风机喘振知识介绍

Harvest风机喘振知识介绍Harvest风机喘振知识介绍北京利德华福电气技术有限公司2011年09月Harvest风机喘振知识介绍Harvest目录一、喘振定义二、风机喘振的现象三、喘振原因四、喘振的危害五、影响压缩机喘振因素六、防止喘振的具体措施七、变频节能与防喘振控制八、风机防喘振控制方案研究分析九、结束语Harvest风机喘振知识介绍Harvest一、喘振定义喘振，顾名思义就象人哮喘一样，风机出现周期性的出风与倒流，相对来讲轴流式风机更容易发生喘振，严重的喘振会导致风机叶片疲劳损坏。Harvest风机喘振知识介绍Harvest流体机械及其管道中介质的周期性振荡，是介质受到周期性吸入和排出的激励作用而发生的机械振动。例如，泵或压缩机运转中可能出现的喘振过程是：流量减小到最小值时出口压力会突然下降，管道内压力反而高于出口压力，于是被输送介质倒流回机内，直到出口压力升高重新向管道输送介质为止；当管道中的压力恢复到原来的压力时,流量再次减少,管道中介质又产生倒流，如此周而复始。喘振的产生与流体机械和管道的特性有关，管道系统的容量越大，则喘振越强，频率越低。一旦喘振引起管道、机器及其基础共振时，还会造成严重后果。为防止喘振，必须使流体机械在喘振区之外运转。在压缩机中，通常采用最小流量式、流量-转速控制式或流量-压力差控制式防喘振调节系统。当多台机器串联或并联工作时，应有各自的防喘振调节装置。Harvest风机喘振知识介绍Harvest二、风机喘振的现象风机抽出的风量时大时小，产生的风压时高时低，系统内气体的压力和流量也发生很大的波动。风机的电动机电流波动很大，最大波动值有50A左右。风机机体产生强烈的振动，风机房地面、墙壁以及房内空气都有明显的抖动。风机发出“呼噜、呼噜”的声音，使噪声剧增。风量、风压、电流、振动、噪声均发生周期性的明显变化，持续一个周期时间在8s左右。Harvest风机喘振知识介绍Harvest三、喘振原因根据对轴流式通风机做的大量性能试验来看，轴流式通风机的p－Q性能曲线是一组带有驼峰形状的曲线（这是风机的固有特性，只是轴流式通风机相对比较敏感），如左图所示。当工况点处于B点（临界点）左侧B、C之间工作时，将会发生喘振，将这个区域划为非稳定区域。发生喘振，说明其工况已落到B、C之间。Harvest风机喘振知识介绍Harvest离心压缩机发生喘振，根本原因就是进气量减少并达到压缩机允许的最小值。理论和实践证明：能够使离心压缩机工况点落入喘振区的各种因素，都是发生喘振的原因。进气温度升高，空气密度减少，夏季比冬季易发生喘振。进气压力下降，如入口过滤器堵塞或吸气负压值高。出口系统管网压力提高，即排气不畅造成出口堵塞喘振。离心压缩机出口工作压力值设定在喘振区边缘。离心机转速降低时易发生喘振。Harvest风机喘振知识介绍Harvest四、喘振的危害1、喘振现象对压缩机十分有害，主要表现在以下几个方面：喘振时由于气流强烈的脉动和周期性震荡，会使供气参数（压力、流量等）大幅度地波动，破坏了工艺系统的稳定性。会使叶片强烈振动，叶轮应力大大增加，噪音加剧。引起动静部件的摩擦与碰撞，使压缩机的轴产生弯曲变形，严重时产生轴向窜动，碰坏叶轮。加剧轴承、轴颈的磨损，破坏润滑油膜的稳定性，使轴承合金产生疲劳裂纹，甚至烧毁。损坏压缩机的级间密封及轴封，使压缩机效率降低，甚至造成爆炸、火灾等事故。影响与压缩机相连的其他设备的正常运转，干扰操作人员的正常工作，使一些测量仪表仪器准确性降低，甚至失灵。一般机组的排气量、压力比、排气压力和气体的密度越大，发生的喘振越严重，危害越大。Harvest风机喘振知识介绍Harvest2、轴流风机发生喘振时的危害当风机发生喘振时,风机的流量周期性地变化,变化幅度比较大,可能出现零甚至负值。