压缩机防喘振控制分析

压缩机的种类

2. 根据压缩机的压缩形式分，可分为往复式压 缩机、回转式压缩机、离心式压缩机和轴流式 压缩机。


往复式和回转式压缩机的压缩原理是减容压缩； 离心式和轴流式压缩机的压缩原理是加速流体 压缩。
第二章 离心压缩机特性
1. 离心压缩机的一般规律 给定转速，排气压力与流量成反比 容积流量与转速成正比 排气压力与转速平方成正比 功率与转速立方成正比
压缩机防喘振控制方法

压缩机防喘振的控制方法大致可分为固定极限 流量法和可变极限流量法。
1). 固定极限流量法

固定极限流量是使压 缩机的入口流量保持 大于最高转速下的临 界流量，从而避免进 入喘振区运行，但在 低转速下效率太低， 能量浪费太大。
控制线
2). 可变极限流量法

可变极限流量法是为 了减少压缩机的能量 损耗，在压缩机负荷 经常波动的场合采用。
3. 压缩机的工作点



因为压缩机是串联在管路中，故当它正常工作 时，必须满足： 1）流过压缩机的气量必须等于流过管路的气 量（指换算到同一状态下）； 2）管端压力pe应与压缩机的排压相等。 因此，压缩机的工作点一定是在该压缩机的性 能曲线与管路特性曲线的交点上。

压缩机的工作点
性能曲线 工作点
通用性能图
qv
hs M K1 RTZ ps
这个公式包括了入口温度、压力、分子量的信息。
通用性能图

从上式可以看出，不管压缩机的进气条 件发生怎样的变化，以变量 为 X轴，以变量Pd/Ps为Y轴，可以做出一条 精确而固定的压缩机喘振曲线，这条曲 线叫压缩机通用喘振线，这幅图叫压缩 机通用性能图。
控制线
第二部分 D-R压缩机防喘振控制

第一章 概述 第二章 通用性能图
第一章 概述

性能曲线的X轴是流量变量Mθ0.5/δ，范围是0 －100％。这里M是实际的质量流量率，θ是实 际入口温度和参考入口温度的比率，δ是实际 入口压力和参考入口压力的比率。

其中，θ0.5/δ是温度和压力补偿系数。
第二章 通用性能图

压缩机入口条件（如温度、压力、分子量）改 变时，压缩机的喘振线会发生变化。 当进气温度升高或者进气压力下降或者气体组 分变轻，都会导致压缩机性能曲线下移。

通用性能图

假如压缩机入口体积流量为qv，入口流量差压 为hs，入口绝对压力为ps，出口绝对压力为pd， 则
通用性能图

离心压缩机特性
2. 喘振 当压缩机的负荷降低到一定程度时，气体排送 会发生往复运动的强烈振荡，从而导致机身的 剧烈振动，称为喘振。这是气体动力装置的一 种特性。
离心式压缩机与轴流式压缩机的比较

离心压缩机适用于中、小流量和中、高压力的 场合。流量约20～2000Nm3/min，大的可达 10000Nm3/min，单缸压比约 3.5～10，多缸 排气压力可高达90MPa以上，多变效率约为 （76～83）%。 轴流压缩机适用于中、大流量和低、中压力的 场合。流量约 800～20000Nm3/min，单缸压 比约2.7～9，双缸排气压力可达3.89MPa，一 般多变效率为（87～91）%。

管路特性曲线公式

将上式表示在坐标图上，即为一条二次抛物线， 它是管路端压与进气量的关系曲线，即为管路 特性曲线。
管路特性曲线

压缩机管路特性曲线如图所示。 当管路很短、阀门全开时，阻 力损失很小，管路特性曲线几 乎是一条水平线，如线L1；当 管路很长或阀门关小时，阻力 损失增大，于是变成线L2所示； 阀门开度愈小，曲线变得愈陡， 如线L3；当管网的操作压力下 降，则管路特性曲线下移；当 pr为常压时，管路特性曲线即 为线L4。

