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離心式壓縮機(jī)喘振問(wèn)題研究及解決方案

1   引言

        HR9-040-5空壓機(jī)為美國(guó) Atlas 公司制造的帶中間冷卻器的二級(jí)離心式空氣壓縮機(jī)。該機(jī)組經(jīng)一級(jí)壓縮后，通過(guò)中間冷卻器冷卻，由二級(jí)吸入壓縮，再經(jīng)后冷卻器冷卻后送到用氣部位。投入使用7 年后該機(jī)組先后出現(xiàn)了送氣溫度高，機(jī)組效率下降，喘振等現(xiàn)象。

2   問(wèn)題的提出及分析

        產(chǎn)生喘振的原因主要有以下幾點(diǎn)：

        （1）機(jī)組流道縮小，造成效率降低 
        停機(jī)檢查，葉輪及流道內(nèi)污垢較多，對(duì)蝸殼及葉輪進(jìn)行清洗后開(kāi)機(jī)試車(chē)運(yùn)行仍未見(jiàn)好轉(zhuǎn)；

        （2）機(jī)組出氣口堵塞
        檢查霧滴捕集器內(nèi)的絲網(wǎng)，未見(jiàn)異常；

        （3）機(jī)組內(nèi)部通道發(fā)生堵塞 
         將空氣冷卻器拆出檢查，發(fā)現(xiàn)鋁翅片間布滿灰塵，空氣冷卻器堵塞嚴(yán)重。但是此類型翅片強(qiáng)度極低，在清洗時(shí)容易造成翅片倒伏，影響換熱效果及清洗效果。必須更換冷卻器芯體。

        同時(shí)經(jīng)過(guò)對(duì)機(jī)組拆檢發(fā)現(xiàn)，由于空氣冷卻器芯體密封膠條老化脆斷造成熱空氣短路致使送氣溫度升高；由于空氣冷卻器芯體被塵埃堵塞提高了吸、排氣阻力使機(jī)組效率下降；而中冷器的塵�；夜副粔嚎s空氣帶入二級(jí)葉輪并附著在上面使流道狀況惡劣引起壓縮空氣旋轉(zhuǎn)脫離，嚴(yán)重時(shí)便出現(xiàn)了喘振。由此可見(jiàn)，機(jī)組出現(xiàn)異常的主要原因是空氣冷卻器故障。

        在空氣冷卻器出現(xiàn)短路時(shí)，曾試圖用聚四氟板（耐高溫、不易老化）來(lái)代替膠條，但實(shí)際效果不太理想。因?yàn)槊芊饽z條呈倒“ V ”字形扣在冷卻器的擋風(fēng)板上，而冷卻器芯體長(zhǎng)3.6米，一端固定。當(dāng)壓縮空氣吹向芯體時(shí)，造成芯體漂移，使密封用聚四氟板移至出氣口，擋住部分出氣口，同時(shí)造成密封墊被破壞，引起短路。故決定更新空氣冷卻器芯體。

        由于此設(shè)備為進(jìn)口設(shè)備，如果進(jìn)口空氣冷卻器，一是生產(chǎn)周期長(zhǎng)，二是造價(jià)較高，為了生產(chǎn)急需，同時(shí)鑒于上述冷卻器的缺點(diǎn)，最終提出了改變冷卻器的結(jié)構(gòu)形式且由自己制造。

3   對(duì)策

        對(duì)原有的冷卻器形式進(jìn)行分析，當(dāng)空壓機(jī)工作時(shí)，造成冷卻器芯體受力。按材料力學(xué)公式建立模型，見(jiàn)圖 1 �？梢杂�(jì)算出芯體的漂移距離為20mm 。而實(shí)際冷卻器芯體密封墊與排氣口的距離為15mm 。

        經(jīng)過(guò)借鑒其他冷卻器的形式，決定采用如下的結(jié)構(gòu)形式：

        （1）將整體鋁翅片串片式的結(jié)構(gòu)改為銅翅片纏繞式結(jié)構(gòu)，提高翅片強(qiáng)度便于今后清洗。增加傳熱系數(shù)。加強(qiáng)制冷效果。
        （2）在有效的空間內(nèi)增加換熱管數(shù)量，保證并提高冷卻效果。 
        （3）改變?cè)瓉?lái)的密封形式。在殼體上焊接擋風(fēng)板，并將不銹鋼彈簧板固定在擋風(fēng)板上，利用空氣的壓力將密封片緊緊壓在冷卻器的上下支撐板上。 
        （4）在殼體上焊接軌道，在芯體上安裝滾輪方便拆裝。
        （5）在冷卻器進(jìn)出口安裝壓力表，便于隨時(shí)檢查冷卻器的情況，以確保機(jī)組正常運(yùn)行。

