離心式空氣壓縮機(jī)喘振故障分析與控制預(yù)防

                        離心式空氣壓縮機(jī)喘振故障分析與控制預(yù)防
                鐘瑞明
                           (凡口鉛鋅礦,　廣東韶關(guān)市　512325)

    摘　要:主要介紹英格索蘭離心式空壓機(jī)喘振的形成及表現(xiàn)形式,分析指出喘振故障產(chǎn)生的主要原因有葉輪磨損或粘附物太多、擴(kuò)壓器腐蝕磨損、葉輪與擴(kuò)壓器之間的間隙變化、空氣冷卻器和水汽分離器(過濾器)變臟、空壓機(jī)進(jìn)氣口空氣溫度變化、空壓機(jī)進(jìn)氣口箱式進(jìn)氣過濾器變臟等,并針對(duì)以上原因提出了相應(yīng)的控制和預(yù)防措施。
    關(guān)鍵詞:離心式空壓機(jī);喘振;故障診斷;設(shè)備維護(hù)
    目前,凡口鉛鋅礦主要使用的高壓風(fēng)生產(chǎn)設(shè)備是由美國英格索蘭公司生產(chǎn)的三級(jí)壓縮離心式空氣壓縮機(jī)。其工作過程中,在一定的工況條件下,有一個(gè)設(shè)備危害現(xiàn)象———喘振,如何防止和控制喘振的產(chǎn)生,對(duì)于日常使用和維護(hù)是非常重要的。
    1　喘振的形成和表現(xiàn)形式
    喘振是離心式空壓機(jī)運(yùn)行在某一工況下產(chǎn)生的特有現(xiàn)象。當(dāng)進(jìn)入空壓機(jī)的空氣流量不能使空壓機(jī)產(chǎn)生足夠的壓力,以至于外部系統(tǒng)(外部管路)的壓力大于空壓機(jī)內(nèi)部的壓力,導(dǎo)致逆止閥關(guān)閉。這時(shí),空壓機(jī)沒有輸出,空氣在空壓機(jī)內(nèi)部積累,壓力不斷增加,直到積蓄的壓力大于外部系統(tǒng)的壓力時(shí),空壓機(jī)內(nèi)部壓力沖開逆止閥排出。氣體排出后由于沒有足夠的空氣使空壓機(jī)維持連續(xù)的輸出,空壓機(jī)內(nèi)部壓力下降,逆止閥關(guān)閉,空氣重新在空壓機(jī)內(nèi)部積累,直到積累的壓力足夠時(shí),再次排出,如此反復(fù),導(dǎo)致輸出的壓力和電機(jī)負(fù)荷劇烈波動(dòng)、逆止閥頻繁動(dòng)作,機(jī)器發(fā)出砰砰的聲音,這種現(xiàn)象就叫喘振。
    2　喘振故障分析
    離心式空壓機(jī)有一種喘振現(xiàn)象叫做自然喘振,是指壓力已經(jīng)達(dá)到空壓機(jī)可以壓縮的最大值時(shí)產(chǎn)生的喘振。這可以通過在使用過程中設(shè)定空壓機(jī)的卸載壓力小于標(biāo)定壓力來避免喘振。因此,本文分析的喘振故障不包含自然喘振。
    空壓機(jī)喘振本質(zhì)上是因?yàn)檫M(jìn)入空壓機(jī)的流量不足以使空壓機(jī)產(chǎn)生足夠的壓力,以至于外部系統(tǒng)(外部管路)的壓力大于空壓機(jī)內(nèi)部的壓力,因此,筆者認(rèn)為,產(chǎn)生喘振故障主要可以通過以下幾個(gè)方面來分析。
    (1)空壓機(jī)葉輪磨損或者粘附物太多。空壓機(jī)葉輪通過自身的曲線槽結(jié)構(gòu)和高速旋轉(zhuǎn)來增加空氣的壓力和速度,空壓機(jī)大概有2/3的壓力增加都是通過葉輪產(chǎn)生的。當(dāng)某一級(jí)葉輪磨損或粘附物太多時(shí),都會(huì)改變?nèi)~輪自身的曲線槽結(jié)構(gòu),降低葉輪增加空氣壓力和速度的能力。葉輪磨損越嚴(yán)重或粘附物越多,越容易導(dǎo)致空壓機(jī)產(chǎn)生喘振故障。
