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教你彻底摆脱离心式制冷压缩机喘振现象
2017-09-11  来源:互联网转载    发布者:小A

离心式制冷压缩机属于速度?#33073;?#32553;机,是一种叶?#20013;?#36716;式的机械。它是靠高速旋转的叶轮对气体做功,以提高气体的压力。那么。离心式制冷压缩机发生喘振现象该怎么办你?#38752;?#23436;这篇文章,可以?#20040;?#23478;彻底摆脱离心式制冷压缩机喘振现象。

离心式制冷压缩机的特点:

(1)外形尺寸小、重量轻、占地面积小。

(2)动平衡特性好,振动小。

(3)磨损部件少,连续运行周期长。

(4)传热性能高。

(5)易于实现多级压缩和节流,实现多种蒸发温度。

(6)能够经济地进?#24418;?#32423;调节。

(7)若用经济性高的工业汽轮机直接驱动节能效果更好。

(8)转速较高,对轴端密封要求高。

(9)当冷凝压力较高时会发生喘振现象。

(10)制冷量较小时,效?#24335;?#20302;。

单级离心压缩机

一、喘振产生的机理

离心压缩机的基本工作原理是利用高速旋转的叶轮对气体做功,将机?#30340;?#21152;给气体,使气体压力升高,速度增大,气体获得压力能和速度能。在叶轮后面设置有通流面积逐渐扩大的扩压元件,高压气体从叶轮流出后,再流经扩压器进行降速扩压,使气体流速降低,压力继续升高,即把气体的一部分速度能转变为压力能,完成了压缩过程。

单级半封闭离心式制冷机组的制冷循环

扩压器流道内的边界层分离现象:扩压器流道内气流的流动,来自叶轮对气流所做功转变成的动能,边界层内气流流动,主要靠主流中传递来的动能,边界层内气流流动时,要克服壁面的摩擦力,由于沿流道方向速度降低,压力增大,主流的动能也?#27426;?#20943;小。

当主流传递给边界层的动能不足以使之克服压力差继续前进时,(zui)终边界层的气流停滞下来,进而发生旋涡和倒流,使气流边界层分离。气体在叶轮中的流动也是一种扩压流动,当流量减小或压差增大时也会出现这种边界层分离现象。

当流道内气体流量减少到某一值后,叶道进口气流的方向就和叶片进口角很不一致,冲角α大大增加,在非工作面引起流道中气流边界层?#29616;?#20998;离,使流道进出口出现强?#19994;?#27668;流脉动。

当流?#30475;?#22823;减小时,由于气流流动的不均匀性及流道型线的不均匀性,假定在B流道发生气流分离的现象,这样B流道的有效通流面积减小,使原来要流过B流道的气流有一部分要流向相邻的A流道和C流道,这样就改变了A流道,C流道原来气流的方向,它使C流道的冲角有所减小,A流道的冲角更加增大,从而使A流道中的气流分离,反过来使B流道冲角减小而消除了分离现象,于是分离现象由B流道转移到A流?#39304;?#36825;样分离区就以和叶?#20013;?#36716;方向相反的方向旋转移动,这种现象称为旋转脱离。

离心式制冷压缩机叶轮

扩压器同样存在旋转脱离。在压缩机的运转过程中,流量?#27426;?#20943;小到Qmin值时,在压缩机流道中出现如上所述?#29616;?#30340;旋转脱离,流动?#29616;?#24694;化,使压缩机出口排气压力突然大大下降,低于冷凝器的压力,气流就倒流向压缩机,一直到冷凝压力低于压缩机出口排气压力为止,这时倒流停止,压缩机的排量增加,压缩机恢复正常工作。

而实际上压缩机的总负荷很小,限制了压缩机的排量,压缩机的排量?#33268;?#24930;减小,气体又产生倒流,如此反复,在?#20302;?#20013;产生了周期性的气流振荡现象,这种现象称为喘振。

压缩机达到(zui)小排量点而产生?#29616;?#30340;气流旋转脱离是内因,而压缩机的性能曲线状况和工况点的位置是条件,内因只有在条件的促成下,才能发生特有的现象——喘振。

吸气室

离心冷水机组运?#24615;?#37096;分负荷时,压缩机导叶开度减小,参与循环的制冷剂流量减少。压缩机排量减小,叶轮达到压头的能力?#24067;?#23567;。而冷却水温由于冷?#27492;?#26410;改变而维持不变,则此时就可能发生旋转失速或喘振。

喘振是速度型离心式压缩机的固有特性。因此对于任?#25105;?#21488;离心式压缩机,当排量小到某一极限点时就会发生该现象。冷水机组是否在喘振点附近运行,主要取决于机组的运行工况。在什么状态发生喘振只有通过对机器的试验,即?#27426;?#20943;少其流量,才可以测出具体的喘振点。