风机流量的这种剧烈的正负波动,会发生气流的猛烈撞击,使风机本身产生剧烈振动,同时风机工作的噪声加剧。大容量、高压头风机发生喘振的危害很大,可能导致轴承和设备的损坏。Harvest风机喘振知识介绍Harvest五、影响压缩机喘振的因素1、压缩机转速当离心压缩机转速变化时，其性能曲线也将随之改变，当转速提高时，压缩机叶轮对气体所做的功将增大，在相同的容积流量下，气体的压力也增大，性能曲线上移。反之，转速降低则性能曲线下移。Harvest风机喘振知识介绍Harvest2、管道特性对喘振的影响离心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，如图所示：当工作点由A移至A时便进人了喘振工况区。管网容量越大，喘振的振幅越高，频率越低，喘振越严重，破坏性越强。喘振的频率大致与管网容量的平方根或容量的0.56次方成反比。另外，管网的容量对压缩机的喘振流量也有影响，戴冀等对一小型低压离心压缩机的喘振试验表明：管网的容量对喘振点的影响很大,容量大时喘振点流量也增大，压缩系统稳定性变差。Harvest风机喘振知识介绍Harvest3、影响喘振的其他因素（1）压缩机的参数结构：入口导叶开度、叶轮结构、扩压机的结构（2）压缩机的进气状态：进气温度、压力、气体组成。Harvest风机喘振知识介绍Harvest六、防止喘振的具体措施1、针对轴流式风机喘振采取的措施使泵或风机的流量恒大于QK。如果系统中所需要的流量小于QK时，可装设再循环管或自动排出阀门，使风机的排出流量恒大于QK。如果管路性能曲线不经过坐标原点时，改变风机的转速，也可能得到稳定的运行工况。通过风机各种转速下性能曲线中最高压力点的抛物线，将风机的性能曲线分割为两部分，右边为稳定工作区，左边为不稳定工作区，当管路性能曲线经过坐标原点时，改变转速并无效果，因此时各转速下的工作点均是相似工况点。对轴流式风机采用可调叶片调节。当系统需要的流量减小时，则减小其安装角，性能曲线下移，临界点向左下方移动，输出流量也相应减小。最根本的措施是尽量避免采用具有驼峰形性能曲线的风机，而采用性能曲线平直向下倾斜的风机。Harvest风机喘振知识介绍HarvestHarvest风机喘振知识介绍Harvest2、防止离心式压缩机喘振的条件防止进气压力过低、进气温度高和气体分子量减少等防止管网堵塞使管网特性改变。要坚持在开、停车过程中，升降速度不可太快，并且先升速后升压和先降压后降速。开、关防喘振阀时要平稳缓慢。Harvest风机喘振知识介绍Harvest七、变频节能与防喘振控制风机、泵类设备变频调速运行,可以大幅度节省能耗。运行速度较低,压力和流量越小,节能效果越好。但是,流量越小越易进入喘振区,发生喘振事故。因此,为了在节能和防喘振两个方面找到最佳配合点,达到既有最好的节能效果,又不发生喘振这一理想状态,必须考虑变频节能与防喘振的协调控制问题。Harvest风机喘振知识介绍Harvest下图给出了变频节能与防喘振的协调控制系统示意图。根据工艺要求,在负载流量波动时要维持出口压力恒定,因此,测取出口压力P2,送入变频节能与防喘振的协调控制器中,由压力变送器、协调控制器、高压变频器、电动机和风机构成一个闭环控制系统,通过不断地自动调整鼓风机转速,达到稳定出口压力的目的。在压力闭环控制的同时,自动检测鼓风机流量,按照安全操作线规定的流量值自动调整旁路回流调节阀的开口度,保证在速度下鼓风机的流量均大于等于安全操作流量,不发生喘振现象。Harvest风机喘振知识介绍Harvest给出了两条典型的安全操作线。