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离心式冷水机组喘振的原因与解决方法

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离心式冷水机组喘振的原因与解决方法

发布日期:2018-07-02 作者: 点击:

离心式冷水机组喘振的原因与解决方法

制冷压缩机在工作过程中,当入叶轮的气体流量小于机组该工况下的最小流量(即喘振流量)限时,冷凝器制冷剂气体会倒流至压缩机,当压缩机的出口压力大于冷凝压力时,压缩机又开始排出气体,气流会在系统中产生周期性的振荡,具体体现在机组会作周期性大幅度的振动,这种现象工程上称之为喘振。

东莞伟的工业冷水机制冷设备

  喘振是速度型离心式压缩机的固有特性。因此对于任何一台压缩机,当排量小到某一极限点时就会发生该现象。冷水机组是否在喘振点附近运行,主要取决于机组的运行工况。在什么状态发生喘振只有通过对机器的试验,即不断减少其流量,才可以测出具体的喘振点。由于压缩机叶轮流道内气体流量的减少,按照压缩机的特性曲线,其运行的工况点引向高压缩比方向。这时气流方向的改变在叶轮入口产生较大的正冲角,使得叶轮叶片上的非工作面产生严重的气流“脱离现象”,气动损失增大,叶轮出口处产生负压区,引起冷凝器上部或蜗壳内原有的正压气流沿压降方向“倒灌”,退回叶轮内,使叶轮流道内的混合流量增大,叶轮恢复正常工作。如此时压缩机工况点仍未脱离喘振点(区),又将出现上述气流的“倒灌”。气流这种周期性的往返脉动,正是压缩机喘振的根本原因。

  喘振是离心式压缩机的运行工况在小流量、高压比区域中所产生的一种不稳定的运行状态。压缩机喘振时,将出现气流周期性振荡现象。喘振带给压缩机严重的破坏,会导致下列严重后果:

  1)使压缩机的性能显著恶化,气体参数(压力、排量)产生大幅度脉动。

  2)噪声加大。

  3)大大加剧整个机组的振动。喘振使压缩机的转子和定子的元件经受交变的动应力;压力失调引起强烈的振动,使密封和轴承损坏,甚至发生转子和定子元件相碰等;叶轮动应力加大。

  4)电流发生脉动。

  5)小制冷量机组的脉动频率比大型机组高,但振幅小。

  不同于一般的机械振动,在压缩机出口产生气流的反复倒灌、吐出、来回撞击,使得主电机交替出现满载和空载,电流表指针或压缩机出口压力表指针产生大幅度无规律的强烈抖摆和跳动。压缩机转子在机内沿轴向来回窜动,并伴有金属摩擦和撞击声响。


  对于509A(冷冻站)冷冻机入夏后运行频繁喘振的原因,我们主要从以下几点分析:

  一、管网系统流程分析

  冷冻水系统管网图如附图一所示,509A冷冻站至104冷冻站设计安装的是DN500的管道,在压差低于0.98MPa时,管道最大流速为2.5m/s,通过计算最大流量为1766m3/h,509A冷冻站至5604冷冻站设计安装的是DN400的管道,在同样工况下,通过计算最大流量为1130m3/h。而我们现在的供水压力最高时为0.49MPa,管道流速基本为2.2m/s,根据计算的出DN500管道的最大流量为1554m3/h,DN400管道的最大流量为995m3/h。509A冷冻站1#—3#机冷水泵设计流量为500—750m3/h,4#机冷水泵设计流量为630—755m3/h。南北联网前,原设计供应方式为3804冷冻站供应股份公司、零件厂以及北边各单位,104冷冻站与509A冷冻站、5604冷冻站联网供应总装一厂、网板、电子枪等南边各单位,509A冷冻站送出的冷冻水一部分经104与509A的DN500管道送到104冷冻站,经104冷冻站分配器送往总装一厂、一玻璃等单位,一部分通过与5604冷冻站联通的DN400管道送往电子枪等单位,总体流量可以满足四台冷冻机所需的最小流量。去年冷冻系统南北联网供应以后,3804站停运,北边各单位所用的冷冻水均由104冷冻站分配器送出,而104冷冻站只有1#、2#冷冻机效率能够达到100%,3—5#冷冻机系1979年建厂时投运的日立冷冻机,效率不足60%,现基本不运行,而且104冷冻站1#、2#冷冻机出水进104分配器前一部分还要供应网板厂(基本为240m3/h)。104冷冻站1#、2#机冷水泵的设计流量为354—726m3/h,冷冻机组为800USRT,机组实际冷水流量为400m3/h左右,而现在温度高时,104冷冻站的总送出量约为2000m3/h,其大部分需要由509A冷冻站经509A至104分配器的DN500管道送至104,然后在送出。并且在这种情况下,509A冷冻站与5604冷冻站连通的DN400管道中,冷冻水也是由5604冷冻站流往509A冷冻站,然后再送往104冷冻站。由此可见509A冷冻站送往104冷冻站的DN500管道已经无法满足冷冻水的正常送出,当负荷增大,509A开三台冷冻机的时候就会出现509A冷冻机冷冻水流量不足的现象。


