摘 要 離心式壓縮機發生喘振時，轉子及定子元件經受交變的動應力，級間壓力失調引起強烈的振動，使密封及軸承損壞，甚至發生轉子與定子元件相碰、壓送的氣體外泄、引起爆炸等惡性事故。因此，離心式壓縮機嚴禁在喘振區域內運行。本文針對喘振的原因和預防措施做了詳細論述。
關鍵詞 離心式壓縮機 喘振 喘振點 性能曲線 旋轉脫離

一、喘振機理
喘振的產生包含兩方面因素：內在因素是離心式壓縮機中的氣流在一定條件下出現“旋轉脫離”；外界條件是壓縮機管網系統的特性。當外界條件適合內在因素時，便發生喘振。

2．喘振與管網的關系
離心壓縮機的喘振是其本身的固有特性。壓縮機是否在喘振工況點附近運行，這主要取決于管網的特性曲線P=Pa+AQ2。圖2為離心壓縮機和管網聯合工作性能曲線。交點M為穩定工況點，當出氣管路中的閘閥關小到一定程度時，管道中的阻力系數A增大，管**性曲線左移到圖2中曲線4的位置時，與壓縮機性能曲線2交于N點，壓縮機出現喘振工況，N點即為喘振點。相反閘閥開大時，管道中的阻力系數A減小，管**性曲線1右移，壓縮機流量達到Qmax時，出現滯止工況。zui小流量與滯止流量之間的流量為離心壓縮機的穩定工況范圍。
3．喘振的產生
從圖2可以看出：由于管網阻力的增加，管**性曲線左移，致使壓縮機工況點向小流量偏移。壓縮機的流量Qj 減少，氣體進入葉輪和葉片擴壓器的正沖角i增加，附面層分離區擴大，產生相對于葉輪旋轉方向的“旋轉脫離”，使葉輪前后壓力產生強烈的脈動。發生旋轉脫離時在葉輪的凹面形成渦流區，當流量減小到Qmin時，上述的正沖角i 增加得更大，渦流區擴大到整個葉片流道，氣流受到阻塞，壓縮機出口壓力突然下降，而管網中氣體壓力并不同時下降，這時，管網中壓力P1大于壓縮機出口壓力P2，因而管網中氣體倒流向壓縮機，直至管網中壓力下降到低于壓縮機出口壓力時才停止倒流。這時壓縮機又開始向管網壓送氣體，使管網中的氣體壓力再次升高至P1時，壓縮機的流量Qj減少到Qmin，出口壓力突然降到P2，P1>P2后，管網中氣體又倒流向壓縮機。如此周而復始地進行，壓縮機時而有氣流輸出，時而有氣體由管路倒灌入機器，產生周期性氣流脈動，出現喘振。喘振過程中參數變化的頻率和幅度的大小與管網容量有很大的關系。管網的容量相當于整個系統的基本諧振器。管網的容量愈大，喘振的頻率愈低，振幅愈大；管網的容量愈小，喘振的頻率則愈高，振幅愈小。由此可知，發生喘振的根本原因就是低流量，在操作中造成低流量的因素很多，歸納為以下幾個方面：
（1）壓縮機出口壓力升高，系統壓力大于出口壓力，使氣體流量降到喘振流量。穩定系統壓力高，造成壓縮機出口憋壓，氣體倒流入壓縮機，造成機內氣體低流量。
（2）入口流量低于規定值，反飛動調節閥失靈。在一定轉數和一定氣體密度下，能維持一定壓力，當開、停機時氣體流量少，或者放火炬閥開得過大，zui容易引起壓縮機入口流量低。
（3）氣體密度變化，在一定轉數下，離心力下降，引起出口壓力及排量下降，通常誤認為是抽空現象。
（4）分餾系統操作不穩致使壓縮機入口氣體帶油（例如瓦斯罐液位、界位失靈），液體組分進入機體。
（5）汽輪機的蒸汽壓力低或質量差（溫度低），機組出現滿負荷，轉速下降。
（6）調速系統失靈，輔助系統故障，真空效率下降，機組不能額定做功。

