如何防止壓縮機喘振和阻塞

來源：SoftInWay

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壓縮機用于增加氣體壓力，這是燃氣輪機等推進系統，能源行業，石油，天然氣和化工這些重要行業生產過程以及許多其他領域所必須的機器。

這樣的壓縮機對于所使用的工作流體（氣體）以及針對其設計的過程的特定操作條件是高度限定的， 這使得它們非常昂貴。 因此，此類壓縮機的設計和操作應具有高度的關注和準確性，以避免任何故障導致機器失去最佳性能。

圖1 – AxSTREAM中的軸流壓縮機（左）和離心壓縮機（右）

壓縮機特征曲線

任何壓縮機的特性曲線都定義了壓縮機在不同速度線下的工作區域，并受阻塞和喘振兩種現象的限制。這兩個相反的約束可以在圖2中看到。

當壓縮機以最大質量流量運行時，就會發生阻塞情況。當馬赫數在壓縮機的某個部分達到一時（即達到聲速時），就會出現最大流量。換句話說，壓縮機通道中的最大體積流量受到喉部區域尺寸的限制。通常，此計算對于壓縮過程中涉及高分子量流體的應用非常重要。

喘振是渦輪壓縮機在低流量條件下的典型特性，在該條件下會發生穩態流動的完全破壞。由于喘振，壓縮機的出口壓力急劇下降，并導致流量從排氣端轉向吸氣端。這是我們不希望出現的現象，它會產生高振動，損壞轉子軸承，轉子密封件，壓縮機驅動并影響整個循環運行。

圖2 – AxSTREAM繪制的壓縮機性能曲線

防止阻塞和喘振

阻塞條件和喘振條件對于壓縮機的最佳運行都是不利的。 在設計過程中必須考慮每個條件，以確保避免這些情況。

阻塞的防止

為了防止壓縮機在阻塞區域內運行，可以通過在出口處在對流體流動施加最小流動阻力情況下設置防阻塞閥，閥門關閉來限制流量，從而防止了阻塞。

在設計壓縮機葉輪時，也可以通過采用不同的方法（例如使用帶分流葉片的葉輪，或通過修改幾何尺寸等）來增加阻塞時的質量流量。圖3顯示了帶和不帶分流葉片的葉輪的性能特征曲線，它們擁有相同有效數量的葉片。 如圖所示，與不帶分流葉片的葉輪相比，帶分流葉片的葉輪具有更高的阻塞質量流量。

要計算葉輪葉片的有效數量，請使用：

有效葉片數= Zm +分流葉片長度比* Zsp其中：Zm =主葉片數； Zsp =分流葉片的數量； 分流葉片長度比=分流葉片長度/主葉片長度。

圖3 – 葉輪性能圖：1 – 帶分流葉片，2 – 無分流葉片

喘振的防止

可以通過提供一個防喘振閥來防止喘振，該閥可以使更多的流量再循環回吸氣側，并使壓縮機工作點遠離喘振線。 在軸流式壓縮機中，設計人員還針對機殼進行設計來使排放端的氣流再循環到吸入端，如圖4（C）和（D）所示。 在渦輪增壓器壓縮機中，通常使用帶氣門的罩蓋結構（圖4B）來使流體再循環，以增強喘振裕度并使壓縮機能夠處理極低的質量流率。

圖4 – (A)防喘振控制系統，(B)帶氣門罩蓋，(C)排放槽，(D)機殼布置

AxSTREAM可以簡單快速的對軸流/離心壓縮機進行設計，繪制性能曲線，并設計分流葉片，抽氣循環等方法來控制喘振和阻塞的出現。

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• 軸流壓縮機：https://www.softinway.com/cn/machine-type/axial-compressor/

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