  对于这个问题,我们考虑的初步解决方案是:由于509A冷冻站与5604冷冻站连通的DN400管路要经过104冷冻站门口,所以在104冷冻站门口处,将该管路直接与104送往股份公司的DN600管路相连通,加装控制阀。这样既可以解决509A冷冻站与5604冷冻站冷冻机运行水量不足的问题,也减少了冷冻水的输送距离,减少冷量损失。

  二、509A冷冻站冷却循环水温度高、流量不足

  冷却循环水温度过高是引起冷冻机组喘振的一个重要原因,由于冷却水温度的升高,直接导致冷凝器内制冷剂热量散不出去,引起冷凝压力升高,压缩机流量减小,当冷凝器冷却水进水量减小到一定程度时压缩机的流量变得很小,压缩机流道中出现严重的气体脱流,压缩机的出口压力突然下降。由于压缩机和冷凝器联合工作,而冷凝器中气体的压力并不同时降低,于是冷凝器中的气体压力反大于压缩机出口处的压力,造成冷凝器中的气体倒流回压缩机,直至冷凝器中的压力下降到等于压缩机出口压力为止。这时压缩机又开始向冷凝器送气,压缩机恢复正常工作,也就是引起冷冻机组的喘振。而现在509A冷冻站冷却水温度高的一个重要原因是冷却水泵配备电机容量过小,509A冷冻站1—3#冷却水泵的设计流量为625~900m3/h,配备的电机容量为75kw,4#冷却水泵的设计流量为603~1005m3/h,配备电机容量为90kw。冷却水泵出入口阀门开度不到一半时,冷却水泵电流就已经达到了额定电流,冷却水泵无法达到最大设计流量。

  对于此问题的初步解决方案有三种:其一,更换冷却水泵电机,一次性投入费用较大,但长久解决冷却水量不足的问题;其二,强制置换冷却水,加大冷却塔补水,无法根本解决问题,只能作为临时采取的紧急措施,且浪费过大,需不停补充软化水;其三,将冷冻水出冷冻机下端排放口与冷却水入冷冻机管路上排放口用软管连接,将一部分冷冻水送入冷凝器降低冷却水温度,此方法也只能作为一种临时措施,但是要损失一部分冷冻水,浪费也比较大。

  三、冷冻系统失水严重

  冷冻水系统是一个密闭的循环系统,系统失水量不应该过大,一旦冷冻水系统失水,就必须从外界补充新的软化水。冷冻系统补充新的软化水,一方面影响回水温度,引起冷冻机负荷过大,冷冻水系统的送回水温差设计值为5℃,我们夏季送出冷冻水温度现在控制在6.3—6.8℃,回水温度按设计量不应高于12℃,而新补给的软化水温度一般温度都在13℃以上,明显高于冷冻水系统回水设计的最高温度;另一方面引起送回水压差过大,送水压力高,而回水压力过低,导致冷冻机冷水量不足,进而导致冷冻机喘振。我们的冷冻系统补水管道有:104冷冻站,DN50管道,全开时流量21m3/h;509冷冻站,DN50管道,全开时流量21m3/h;5604冷冻站,DN80管道,全开时流量54m3/h,302B冷冻站,DN50管道,全开时流量21m3/h;紧急情况下在509A至104送电子枪管路上方补水,DN80管道全开时流量54m3/h,6月28日所有补水阀全开,每小时补水约170 m3/h,当时系统回水压力:104站0.06—0.12Mpa;509A站0.04—0.10Mpa;5604站0—0.05Mpa,各站送水压力为:104站0.45—0.49Mpa;509A站0.47—0.52Mpa;5604站0.50—0.55Mpa。当时各站开机情况为:104站运行两台800USRT机组;509A站运行三台900USRT机组;5604站运行三台1200USRT机组。回水压力过低导致水量不足,各机组水泵吸水量又不均匀,进而导致冷冻机组喘振。而且由于不断补充软化水使得能耗升高,浪费量增大。

  对于冷冻水系统失水问题,我们应该检查各用户单位是否存在放水现象,和各用户联系协调,杜绝放水现象。

  四、约克冷冻机与特灵冷冻机自身喘振点不同

  509A站1—3#YORK冷冻机是1997年安装投运的,至今已运行了13年,而且每年夏季运行时均有喘振情况发生,已经到了大修期限,机组部分组件已经老化,喘振曲线有所偏移,易发生喘振。与约克机组相比较而言,特灵冷冻机采用了三级压缩与二级中间节能器相结合,电机与压缩机直接传动,仅有一个运转部件,无齿轮传动的损耗,压缩机转速约为2950rpm,转速低且运转部件少,也就减小了震动,它的冷量卸载可低至10%而不会发生喘振,所用的的三级固定孔板制冷剂流量控制装置,保持冷媒在冷凝器、节能器和蒸发器之间适当的压差,避免了压缩机进出口压差过大引起的喘振。其次特灵机组所用的CH530控制系统,防止喘振的保护明显增多,所以运行要求本身高于约克机组。其次,我们509A站4#特灵机组所配备的冷却水泵电机容量为90kw,最大电流为140A,高于1—3#冷却水泵电机的75kw(最大电流130A),冷水泵电机也大于1—3#冷水泵。冷冻机组自身的性能我们无法改变,所以这一点也只能改变冷却水泵电机来改善。

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