安全操作线1为一条直线,其流量固定,在转速较低时,安全操作流量远大于极限流量,会引起较多的气体从旁路回流阀回流,造成能源浪费。因此,按固定流量安全操作控制,系统的节能效果较差,一般只在简单的控制器中采用。安全操作线2为一条曲线,与喘振极限线相似,一般其安全操作流量比喘振极限流量大5%～15%,解决了转速较低时安全操作线1存在的耗能问题,是一个最节能安全的控制方式。安全操作线一般由设备制造厂家给出,主要的两种形式是:P2/P1=a+bQ12/T1P2/P1=ao+a1Q1+a2Q12其中,a、b、a0、a1、a2是常数。Harvest风机喘振知识介绍Harvest变频节能与防喘振的协调控制器采用安全操作线2进行控制,尽可能地减少了气体回流量,具有良好的节能与防喘振控制效果。另外,该控制器还把各级压力、温度和流量、各级油压和油温、各阀门状态、振动、噪声、轴向推力、轴向位移等设备运行参数采集进来,实现集中监控和连锁保护,提高了设备的自动化水平,提高了设备的运行可靠性,该控制器采用触摸屏人机界面,彩色画面直观清晰,操作方便。Harvest风机喘振知识介绍Harvest八、风机防喘振控制方案研究分析1、目前，国内外炼化企业来看，防喘振控制通常用两种方法：一是早期专用的防喘振控制器，如WORDWARD公司的505C控制器、ELLIOT公司的ASCC控制器等；二是目前常用的PLC专用软件包，如GE公司的9070系列PLC（用LogicMaster或FieldControl编的软件包）、TRICONEX公司的TS3000（用MSW311或TS1131软件包）等。Harvest风机喘振知识介绍Harvest每个厂家出于对知识产权的保护，均不会公开其防喘振控制的算法。专用的控制器只给用户提供接口参数，专用的软件包是用高级语言编写的软件包（如Ｃ语言）。用户无法打开，只能在程序中调用。这些技术封索直接影响用户对防喘振控制方案的深入理解，给程序的移植带来了相当大的难度。笔者通过对多套机组喘振方案的研究，发现只有TS3000系统中的源程序对用户是相对开放的，于是对其进行了反复实验，最终弄清了其算法.这种算法仅仅是不同厂家、不同设备中众多算法中常用的，也是相对减化的算法。Harvest风机喘振知识介绍Harvest2、康吉森TS3000透平压缩机组综合控制系统康吉森TS3000透平压缩机组综合控制系统（ITCC）是基于多年旋转设备控制方面的经验，为用户提供一种ITCC(IntegratedTurbine&CompressorControlSystem)机组综合控制系统。它将传统上需要多个分立仪表如防喘调节器、联锁自保系统、电子调速器、负荷调节器等实现的功能集成在一套可靠性极高的三重模件（TMR）冗余容错控制系统中完成；因此，减少了各个系统间的连接和故障率，降低了长周期运行成本，并提供了先进的控制技术和良好的监控界面.Harvest风机喘振知识介绍HarvestTS3000响应速度快，安全性高，能以最少的放空量或回流量防止机组的喘振，减少对工艺的干扰和能源的消耗。主要功能是：●通用防喘振线计算模块消除了分子量变化的影响●温度、压力补偿功能●任意折线函数功能●防止积分饱和功能●在喘振控制线附近进行控制●根据需要可以设置喘振控制快开线●对快速扰动进行超前控制●最低负荷启车和停车的功能●死区设定实现稳定性●动超驰功能●安全裕度（Margin）重校功能●可变增益控制●喘振预报功能●分程控制功能●快开慢关功能Harvest风机喘振知识介绍Harvest八、结束语喘振是风机固有的特性，具有较大的危害。应当结合生产实践，逐步弄清喘振的机理，掌握喘振的主要影响因素，采取有效的防喘振控制措施，提高风机抗喘振性能和运行可靠性。Harvest风机喘振知识介绍Harvest