    (2)空壓機(jī)擴(kuò)壓器腐蝕磨損?？諝饨?jīng)過高速旋轉(zhuǎn)的葉輪產(chǎn)生高速高壓后,經(jīng)過靜態(tài)的擴(kuò)壓器時(shí),擴(kuò)壓器內(nèi)特殊設(shè)計(jì)的曲線腔壁能把空氣的流速降低,壓力再一次增加,一般約有1/3的壓力是在擴(kuò)壓器內(nèi)提高的。當(dāng)擴(kuò)壓器內(nèi)特殊設(shè)計(jì)的曲線腔壁腐蝕磨損比較嚴(yán)重時(shí),高速的空氣經(jīng)過擴(kuò)壓器時(shí)就容易形成渦旋,進(jìn)氣量就會(huì)減少,無法提高空氣壓力,導(dǎo)致空壓機(jī)的輸出壓力降低,從而容易形成喘振。
    (3)葉輪與擴(kuò)壓器之間的間隙變化。英格索蘭離心式空壓機(jī)對(duì)葉輪與擴(kuò)壓器之間的間隙有著非常嚴(yán)格的要求。間隙過大會(huì)發(fā)生泄漏串氣,導(dǎo)致空氣流量減少;間隙過小,通過的空氣流量變小,同時(shí)在后端推力軸承磨損的情況下,容易發(fā)生葉輪與擴(kuò)壓器碰撞的設(shè)備事故。因此葉輪與擴(kuò)壓器之間的間隙過大和過小都會(huì)造成空氣流量變小,使空壓機(jī)無法提高輸出壓力,從而形成喘振故障。
    (4)空氣冷卻器和水汽分離器(過濾器)變臟。
    經(jīng)過壓縮后的空氣不但壓力和速度都增加,而且溫度也升高不少,因此每一級(jí)缸體內(nèi)都裝有空氣冷卻器和氣水分離器,氣體進(jìn)入下一級(jí)壓縮前都必須經(jīng)過冷卻器冷卻和過濾掉空氣中含有的水份。英格索蘭離心式空壓機(jī)設(shè)計(jì)采用的是內(nèi)置管殼式冷卻器,氣體經(jīng)壓縮后進(jìn)入內(nèi)置于每一級(jí)氣缸的冷卻器冷卻,被壓縮的氣體走密集布置的管程,冷卻水走殼程。而且管束內(nèi)設(shè)有網(wǎng)狀內(nèi)翅片,以增大散熱面積,使氣體經(jīng)過的管束置于流動(dòng)的冷卻水中達(dá)到冷卻壓縮氣體的目的,同時(shí),冷卻器后端裝有盤絲一樣的水汽分離器,使得通過冷卻器的雜質(zhì)要很小很小。而在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過程中,空氣中細(xì)小的灰塵以及空壓機(jī)本身磨損產(chǎn)生的微粒很容易粘附在冷卻器和水汽分離器內(nèi),造成冷卻器和水汽分離器的部分堵塞,導(dǎo)致空氣流量減少,空壓機(jī)輸出壓力不足,形成喘振現(xiàn)象;另一方面,當(dāng)冷卻水水質(zhì)變差或變臟時(shí),容易在冷卻器內(nèi)造成冷卻水堵塞,影響冷卻水流動(dòng),降低壓縮氣體冷卻效果,影響到空壓機(jī)的空氣容積率(一定質(zhì)量的空氣體積與溫度成正比,溫度越高,空氣密度降低,空壓機(jī)實(shí)際壓縮的空氣流量減少),導(dǎo)致空壓機(jī)輸出壓力不足,形成喘振現(xiàn)象。
    (5)空壓機(jī)進(jìn)氣口空氣溫度變化。英格索蘭空壓機(jī)設(shè)計(jì)上的壓縮量是指在25℃,一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的條件下的壓縮量,而實(shí)際上的空氣溫度是時(shí)常變化,不以人的意志而改變的。同樣道理,根據(jù)氣體狀態(tài)方程P1V1/T1=P2V2/T2可知,恒壓的條件下,在溫度升高時(shí),空氣密度降低,空壓機(jī)實(shí)際壓縮的空氣流量減少,導(dǎo)致空壓機(jī)輸出壓力不足,形成喘振現(xiàn)象。實(shí)際使用過程中,夏季比冬季更容易發(fā)生喘振現(xiàn)象就可以說明這個(gè)原因。
    (6)空壓機(jī)進(jìn)氣口箱式進(jìn)氣過濾器變臟。英格索蘭空壓機(jī)采用的是二級(jí)板式進(jìn)氣過濾器,允許通過的雜質(zhì)在2μm以內(nèi)。因此,空氣中的灰塵雜質(zhì)很容易吸附到過濾器里,造成過濾器部分堵塞,導(dǎo)致空壓機(jī)進(jìn)氣量減少,引起空壓機(jī)輸出壓力不足,形成喘振故障。