第三章 防喘振控制



1. 压缩机的性能曲线 2. 管路特性曲线 3. 压缩机的工作点 4. 喘振的原因 5. 喘振分析 6. 喘振周期 7. 喘振线 8. 压缩机防喘振控制方法
1. 压缩机的性能曲线

对于一定的气体而言，在压缩机转速一定时， 每一流量都对应一个压力，把不同流量下对应 的每一个压力连成一条曲线，即为压缩机的性 能曲线。
管路特性曲线
4. 喘振的原因

当压缩机入口气体流量小于压缩机的最小流量 时，会导致压缩机排气管压力比机组内部压力 高，这时气体会发生瞬间倒流，压缩气体倒流 又使得排出侧气体压力降低，机组内部压力升 高，使气体流量恢复，直到出口压力升高，又 重复上述过程，这就是压缩机的喘振。 压缩机性能曲线的最高点就是喘振点。

喘振点
A 喘振点

性能曲线上，喘振点右侧为稳定工作区，左侧为喘振 区（不稳定区）。
5. 喘振分析

如图所示，D点为喘振点。假 设A点为稳定工作点，如果有 某种扰动，使工作点移动到B 点，这时压缩机的压比增大， 使得出口压力高于管网压力， 压缩机仍可正常工作。在D点 压缩机处于临界状态。如流量 继续减少到达D点左侧（如C 点），此时压缩机压比减小使 得压缩机的出口压力减小，从 而使管网压力高于压缩机出口 压力，造成气体倒流，形成喘 振。
性能曲线

横坐标是压缩机的入口流 量。 纵坐标的选取有三种： 1）出口压力Pd； 2）压力差（Pd－Ps）； 3）压力比（Pd/Ps）。 性能曲线是压缩机的固有 特性。
性能曲线
入口流量
2. 管路特性曲线

管路特性曲线就是当管路情况一定时，气流流 过该管路时所需的能头与管路流量Q的关系。 对离心压缩机来说，管路只是指压缩机的排气 侧的管路，在这种管路中，管路所需的能头可 以用管端压力pe（即压缩机出口背压）的大小 来反映。
ห้องสมุดไป่ตู้
喘振分析

喘振的发生主要是由于 管路特性曲线的变化使 工作点移动到喘振点左 侧。如图，假设A点为 稳定工作点，但由于管 路特性曲线发生变化， 使工作点移动到B点， 到达喘振点左侧，从而 引起喘振。
B A
6. 喘振周期

如图所示假设压缩机在A点正常工 作，由于某种原因降低负荷，工作 点会向左移动，当到达B点时，压 缩机进入极限工作点，出口压力比 最大，若负荷继续下降，出口压力 将迅速降低，而与其相连接的工艺 系统瞬间压力没变，气体将会倒流， 工作点迅速到达C点，这时出口压 力与系统压力瞬间相等。由于压缩 机还在运行，出口流量很快增大， 极限工作点很快移到D点，因流量 变大，管路特性曲线变陡，必然会 使工作点回到A点，这就是一个完 整的出口压力波动周期，我们称其 为喘振周期。
压缩机防喘振控制
第一部分 压缩机防喘振原理

第一章 压缩机的种类 第二章 离心压缩机特性 第三章 防喘振控制
第一章 压缩机的种类

1. 根据压缩机的压缩原理，可以分为减容压 缩和加速流体压缩。 减容压缩是通过减少气体体积来增加气体的 压力； 加速流体压缩是通过把气体的动能转换为势 能来增加气体的压力。
7. 喘振线

压缩机压缩同一种气体，同样的进气条件，在 不同的转速下，可以得到一簇性能曲线，把这 些曲线的喘振点连起来，就得到压缩机的喘振 线。
喘振线
喘振线


喘振线右侧为稳定工作区，左侧为喘振区（不稳定区）。 喘振线上压比最大，因此效率最高。
8. 压缩机防喘振控制

最简单，也是最常用的 方法就是安装回流阀 （或放空阀），当压缩 机的入口流量小于喘振 流量时，将出口处的气 体回流到入口处（或放 空）来增大入口流量。
通用性能图