如何防止压缩机阻塞和喘振

如何防止压缩机喘振和阻塞

来源：SoftInWay

英语原文链接：https://blog.softinway.com/preventing-choke-and-surge-in-a-compressor/

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压缩机用于增加气体压力，这是燃气轮机等推进系统，能源行业，石油，天然气和化工这些重要行业生产过程以及许多其他领域所必须的机器。

这样的压缩机对于所使用的工作流体（气体）以及针对其设计的过程的特定操作条件是高度限定的， 这使得它们非常昂贵。 因此，此类压缩机的设计和操作应具有高度的关注和准确性，以避免任何故障导致机器失去最佳性能。

图1 – AxSTREAM中的轴流压缩机（左）和离心压缩机（右）

压缩机特征曲线

任何压缩机的特性曲线都定义了压缩机在不同速度线下的工作区域，并受阻塞和喘振两种现象的限制。这两个相反的约束可以在图2中看到。

当压缩机以最大质量流量运行时，就会发生阻塞情况。当马赫数在压缩机的某个部分达到一时（即达到声速时），就会出现最大流量。换句话说，压缩机通道中的最大体积流量受到喉部区域尺寸的限制。通常，此计算对于压缩过程中涉及高分子量流体的应用非常重要。

喘振是涡轮压缩机在低流量条件下的典型特性，在该条件下会发生稳态流动的完全破坏。由于喘振，压缩机的出口压力急剧下降，并导致流量从排气端转向吸气端。这是我们不希望出现的现象，它会产生高振动，损坏转子轴承，转子密封件，压缩机驱动并影响整个循环运行。

图2 – AxSTREAM绘制的压缩机性能曲线

防止阻塞和喘振

阻塞条件和喘振条件对于压缩机的最佳运行都是不利的。 在设计过程中必须考虑每个条件，以确保避免这些情况。

阻塞的防止

为了防止压缩机在阻塞区域内运行，可以通过在出口处在对流体流动施加最小流动阻力情况下设置防阻塞阀，阀门关闭来限制流量，从而防止了阻塞。

在设计压缩机叶轮时，也可以通过采用不同的方法（例如使用带分流叶片的叶轮，或通过修改几何尺寸等）来增加阻塞时的质量流量。图3显示了带和不带分流叶片的叶轮的性能特征曲线，它们拥有相同有效数量的叶片。 如图所示，与不带分流叶片的叶轮相比，带分流叶片的叶轮具有更高的阻塞质量流量。

要计算叶轮叶片的有效数量，请使用：

有效叶片数= Zm +分流叶片长度比* Zsp其中：Zm =主叶片数； Zsp =分流叶片的数量； 分流叶片长度比=分流叶片长度/主叶片长度。

图3 – 叶轮性能图：1 – 带分流叶片，2 – 无分流叶片

喘振的防止

可以通过提供一个防喘振阀来防止喘振，该阀可以使更多的流量再循环回吸气侧，并使压缩机工作点远离喘振线。 在轴流式压缩机中，设计人员还针对机壳进行设计来使排放端的气流再循环到吸入端，如图4（C）和（D）所示。 在涡轮增压器压缩机中，通常使用带气门的罩盖结构（图4B）来使流体再循环，以增强喘振裕度并使压缩机能够处理极低的质量流率。

图4 – (A)防喘振控制系统，(B)带气门罩盖，(C)排放槽，(D)机壳布置

AxSTREAM可以简单快速的对轴流/离心压缩机进行设计，绘制性能曲线，并设计分流叶片，抽气循环等方法来控制喘振和阻塞的出现。

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• 轴流压缩机：https://www.softinway.com/cn/machine-type/axial-compressor/

• 离心压缩机：https://www.softinway.com/cn/machine-type/centrifugal-compressor/