離心式製冷壓縮機防喘振措施

離心壓縮機的基本工作原理是利用高速迴轉的葉輪對氣體做功，將機械能加給氣體，使氣體壓力升高，速度增大，氣體獲得壓力能和速度能。在葉輪後面設置有通流面積逐漸擴大的擴壓元件，高壓氣體從葉輪流出后，再流經擴壓器進行降速擴壓，使氣體流速降低，壓力繼續升高，即把氣體的一部分速度能轉變為壓力能，完成了壓縮過程。擴壓器流道內的邊界層分離現象：擴壓器流道內氣流的流動，來自葉輪對氣流所做功轉變成的動能，邊界層內氣流流動，主要靠主流中傳遞來的動能，邊界層內氣流流動時，要克服壁面的摩擦力，由於沿流道方向速度降低，壓力增大，主流的動能也不斷減小。當主流傳遞給邊界層的動能不足以使之克服壓力差繼續前進時，最終邊界層的氣流停滯下來，進而發生旋渦和倒流，使氣流邊界層分離。氣體在葉輪中的流動也是一種擴壓流動，當流量減小或壓差增大時也會出現這種邊界層分離現象。

當流道內氣體流量減少到某一值后，葉道進口氣流的方向就和葉片進口角很不一致，沖角α大大增加，在非工作面引起流道中氣流邊界層嚴重分離，使流道進出口出現強烈的氣流脈動。當流量大大減小時，由於氣流流動的不均勻性及流道型線的不均勻性，假定在B 流道發生氣流分離的現象，這樣B 流道的有效通流面積減小，使原來要流過B 流道的氣流有一部分要流向相鄰的A流道和C 流道，這樣就改變了A 流道，C 流道原來氣流的方向，它使C 流道的沖角有所減小，A 流道的沖角更加增大，從而使A 流道中的氣流分離，反過來使B 流道沖角減小而消除了分離現象，於是分離現象由B 流道轉移到A 流道。這樣分離區就以和葉輪旋轉方向相反的方向旋轉移動，這種現象稱為旋轉脫離。

擴壓器同樣存在旋轉脫離。在壓縮機的運轉過程中，流量不斷減小到Qmin值時，在壓縮機流道中出現如上所述嚴重的旋轉脫離，流動嚴重惡化，使壓縮機出口壓力突然大大下降，低於冷凝器的壓力，氣流就倒流向壓縮機，一直到冷凝壓力低於壓縮機出口壓力為止，這時倒流停止，壓縮機的排量增加，壓縮機恢復正常工作。而實際上壓縮機的總負荷很小，限制了壓縮機的排量，壓縮機的排量又慢慢減小，氣體又產生倒流，如此反覆，在系統中產生了周期性的氣流振蕩現象，這種現象稱為喘振。

壓縮機達到最小排量點而產生嚴重的氣流旋轉脫離是內因，而壓縮機的性能曲線狀況和工況點的位置是條件，內因只有在條件的促成下，才能發生特有的現象———喘振。

離心冷水機組運行在部分負荷時，壓縮機導葉開度減小，參與循環的製冷劑流量減少。壓縮機排量減小，葉輪達到壓頭的能力也減小。而冷卻水溫由於冷卻塔未改變而維持不變，則此時就可能發生旋轉失速或喘振。

喘振是速度型離心式壓縮機的固有特性。因此對於任何一台壓縮機，當排量小到某一極限點時就會發生該現象。冷水機組是否在喘振點附近運行，主要取決於機組的運行工況。在什麼狀態發生喘振只有通過對機器的試驗，即不斷減少其流量，才可以測出具體的喘振點。

由於壓縮機葉輪流道內氣體流量的減少，按照壓縮機的特性曲線，其運行的工況點引向高壓縮比方向。這時氣流方向的改變在葉輪入口產生較大的正沖角，使得葉輪葉片上的非工作面產生嚴重的氣流「脫離現象」，氣動損失增大，葉輪出口處產生負壓區，引起冷凝器上部或蝸殼內原有的正壓氣流沿壓降方向「倒灌」，退回葉輪內，使葉輪流道內的混合流量增大，葉輪恢復正常工作。