二、離心壓縮機性能曲線的分析

Pc 3 η=φ（Qj）
N
1 P=Pa+AQ2
Pcm 4 M
N’
2 Pc=f （Qj）
Pa

Qmin Qjm Qmax Qj

圖2離心壓縮機和管網聯合工作性能曲線
1.管**性曲線 2. 壓縮機性能曲線 3.效率曲線

1、P=Pa+AQ2 管**性曲線的特點（見圖2線1）。
A．關小管網中的閘閥開度，阻力系數A增大，曲線向左移動，當移動至4的位置，與壓縮機性能曲線2交于N點，壓縮機出現“喘振”的不穩定現象。
B．開大閘閥開度，阻力系數A減小，曲線向右移動與壓縮機性能曲線2交于N’點,壓縮機在N’點穩定工作。
2、Pc（或ε）=f （Qj） 壓力-流量曲線的特點（見圖2線2）
A．Pc（或ε）隨Qj的增加而降低。Qj=Qjm時，沖擊、分離損失zui小，此時壓縮機工作zui穩定，效率zui高，是設計工況點M。
B．Qj≤Qmin時，當流量達到Qmin時離心壓縮機發生喘振現象，壓縮機嚴禁在喘振點N運行。Qmin為喘振流量，也叫zui小流量。不同轉速下的Pc=f （Qj）曲線都有一喘振工況點，各喘振點的連接曲線就是該壓縮機喘振邊界線，離心壓縮機不允許在喘振邊界線的左側工作。
C．Qj≥Qmax時，離心壓縮機發生滯止現象。Qmax為滯止流量，也叫zui大流量。滯止工況就是當壓縮機流量達到Qmax時，葉輪或葉片擴壓器zui小截面處的氣流速度達到音速，此時流量再也不能增加；或者氣流速度雖未達到音速，但葉輪對氣體做的功全部用來克服流動損失，氣體壓力并不升高。
D．喘振流量Qmin與滯止流量Qmax之間即為離心壓縮機的穩定工況范圍。用比值KQ=Qmax/Qmin表示；或者以比值KQ′=（Qmax-Qmin）/ Qjm表示。比值KQ 、KQ′越大，壓縮機的穩定工況范圍越寬。衡量離心壓縮機的性能好壞，不僅要求在設計流量下應有zui高的效率，而且要求穩定工況范圍要寬。
3、η=φ（Qj）效率-流量曲線的特點（見圖2線3）
A．Qj=Qjm（設計流量）時，沖擊、分離損失zui小，故效率ηzui高。該工況點為設計工況點。又稱*工況點。
B．Qj＞Qjm時，隨著Qj的增加，沖擊、分離損失與摩擦損失增加的很快，使效率下降的很快，故這段η=φ（Qj）曲線較陡。
C．Qj＜Qjm時，隨著Qj的減少，沖擊損失增加，同時相對漏氣和輪阻損失增加，使效率下降。
故效率曲線一般為中間（設計工況點附近）高，偏離設計工況點（即Qj＞Qjm或Qj＜Qjm 效率低，形成如圖1中所示的η=φ（Qj）曲線的形狀。所以離心壓縮機應在zui率點（即設計工況點）附近進行工作。

三、典型的喘振事例

例：前郭煉油廠一催化裝置的MB-CH型氣壓機是七級串聯水平中分離心式氣體壓縮機。
1．由轉速變化引起的喘振
正常情況下，壓縮機轉速的改變是由系統反應的壓力信號控制，但在機器發生故障時，壓力信號不能使汽輪機轉速自由調節。某年冬季，由于蒸汽量不足，蒸汽管網壓力低，汽輪機用蒸汽經常出現0.7—0.8MPa，機組出現滿負荷時非常多，轉速上不去，有時只達到給定信號的80—90%，常出現喘振。
2．氣體分子量減小引起喘振
催化裝置試驗采用摻煉渣油，20天后由于渣油中重金屬含量高，引起催化劑中毒，使裂化氣體組分發生變化，富氣中H2組分高達40%（體積百分比），富氣分子量降低到將近35（原設計分子量50）。分子量降低后，壓縮機發生喘振。
3．壓縮機出口管線節流引起喘振
1990年5-6月份，在壓縮機出口管路上入容器前打洗滌水，管內徑是150mm，結垢后內徑變成30mm，出口管路阻塞，管路性能曲線上移，工作點進入喘振區域，發生喘振。
4．入口節流（進口壓力低）導致壓縮機喘振。
一次，由于壓縮機前油氣分離罐破沫網脫落，被吸入壓縮機入口管，形成節流，進口壓力低，導致喘振。