        在確定上述方案后，先在后冷卻器芯體上試驗(yàn)。經(jīng)過(guò)對(duì)殼體及原冷卻器芯體的精確測(cè)量，設(shè)計(jì)出圖紙，再經(jīng)過(guò)認(rèn)真核對(duì)尺寸，將圖紙上未反映出的設(shè)計(jì)思路重新進(jìn)行了修正。后冷卻器芯體首先制作完成。結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。安裝完成后經(jīng)開(kāi)機(jī)檢驗(yàn)，進(jìn)出冷卻器壓差降為0.0025MPa ，比原來(lái)低0.015MPa 。同時(shí)解決了后冷卻器芯體串氣的問(wèn)題。在筒體上焊接完后，由于此設(shè)備屬于壓力容器，對(duì)所有焊縫進(jìn)行了無(wú)損探傷，合格后投入使用。

        在更新后冷卻器芯體后，經(jīng)實(shí)際運(yùn)行，機(jī)組的喘振周期延長(zhǎng)，但還有喘振現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)對(duì)中間冷卻器芯體檢查發(fā)現(xiàn)，堵塞現(xiàn)象嚴(yán)重，經(jīng)過(guò)加前后壓力表觀察，發(fā)現(xiàn)前后壓差達(dá)到0.04MPa 。而二級(jí)的吸入壓力較低，這很可能是造成喘振的重要原因。經(jīng)過(guò)對(duì)中間冷卻器芯體認(rèn)真測(cè)量繪制圖紙并制作完成后，安裝試車(chē)，壓降為0.003MPa ，比原來(lái)低 0.037 MPa 。效果明顯。而且整體單耗降低。機(jī)組運(yùn)行至今再未產(chǎn)生喘振現(xiàn)象。

 4   防范措施

        在上述改造完成后，為了避免上述現(xiàn)象的再次發(fā)生，認(rèn)真檢查了吸風(fēng)系統(tǒng)。該吸風(fēng)系統(tǒng)為設(shè)備廠家提出的三級(jí)過(guò)濾系統(tǒng)，而同類型機(jī)組使用四級(jí)過(guò)濾，且過(guò)濾精度也比此機(jī)組高。用塵埃粒子計(jì)數(shù)器檢測(cè)空氣潔凈度與同類型的機(jī)組相比效果較差（見(jiàn)表 1 ）。根據(jù)檢測(cè)的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)主要是一級(jí)過(guò)濾效果不理想（尤其在小粒子方面），決定在吸風(fēng)室一級(jí)與二級(jí)過(guò)濾介質(zhì)間再增加一層粗效過(guò)濾器（DV3）作為改造后的一級(jí)過(guò)濾，以便提高過(guò)濾能力，從而提高了空氣潔凈度。改造后，檢測(cè)的空氣凈化度達(dá)到同類型機(jī)組的水平，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。同時(shí)在操作規(guī)程中制定了詳細(xì)的措施，每半年監(jiān)測(cè)一次潔凈度，如發(fā)現(xiàn)變化，及時(shí)更換介質(zhì)，從而確保潔凈度。避免上述現(xiàn)象的再次發(fā)生。 

        （1）送氣溫度達(dá)到要求，由更新前的45℃ 降低到28℃ 。 
        （2）機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)良好，再?zèng)]有發(fā)生喘振現(xiàn)象，并且改造了吸風(fēng)系統(tǒng)，保證了系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。 
        （3）機(jī)組效率提高，電單耗由更新前的59kW·h/km3 降低到57kW·h/km3 。更新后運(yùn)行了7500h ，節(jié)電（ 59 －57）×27×7500=405000kW·h，按0.45元/kW·h計(jì)算合18.23萬(wàn)元。
        （4）由于冷卻器垢阻減小傳熱系數(shù)增加使冷卻效果提高，冬季原兩冷卻器的用水由并聯(lián)使用改為串聯(lián)使用。供水管直徑φ159 ，循環(huán)水流速 3m/s，因串聯(lián)使用減少的一組供水管的流量為3.14×0.152÷4×3×3600=190.8t/h，實(shí)際使用90d ，節(jié)約循環(huán)水 190.8×24×90=412128t ，按0.2元/t 計(jì)算合82425.6元。 
        （5） 國(guó)產(chǎn)冷卻器芯體每臺(tái)在17萬(wàn)元左右，而進(jìn)口冷卻器芯體在36萬(wàn)元左右。節(jié)省進(jìn)口設(shè)備費(fèi)用19萬(wàn)元，2臺(tái)共計(jì)節(jié)省38萬(wàn)元。

         經(jīng)過(guò)上述的改進(jìn)后節(jié)省設(shè)備費(fèi)38萬(wàn)元，電耗降低18.23萬(wàn)元，節(jié)水8.24萬(wàn)元。三項(xiàng)合計(jì)64.47萬(wàn)元。