喘振是一種眾所周知的不穩(wěn)定性現(xiàn)象，它是由壓縮機(jī)產(chǎn)生的質(zhì)量流的快速振蕩，伴有獨(dú)特的噪聲和相當(dāng)大幅度的振動(dòng)。

目前的保護(hù)方法，主要致力于使壓縮機(jī)安全運(yùn)轉(zhuǎn)，遠(yuǎn)離喘振點(diǎn)?，F(xiàn)今最先進(jìn)的防喘振系統(tǒng)，通過部分或全部打開一個(gè)特殊的控制閥（防喘振閥），來起保護(hù)作用。該控制閥位于使氣體從排放口循環(huán)流動(dòng)到壓縮機(jī)吸入口的一條管道上。

圖1：控制系統(tǒng)減小了整條管道的阻力， 增大了所產(chǎn)生的流量。

通過這種方式，控制系統(tǒng)減少整體管道的阻力，增大所形成的流量，使壓縮機(jī)的工作點(diǎn)移動(dòng)到與實(shí)際工作轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的特征曲線的右側(cè)（如圖1）。

防喘振閥由內(nèi)置在保護(hù)系統(tǒng)PLC中的專用PID控制器來控制。喘振保護(hù)邏輯包含了喘振界限線（SLL）和相關(guān)的喘振控制線（SCL）（如圖2）。

圖2：喘振保護(hù)邏輯包含有喘振界限線（SSL）和相關(guān)的喘振控制線（SCL）。

利用工作現(xiàn)場讀取的數(shù)據(jù)，該保護(hù)邏輯計(jì)算出實(shí)際的工作壓縮比（β），并使用存儲(chǔ)的SCL數(shù)據(jù)，來確定相應(yīng)的實(shí)際流量極限參數(shù)。然后用這個(gè)值作為防喘振閥門PID控制器的設(shè)定點(diǎn)。而過程變量則是實(shí)際流量參數(shù)，還可以從現(xiàn)場讀數(shù)得到Δp/p1。

顯然，喘振保護(hù)系統(tǒng)依賴于SLL的概念，這是系統(tǒng)保護(hù)舉措的核心要素。SLL簡化地反映了壓縮比b與流量參數(shù)Δp/p1之間的相關(guān)性，它確定了喘振點(diǎn)。通過應(yīng)用以下幾點(diǎn)來得到這種簡化的相互關(guān)系：

a）液壓定律（風(fēng)機(jī)定律）

b）理想氣體多滋頭的表達(dá)式

c）通過吸入流量計(jì)的體積流速的表達(dá)式

d）實(shí)際的氣體狀態(tài)平衡

通過引入一個(gè)簡化的近似，就可以獲得反映流量參數(shù)Δp/p1與壓縮比β之間關(guān)系的SSL最終表達(dá)式：

等式1：Δp/p1 = K*（β-1）

從這個(gè)SSL的表達(dá)式可以看出，它與氣體入口條件無關(guān)（因此它有時(shí)被稱為通用喘振線），所以便于在生產(chǎn)流程計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。這一特點(diǎn)在20世紀(jì)60年代防喘振應(yīng)用的早期階段，是一種優(yōu)勢，那時(shí)工程師們正在尋找一種利用適當(dāng)?shù)挠?jì)算能力即可實(shí)現(xiàn)的喘振軌跡公式。因此這個(gè)表達(dá)式在過去被廣泛應(yīng)用，一直到現(xiàn)在仍用于實(shí)際的喘振保護(hù)系統(tǒng)中。

雖然它目前仍被業(yè)內(nèi)采用，但是的確存在著一些局限性。以下幾點(diǎn)都值得探討：

1）Hp-Q流量曲線取決于氣體吸入條件。

2）相似定律適用于液流，還可以應(yīng)用于低壓縮性氣流。

3）在可以應(yīng)用相似性定律的情況下，它也只是適用于參考點(diǎn)附近的一個(gè)較小范圍，而不能用于描述壓縮機(jī)喘振點(diǎn)的整個(gè)范圍，否則會(huì)違背假設(shè)的適用性限制。

基于以上這些考慮因素，可以看出SSL是取決于入口吸入條件的。

數(shù)值調(diào)研

有一個(gè)更好的公式可以計(jì)算喘振點(diǎn)：

д（Pd / Ps）/νV = 0

其中：Pd =排放壓力；Psi =吸入壓力；V =體積流量

對(duì)于偏離設(shè)計(jì)的入口條件而言，可以利用Cmap軟件來計(jì)算壓縮機(jī)性能曲線圖，該軟件并不以相似性定律或者任何其他近似性為基礎(chǔ)，而是基于壓縮機(jī)的無量綱模型，它利用了馬赫數(shù)參數(shù)化的流量系數(shù)與工作之間的相關(guān)性。這樣就可以利用在偏離設(shè)計(jì)的入口條件下得到的壓縮機(jī)性能曲線圖，來計(jì)算出喘振線。

