压缩机喘振的机理与故障特征

喘振是离心式和轴流式压缩机运行中的常见故障之一，是旋转失速的进一步发展。    如图3所示，离心式压缩机具有这样的特性，对于一个确定的转速，总对应一个流量值，压缩机效率达到最高点。当流量大于或小于此值时，效率都将下降。一般常以此流量的工况点为设计工况点。    压缩机的性能曲线左边受到喘振工况（Qmin )的限制，右边受到堵塞工况（Qmax）的限制，在这二者之间的区域，称为压缩机的稳定工况区域。稳定工况区域的大小，是衡量压缩机性能的重要指标。 

图3  压缩机性能曲线

    当压缩机在运行过程中，若因外部原因使流量不断减小达到Qmin值时，就会在压缩机流道中出现严重的旋转脱离，若气量进一步减小时，压缩机叶轮的整个流道被气流旋涡区所占据，这时压缩机的出口压力将突然下降。但是，压缩机出口所连接的较大容量的管网系统中压力并不马上下降，此时会出现管网中气体向压缩机倒流的现象。当管网中压力下降到低于压缩机出口排气压力时，气体倒流会停止，压缩机又恢复向管网排气。然而，因为进气量的不足，压缩机在出口管网恢复到原来的压力以后，又会在流道内出现旋涡区。如此周而复始，机组和管道内的流量会发生周期性变化，机器进出口压力会大幅度脉动。由于气体在压缩机进出口处吞吐倒流，会伴随有巨大周期性的气流吼声和剧烈的机器振动，这些波动在仪表操作盘的压力、流量、振动信号显示、记录中可以清楚地反映出来，在操作现场也可以立即觉察得到。    由喘振引起的机器振动频率、振幅与管网容积大小密切相关，管网容积越大，喘振频率越低，振幅越大。一些机器的排气管网容量非常大，此时喘振频率甚至小于1Hz。    2．喘振的故障特征    压缩机发生喘振的主要特征如下。    (1)压缩机接近或进入喘振工况时，缸体和轴承都会发生强烈的振动，其振幅要比正常运行时大大增加，喘振频率可参考式 计算，一般都比较低，通常为1～30Hz。    (2)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的变化都很大，会发生周期性大幅度的脉动，有时甚至会出现气体从压缩机进口倒流的现象。    (3)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，因而在气流管道中，气流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，噪声增剧，甚至有爆声出现。