離心式冷水機組的喘振機理及防止方法

離心式冷水機組在運行中容易產(chǎn)生喘振(surge) 故障，喘振發(fā)生時機身會產(chǎn)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(yīng)該努力避免。

喘振產(chǎn)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(zhuǎn)的葉輪將能量傳遞給流道中連續(xù)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(shè)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(jīng)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(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，完成壓縮過程，因此，離心式制冷壓縮機是一種高速旋轉(zhuǎn)的設(shè)備。

葉輪中制冷劑氣體的流動速度三角形如圖1所示。

假設(shè)葉輪有無限多個葉片，同慣性離心力相比，重力可忽略，流經(jīng)葉輪的流量Q、葉輪的角速度X及轉(zhuǎn)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(chǎn)生喘振的機理：

小流量時會在擴壓器中產(chǎn)生渦流和邊界層分離現(xiàn)象，因此，喘振現(xiàn)象會發(fā)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(fā)生沖擊。沖擊嚴(yán)重時就會產(chǎn)生渦流，渦流區(qū)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(nèi)氣體的流動來自葉輪對氣流作功所轉(zhuǎn)變成的動能。邊界層內(nèi)氣流流動主要靠主流中傳遞來的動能，邊界層內(nèi)氣體流動時，要克服壁面的摩擦力，小流量時由于v2 的數(shù)值沿流道方向減小，壓力增大，主流的動能也不斷減小，當(dāng)流道內(nèi)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(xù)前進時，邊界層的氣流就停滯下來，進而產(chǎn)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(jīng)過一段時間后壓縮機的流量增大，壓縮機又恢復(fù)正常。但由于外界的負荷小，蒸發(fā)量不夠，制冷劑流量又慢慢減小，再次使蝸殼中的氣體產(chǎn)生倒流。如此周期性地反復(fù)就產(chǎn)生了喘振。

大流量時產(chǎn)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(diào)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(qū)域內(nèi)，QA 點的附近是最佳工作區(qū)。高于實際揚程線的外部區(qū)域就是喘振區(qū)域。

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(fā)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(qū)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(tǒng)中有不凝性氣體、換熱管結(jié)垢等現(xiàn)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(fā)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(xiàn)象發(fā)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(nèi)，機組就可以平穩(wěn)運行；超過了實際揚程線，機組就會發(fā)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(fā)器中。降低冷凝器的壓力并提高蒸發(fā)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(xiàn)把該型機組防喘振調(diào)試中認(rèn)為應(yīng)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(jiān)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(rèn)是25%，也可以通過控制面板LID設(shè)定)達1s，控制系統(tǒng)就會記下一次喘振。如果在設(shè)定時間段內(nèi)( 默認(rèn)是5 min) 這樣的波動達到12次，控制系統(tǒng)就認(rèn)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(dāng)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。

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(tǒng)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(jīng)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。