密封。 密封端面上有一定数量的 螺旋槽, 其深度在0.1mm以 内。密封原理是静压力与 流体动力的平衡。作用在 密封上的流体静态力是由 介质压力和弹簧力产生。
d． 操作不当引起的喘振
升速升压过快; 没有按先升速后升压的原则进行; 没有按性能曲线进行操作，出口压力控制得高，转速没跟上。
e． 机械部件损坏引起喘振。电磁阀失电，机械密封，平衡盘密封，“O”形环 和背件等部件损坏形成段间或级间窜气也会引起喘振。
喘振的危害
( l) 被压缩气体的流量、排出压力发生高速的周期性变化, 气体的温 度升高。 ( 2 ) 由于流量和压力的高速振荡, 会伴随发生反向的轴向推力, 使压 缩机机体和部件产生强烈振动,甚至会打坏叶轮、烧毁轴瓦, 破坏 密封和轴承, 造成主轴和压缩机的损坏。 ( 3) 喘振时, 压缩机进出口管道上的止逆阀会忽开忽关, 阀芯反复撞 击阀体, 发生异常声响。 (4) 喘振时, 压缩机会发生周期性的类似牛叫的吼叫声。 (5) 喘振带来的流量和压力的高速振荡, 会造成工艺操作的不稳定。 (6 )如果喘振损坏了压缩机的密封, 会使润滑油窜人流道而进人设备, 影响换热器和冷凝器的效率。 (7 )多次发生喘振轻者会缩短压缩机的使用寿命, 重者会损坏压缩机 以及连接压缩机的管道和设备, 造成被迫停车。



在离心压缩机的特性曲线的右 支,系统的流量发生瞬间变化, 从Q 增至Q1, 此时管网压力随 之增加( AB 段) , 而压缩机出口 压力却下降( AC 段) , 管网上 的压力( AB 段) 总大于压缩机 出口压力( AC 段) , 此压力差 促使压缩机的流量减少, 即由 Q1 回复至Q, 工作点复原。 与之类似, 当Q 降至Q2 时, 管 网上的压力( AE段) 总小于压 缩机出口压力( AD 段) , 此压 力差促使压缩机的流量增加, 即由Q2 回复至Q。
轴流压缩机广泛用于燃气轮机装置，还用于 高炉鼓风、空气分离、天然气液化和重油催 化等的大型装置。
轴流式压缩机
轴流压缩机结构



轴流压缩机的进气管、收敛器、进口导流器、级组、 出口导流器、扩压器和排气管等元件合称为通流部 分。导流器固定在机壳内，组成定子。 动叶均匀地安置在轮盘或转轴上组成转子。转子两 端有密封，整个转子支承在两端的径向轴承上，其 中一端装推力轴承，以承受由于压缩气体作用在转 子上的轴向推力。 气体由进气管均匀地引至收敛器和进口导流器，以 一定的速度进入第一级。气体在级中受到叶片的动 力作用，因获得能量而提高压力。气体沿各级依次 压缩，逐步提高压力，经出口导流器、扩压器和排 气管送出。
发生喘振的根本原因是压缩机流量降低， 出口压力低于管网压力或管网阻力增加
( 1) 正常运行时压缩机出口管网压力突然升高，造成压缩机 出口憋压，气体倒流入压缩机，造成压缩机内气体流量 降到喘振流量。 ( 2) 入口压力低于规定值或入口压力调节阀失灵，使压缩机 出口压力低于管网压力 ( 3) 在一定转速下，当气体密度变小时，离心力减小，引起 压缩机出口压力低于管网压力。

浮环密封
浮动环密封的原理是靠高压密封油在浮环与轴套间形成 油膜，节流降压，阻止高压侧气体流向低压侧，将气体 封住。油膜起阻隔作用，故又称为油膜密封。
双浮环密封 为提高密封处轴的耐磨性，一般在轴
上加轴套，并在轴套上涂一层耐磨材料
组合密封：迷宫密封、浮环密封、机械密封
增强密封效果
注油 充氮
抽气
Hale Waihona Puke Baidu
（临界转速与共振）
与转子及其支承系统的固有振动频率相对应的转速， 称临界转速。
转子在各种振型下有一系列固有振动频 率，为第一阶固有振动频 率、第二阶 固有振动频 率……,因而也有相应的一系列临界转速，由低及高依次称 为第 一阶临界转速、第二阶临界转速等等

临界转速的大小与轴的结构、粗细、叶轮 质量及位置、轴的支承方式等因素有关。
喘振及其防治
试比较容积式压缩机，他们为什么没有
喘振现象？
喘 振

在离心压缩机的生产过程中, 人们发现当在 某转速下, 压缩机的流量减少至某一值时, 会出 现整个压缩机管网系统气流的周期性振荡现象, 即喘振现象。 喘振时, 离心压缩机的性能大大恶化, 气流参数 ( 如压力、流量) 出现周期性脉动, 噪音加剧, 整 个机器强烈地振动, 并可能损坏机器的轴承和密 封, 甚至造成严重的事故。