由于压缩机叶轮流道内气体流量的减少,按照压缩机的特性曲线,其运行的工况点引向高压缩比方向。这时气流方向的改变在叶轮入口产生较大的正冲角,使得叶轮叶片?#31995;?#38750;工作面产生?#29616;?#30340;气流"脱离现象",气动损失增大,叶轮出口处产生负压区,引起冷凝器上部或蜗壳内原有的正压气流沿压降方向"倒灌",退回叶轮内,使叶轮流道内的混合流量增大,叶轮恢复正常工作。

如此时压缩机工况点仍未脱离喘振点(区),又将出现上述气流的"倒灌"。气流这种周期性的往返脉动,正是压缩机喘振的根本原因。

杠杆式进口可转导叶机构

二、喘振的危害性

喘振是离心式压缩机的运行工况在小流量、高压比区域中所产生的一种不稳定的运行状态。压缩机喘振时,将出?#21046;?#27969;周期性振荡现象。喘振带给压缩机?#29616;?#30340;破坏,会导致下列?#29616;?#21518;果:

(1)使压缩机的性能显著恶化,气体?#38382;?#21387;力、排量) 产生大幅度脉动。

(2)噪声加大。

(3)大大加剧整个机组的振动。喘振使压缩机的转子和定子的元件经受交变的动应力:压力失调引起强?#19994;?#25391;动,使机组中心偏移,轴?#24515;?#25439;,密封间?#23545;?#22823;;甚至发生转子和定子元件相碰等:叶轮动应力加大。

(4)电流发生脉动。

(5)小制冷量机组的脉动频?#26102;?#22823;型机组高,但振幅小。

不同于一般的机械振动,在压缩机出口产生气流的反复倒灌、吐出、来回?#19981;鰨?#20351;得主电机交替出现满载和空载,电流表指针或压缩机出口压力表指针产生大幅度无规律的强?#21494;?#25670;和跳动。压缩机转子在机内沿轴向来回窜动,并伴有金属摩擦和?#19981;?#22768;响。

三、防喘振措施

1、热气旁通喘振防护原理

一旦进入喘振工况,应立即采取调节措施,降低出口压力或增加入口流量。从以上喘振产生的机理来看,在离心式冷水机组中,压比和负荷是影响喘振的两大因素。?#22791;?#33655;越来越小,小到某一极限点时,便会发生喘振,或者当压比大到某一极限点时,便会发生喘振。

热气旁通喘振保护

用热气旁通来进行喘振防护,是通过喘振保护线来控制热气旁通的开启或关闭,使机组远离喘振点,达到保护的目的。从冷凝器连接到蒸发器一根连接管,当运?#26800;?#21040;达喘振保护点而未达到喘振点时,通过控制?#20302;?#25171;开热气旁通电磁阀,从冷凝器的热气排到蒸发器,降低了压比,同时提高了排气量,从而避免了喘振的发生。

2、改变压缩机转速

压缩机转速改变,压缩机的性能曲线将随着移动,可以增加稳定工况区域,它适用于蒸汽轮机、燃气轮机拖动的机组,是一种比较经济的调节方法,只是调节后的工作点不?#27426;?#26159;(zui)高效率点。但对电动机拖动的机组,为了便于变速,就要用直流机组或采用变频方法,这会使设备大大复杂化,同时造价也高。

3、多级压缩

多级压缩以降?#33073;?#32553;机转速。一般多级机器中任?#25105;?#32423;发生喘振,都会影响到整台机器的正常工作。采用多级压缩,在同样的压比工况下,可大大降?#33073;?#32553;机的转速,增大稳定工况区域。

级间加气型回流器

4、采用转动的扩压器调节

流量减小时,一般在扩压器中首先产生?#29616;?#30340;旋转脱离而导致喘振。在流量变化时,如果能相应改变扩压器流道的进口?#36127;?#35282;,以适应改变了的工况,使冲角α不致很大,则可使性能曲线向小流量区大幅度移动,扩大稳定工况范围,使喘振流?#30475;?#20026;降低,达到防喘振的目的。该防喘振控制方式,?#35328;?#24320;利的产品中得到具体的应用,但低负荷时仍须采用热气旁通。

5、可移动式扩压腔

上面提到,在离心式冷水机组中喘振发生的原因为压比和负荷。当机组运行的压比?#27426;?#26102;(提升力),机组的运行负荷将影响机组是否发生喘振。对于离心机组来说,当运行负荷降低时,压缩机的导叶逐渐关闭,吸气量降低,如果扩压腔的通道面积不变,则气体的流速降低:当气体的流速无法克服扩压腔的阻力损失时,气流会出现停?#20572;?#30001;于气体动能的下降,转化的压力能也降低:当气流体压力小于排气管网的压力时,气流发生倒流,喘振发生。

四、结论

热气旁通、改变压缩机转速、多级压缩、转动的扩压器调节以及散流滑块设计均能有效避免"喘振",对于离心式冷水机组具有较好的节能效果。

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