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            離心式冷水機組的喘振機理及防止方法

            發表時間:2021-07-24  |  點擊率:955

            離心式冷水機組在運行中容易產生喘振(surge) 故障,喘振發生時機身會產生強烈的振動,機組的制冷劑壓力和壓縮機電流忽高忽低變化劇烈,并伴隨著間歇的很沉悶的氣流噪聲。過于頻繁的喘振還會損壞擴壓器和葉輪,給用戶的使用帶來不便和不安全因素。所以,喘振在運行中應該努力避免。

            喘振產生的機理:

            離心式制冷壓縮機的基本工作原理:利用高速旋轉的葉輪將能量傳遞給流道中連續流動的制冷劑氣體,使之獲得極大速度,同時氣體壓力提高,而葉輪出口處設置的擴壓器使葉輪的流通面積逐漸擴大。高速氣體從葉輪流出后,再流經擴壓器進行降速擴壓,使氣體流速降低壓力升高,即把氣體的一部分速度能(動能)轉變為壓力能,完成壓縮過程,因此,離心式制冷壓縮機是一種高速旋轉的設備。

            葉輪中制冷劑氣體的流動速度三角形如圖1所示。

            圖片1.jpg

             

            假設葉輪有無限多個葉片,同慣性離心力相比,重力可忽略,流經葉輪的流量Q、葉輪的角速度X及轉速n 都不變,而且流體在葉輪入口和出口的速度沿周向均勻分布,則流體相對于各自流道的流動都是相同的一維流動。這樣,流體就是定常的。

            小流量時產生喘振的機理:

            小流量時會在擴壓器中產生渦流和邊界層分離現象,因此,喘振現象會發生在小負荷、小制冷劑流量的工況下。由于v2 方向變化過大,與擴壓器的入口方向不一致,造成氣體在進入擴壓器流道時發生沖擊。沖擊嚴重時就會產生渦流,渦流區中氣體的流動受阻,使壓縮機的排氣壓力突然下降。

            同時,擴壓器流道內氣體的流動來自葉輪對氣流作功所轉變成的動能。邊界層內氣流流動主要靠主流中傳遞來的動能,邊界層內氣體流動時,要克服壁面的摩擦力,小流量時由于v2 的數值沿流道方向減小,壓力增大,主流的動能也不斷減小,當流道內氣體流量減小到某一值后,主流傳遞給邊界層的動能不足以克服壓力差繼續前進時,邊界層的氣流就停滯下來,進而產生旋渦和倒流,使氣流邊界層分離。壓縮機的排氣壓力降低使蝸殼中的氣體倒流,經過一段時間后壓縮機的流量增大,壓縮機又恢復正常。但由于外界的負荷小,蒸發量不夠,制冷劑流量又慢慢減小,再次使蝸殼中的氣體產生倒流。如此周期性地反復就產生了喘振。

            大流量時產生喘振的機理:

            由于離心式制冷壓縮機的葉輪都是后向型,β2 <π/2,所以理論揚程曲線是一條單調遞減的直線;考慮壓縮機的損失,包括機械損失、容積損失、摩擦損失、沖擊渦流損失等,離心式制冷壓縮機的理論性能曲線和實際性能曲線如圖2所示。其中A 點為實際揚程最高點。機組運行在0到QB 區域內,QA 點的附近是最佳工作區。高于實際揚程線的外部區域就是喘振區域。

             

            圖片2.jpg

             

            隨著負荷的增大,冷凝溫度逐漸升高,冷凝壓力也會升高。如果所要求的冷水水溫比較低,則蒸發壓力也就比較低, 如果這時室外的氣溫很高,濕度又大( 這種工況在我國南方沿海地區的夏季比較常見),則冷卻塔的換熱效果下降,冷卻水溫升高,隨之冷凝壓力也升高。同時如果還有冷卻水量不足、制冷系統中有不凝性氣體、換熱管結垢等現象使冷凝壓力進一步提高,則要求壓縮機的壓頭也要進一步提高。一旦冷凝器和蒸發器的壓力差大于壓縮機的揚程,冷凝器中的氣體就會倒流,喘振現象發生。在圖2中直觀地顯示為,只要機組運行線在實際揚程線以內,機組就可以平穩運行;超過了實際揚程線,機組就會發生喘振。

            開利19XL離心式制冷機組防喘振的方法:

            離心式制冷機組防止喘振的方法一般有兩種:等壓力控制法和等流量控制法。某品牌19XL離心式制冷機組防喘振采用等流量控制法,它通過熱氣旁通閥使冷凝器中的高壓氣體進到蒸發器中。降低冷凝器的壓力并提高蒸發器的壓力,降低了壓縮機的壓頭,同時增加了壓縮機的流量,以此改善工況來防止喘振?,F把該型機組防喘振調試中認為應該注意的幾點提出來供操作時參考。

            機組通過本機集總控制裝置(PIC)監測壓縮機電機的電流來判斷機組是否進入喘振工況。一旦機組電流的波動幅度超過一定值(默認是25%,也可以通過控制面板LID設定)達1s,控制系統就會記下一次喘振。如果在設定時間段內( 默認是5 min) 這樣的波動達到12次,控制系統就認為機組運行進入了喘振工況, 機組就會停止運行并報警(EXCESSIV E COMPR SU RGE)。這樣就對機組進行了保護,防止喘振對機組的損壞。此外,還可以通過可選配件-熱氣旁通閥,當機組將要進入喘振工況時打開熱氣旁通閥來改善機組的工況,達到對機組的喘振保護。

            圖片3.jpg

             

            無論是喘振停機還是熱氣旁通閥對機組的喘振保護,機組的控制系統都是通過圖3 所示的喘振保護線來判斷壓縮機的揚程是否過高。通過上文已經知道某個葉輪的揚程隨葉輪的氣體流量而變化,一旦揚程過高就容易進入喘振工況。


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