如此時壓縮機工況點仍未脫離喘振點(區) ，又將出現上述氣流的「倒灌」。氣流這種周期性的往返脈動，正是壓縮機喘振的根本原因。

2 　喘振運行狀態

喘振是離心式壓縮機的運行工況在小流量、高壓比區域中所產生的一種不穩定的運行狀態。壓縮機喘振時，將出現氣流周期性振蕩現象。喘振帶給壓縮機嚴重的破壞，會導致下列嚴重後果：

1) 使壓縮機的性能顯著惡化，氣體參數(壓力、排量) 產生大幅度脈動。2) 雜訊加大。3) 大大加劇整個機組的振動。喘振使壓縮機的轉子和定子的元件經受交變的動應力：壓力失調引起強烈的振動，使密封和軸承損壞，甚至發生轉子和定子元件相碰等：葉輪動應力加大。4) 電流發生脈動。5) 小製冷量機組的脈動頻率比大型機組高，但振幅小。

不同於一般的機械振動，在壓縮機出口產生氣流的反覆倒灌、吐出、來回撞擊，使得主電機交替出現滿載和空載，電流表指針或壓縮機出口壓力表指針產生大幅度無規律的強烈抖擺和跳動。壓縮機轉子在機內沿軸向來回竄動，並伴有金屬摩擦和撞擊聲響。

3 　防喘振措施

3. 1 　熱氣旁通喘振防護原理
一旦進入喘振工況，應立即採取調節措施，降低出口壓力或增加入口流量。從以上喘振產生的機理來看，在離心式冷水機組中，壓比和負荷是影響喘振的兩大因素。當負荷越來越小，小到某一極限點時，便會發生喘振，或者當壓比大到某一極限點時，便會發生喘振。用熱氣旁通來進行喘振防護，是通過喘振保護線來控制熱氣旁通的開啟或關閉，使機組遠離喘振點，達到保護的目的。從冷凝器連接到蒸發器一根連接管，當運行點到達喘振保護點而未達到喘振點時，通過控制系統打開熱氣旁通電磁閥，從冷凝器的熱氣排到蒸發器，降低了壓比，同時提高了排氣量，從而避免了喘振的發生。

3. 2 　改變壓縮機轉速

壓縮機轉速改變，壓縮機的性能曲線將隨著移動，可以增加穩定工況區域，它適用於蒸汽輪機、燃氣輪機拖動的機組，是一種比較經濟的調節方法，只是調節后的工作點不一定是最高效率點。但對電動機拖動的機組，為了便於變速，就要用直流機組或採用變頻方法，這會使設備大大複雜化，同時造價也高。

3. 3 　多級壓縮

多級壓縮以降低壓縮機轉速。一般多級機器中任何一級發生喘振，都會影響到整台機器的正常工作。採用多級壓縮，在同樣的壓比工況下，可大大降低壓縮機的轉速，增大穩定工況區域。

3. 4 　採用轉動的擴壓器調節

當流量減小時，一般在擴壓器中首先產生嚴重的旋轉脫離而導致喘振。在流量變化時，如果能相應改變擴壓器流道的進口幾何角，以適應改變了的工況，使沖角α不致很大，則可使性能曲線向小流量區大幅度移動，擴大穩定工況範圍，使喘振流量大為降低，達到防喘振的目的。該防喘振控制方式，已在開利的產品中得到具體的應用，但低負荷時仍須採用熱氣旁通。

3. 5 　可移動式擴壓腔

上面提到，在離心式冷水機組中喘振發生的原因為壓比和負荷。當機組運行的壓比一定時(提升力) ，機組的運行負荷將影響機組是否發生喘振。對於離心機組來說，當運行負荷降低時，壓縮機的導葉逐漸關閉，吸氣量降低，如果擴壓腔的通道面積不變，則氣體的流速降低：當氣體的流速無法克服擴壓腔的阻力損失時，氣流會出現停滯，由於氣體動能的下降，轉化的壓力能也降低：當氣流體壓力小於排氣管網的壓力時，氣流發生倒流，喘振發生。

4 　結語

熱氣旁通、改變壓縮機轉速、多級壓縮、轉動的擴壓器調節以及散流滑塊設計均能有效避免「喘振」，對於離心式冷水機組具有較好的節能效果。