四、防止喘振的措施

防止喘振的基本原理是使流量和壓力遠離喘振點，即保證流量在穩定工況范圍內Qmin＜Q＜Qmax 。壓縮機入口的進氣量低于機器的喘振流量即Qmin，必將導致喘振的發生，故一般在管路中考慮防喘振的措施，常用方法有幾種：
1．部分氣流通過防喘振閥放空
這種防喘振措施的作用原理如圖3a所示。當機器排氣量降低到接近喘振點時，經常感受著氣量變化的文氏管流量傳感器1便傳出信號給伺服馬達2，使之開始動作而將防喘振放空閥3打開，使部分氣流經放空閥放空。因此不論外面需氣量是多少，壓縮機中流過的氣量，總是大于喘振氣量而使壓縮機能正常工作。該方法的缺點是，被放空的氣體是經過壓縮的，浪費了部分壓縮功。
2．部分氣流經防喘振閥后回吸氣管
如圖3b所示，其防喘振作用原理與上述放空法是一樣的，區別是將放空的氣體接至吸氣管循環使用。主要用于有毒，或易燃、易爆的氣體管路，以及經濟價值較高不宜放空的情況。
3．使機器與供氣系統脫開
見圖3c，這種防喘振措施適用于供氣系統中有幾臺機器并聯工作，或供氣系統的容量很大，因而在一段時間內壓縮機停止供氣時用戶仍能得到所需氣量。當壓縮機的排氣量小到接近喘振點時，流量傳感器1發生訊號而使伺服馬達2工作，它將反喘振閥3打開。這時壓縮機排壓便下降到接近于放空的壓力，而管路端壓Pe大于Pc，因此止逆閥4關閉，機器與供氣系統脫開。在此同時，由流量傳感器1送出的訊號也使伺服馬達5工作，進氣節流閥6關小到只允許有少量的氣流經過機器自反喘振閥3排出，它使機器中的溫度不致升高到不允許的數值。采用這種措施時，由于機器與供氣系統脫開，同時機器的進氣還采取節流措施，故這時機器的功耗大為減小。過一段時間后，因用戶不斷用氣而使供氣管路中儲氣量減小及壓力下降，當端壓Pe下降到某個規定的zui低允許值Ｐemin時，壓力傳感器7便起作用。它發出訊號使伺服馬達2及5動作，將反喘振閥3關閉而使進氣節流閥6打開。這時機器的排壓便逐步升高，當排壓Pc升高到稍大于Pemin時，止逆閥4自動被打開，機器又重新接入供氣系統中工作。
為了有效地防止喘振，必須控制放空閥，使其流量維持在不小于整定壓力所限制的流量，另外在操作中還要有具體辦法：
（1）增加反飛動量，開、停工時不放火炬，壓縮機入口的氣體流量小，這樣就要增加反飛動量，開工時還要從穩定系統向分餾系統倒氣體補充氣體流量，來維持壓縮機入口的流量，保證其在規定值內。
（2）加強穩定系統壓力的調節，不能超壓。
（3）加強對分餾系統油氣分離器液位、界位的控制，加強脫水。
（4）加強壓縮機出、入口的排凝，決不能讓氣體帶油。
（5）保證汽輪機的蒸汽壓力平穩，不低于設計值。
（6）反應壓力高時，可打開入口放火炬閥，壓縮機出口壓力高時，可打開出口放火炬閥，但注意出、入口放火炬閥不能同時打開。

五、小結

由于在生產實踐中，我們積累了大量有關喘振的數據和條件，掌握了喘振發生的根本原因，摸索出喘振發生的規律，并因地制宜采取了一系列行之有效的預防措施，另外對機組實行了特護管理辦法，杜絕了壓縮機喘振現象的發生，為機組長周期安全運行提供了可靠的保障，從而大大降低了檢維修費用，提高了經濟效益。總之，離心式壓縮機組是催化裂化裝置的關鍵設備之一，該設備的良好運行是經濟效益和安全生產的保證，因此，在生產過程中一定要加強機組的維護和保養，避免喘振等現象的發生。實踐證明，喘振現象是*可以避免的。