因此，可以得到設(shè)計(jì)條件下和偏離設(shè)計(jì)條件下（DC和ODC）的兩條喘振線，它們的x軸是過孔的Dp與吸入壓力（Ps）之比，y軸是壓縮比（Pd/Ps）。

實(shí)例分析

以下提出兩個(gè)真實(shí)案例：

?案例分析1：壓縮機(jī)工作在低壓吸入條件下

?案例分析2：壓縮機(jī)工作在高壓吸入條件下

在這兩個(gè)案例中，本研究將揭示當(dāng)入口條件從設(shè)計(jì)值變成非設(shè)計(jì)值時(shí)，界限喘振線會(huì)發(fā)生怎樣的變化。

低壓吸入

在本案例中，一臺(tái)離心式壓縮機(jī)在各種不同的入口條件下運(yùn)行。從DC開始， 根據(jù)變化的分子重量（ODC1和ODC2 ） 、壓力（ODC3 ） 、溫度（ODC4）和兩者性質(zhì)（ODC5），計(jì)算喘振線。（如表1所示）

附圖顯示了在不同入口條件下獲得的喘振界限線。

應(yīng)當(dāng)注意對(duì)于各種不同的ODC點(diǎn)，計(jì)算出的最大誤差為2.6％。然而，如果進(jìn)口處條件的變化同時(shí)應(yīng)用在壓力，溫度和混合上，計(jì)算出的最大誤差為7％（壓縮比為3.5）。

高壓吸入

從DC條件開始，根據(jù)變化的分子量（ODC 1和ODC 2）、壓力（ODC 3）、溫度（ODC 4）和二者性質(zhì)（ODC 5），計(jì)算喘振線。（如表3所示）。

圖3.不同入口條件（低壓壓縮機(jī)）下獲得的喘振界限線。

應(yīng)該注意的是計(jì)算出的ODC最大誤差為18.6％。如果入口條件的變化同時(shí)應(yīng)用在壓力，溫度和混合上，計(jì)算出的最大誤差為31.2％（壓縮比率為2 . 7 ） 。有一個(gè)有趣的現(xiàn)象值得注意，正確的喘振流線向右移動(dòng)，逐步靠近設(shè)計(jì)喘振線。這意味著控制系統(tǒng)低估了喘振流量，因此壓縮機(jī)可能會(huì)出現(xiàn)喘振現(xiàn)象。

結(jié)論

本文的分析表明在低壓壓縮機(jī)中，如果入口條件變化，并不會(huì)產(chǎn)生喘振問題，但是會(huì)降低工作效率。

本文提出和描述的分析證明了，基于有效性簡化假設(shè)（如理想氣體定律和液壓相似定律）的實(shí)際離心壓縮機(jī)保護(hù)系統(tǒng)，僅在一定的應(yīng)用范圍內(nèi)有效。對(duì)于高壓壓縮機(jī)，如果入口條件發(fā)生改變，那么計(jì)算的誤差就會(huì)大于安全余量。因此，保護(hù)作用無效并且可能會(huì)使壓縮機(jī)受損。

圖4.不同入口條件（高壓壓縮機(jī)）下獲得的喘振界限線。

工業(yè)工廠咨詢公司（Industrial Plants Consultants S.R.L.，縮寫為IPC）開發(fā)的Cmap軟件可在變化的入口氣體熱力學(xué)條件下，預(yù)測離心式壓縮機(jī)的性能。即使是在高壓條件下，對(duì)壓縮機(jī)性能的預(yù)測仍然非常準(zhǔn)確，而常用的理想氣體理論帶來了相當(dāng)大的誤差，所提新方法利用先進(jìn)的技術(shù)保護(hù)設(shè)備免受喘振的影響，克服了當(dāng)前技術(shù)的限制。

本案例分析中的所有計(jì)算都采用IPC研究實(shí)驗(yàn)室所研發(fā)的專用軟件工具（Cmap）來執(zhí)行。 Cmap的設(shè)計(jì)旨在便利快速地預(yù)測離心式壓縮機(jī)在不同入口條件下以及變化的碳?xì)浠衔锖蜌怏w混合物組成情況下的性能。