    3　喘振故障的控制和預(yù)防
    3. 1　喘振的控制
    為了控制和預(yù)防喘振的發(fā)生,英格索蘭的離心式空壓機(jī)設(shè)計(jì)了節(jié)流極限(TL)。即當(dāng)進(jìn)氣閥關(guān)小,馬達(dá)電流也會(huì)下降,進(jìn)氣閥關(guān)小至喘振發(fā)生時(shí),這時(shí)的馬達(dá)電流叫做節(jié)流極限。
    TL值設(shè)定后,空壓機(jī)運(yùn)行到TL值時(shí),進(jìn)氣閥自動(dòng)調(diào)整到一定角度,同時(shí)旁通閥自動(dòng)打開,通過釋放一部分壓縮空氣到大氣,使空壓機(jī)得到維持連續(xù)流動(dòng)的空氣流量,就可以控制空壓機(jī)不發(fā)生喘振。這個(gè)過程是由機(jī)器的控制系統(tǒng)———中央微處理器(CMC)來完成的。由于各種原因,CMC不可能萬無一失。當(dāng)操作者聽到空壓機(jī)發(fā)出砰砰的響聲時(shí),可以判斷空壓機(jī)正在發(fā)生喘振。這時(shí)應(yīng)立即手動(dòng)卸載空壓機(jī),否則機(jī)器將被損壞。
    3. 2　喘振的預(yù)防
    喘振的控制方式降低了空壓機(jī)的設(shè)定壓力,會(huì)使空壓機(jī)產(chǎn)生的壓力達(dá)不到用戶所需系統(tǒng)壓力,而且TL值受空氣溫度、設(shè)定壓力、系統(tǒng)負(fù)荷變化等因素的影響較大。當(dāng)這些因素變化時(shí),先前設(shè)定的TL值就有可能失效,喘振仍有可能會(huì)發(fā)生。同時(shí)當(dāng)以上喘振故障分析的原因影響很大時(shí),也會(huì)引發(fā)喘振的發(fā)生。因此,在實(shí)際使用過程中,必須對(duì)以上喘振故障的原因有針對(duì)性的加以預(yù)防。
    (1)空壓機(jī)葉輪磨損或粘附物太多。英格索蘭空壓機(jī)的葉輪是用高質(zhì)量15-5PH不銹鋼加工而成,除非后端推力軸承磨損導(dǎo)致葉輪與擴(kuò)壓器碰撞而產(chǎn)生磨損,通常葉輪很少發(fā)生磨損或腐蝕現(xiàn)象。一旦發(fā)生這種情況,因?yàn)槿~輪是高速旋轉(zhuǎn)的,必須通過專業(yè)部門修復(fù),并做動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)決定是否可再用。而粘附物跟使用環(huán)境有密切的關(guān)系,所以必須根據(jù)使用環(huán)境定期對(duì)葉輪上的粘附物進(jìn)行清理。
    (2)空壓機(jī)擴(kuò)壓器腐蝕磨損。擴(kuò)壓器因?yàn)榻佑|的是高溫、高濕度的壓縮空氣,而且擴(kuò)壓器材質(zhì)也一般,所以很容易發(fā)生被腐蝕和磨損。因此,必須定期檢查擴(kuò)壓器,發(fā)現(xiàn)有腐蝕磨損現(xiàn)象時(shí),及時(shí)進(jìn)行修復(fù)和防腐蝕處理。當(dāng)擴(kuò)壓器腐蝕磨損嚴(yán)重時(shí),必須及時(shí)更換新的擴(kuò)壓器。
    (3)葉輪與擴(kuò)壓器之間的間隙變化。葉輪與擴(kuò)壓器之間的間隙是一項(xiàng)要求非常嚴(yán)格的技術(shù)參數(shù),對(duì)空壓機(jī)的性能起著非常重要的作用。一般情況下,葉輪與擴(kuò)壓器之間的間隙不會(huì)發(fā)生變化,只有當(dāng)后端推力軸承磨損或擴(kuò)壓器腐蝕磨損時(shí)才會(huì)發(fā)生。因此,要求每年都對(duì)間隙進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)因后端推力軸承磨損而導(dǎo)致變化的,可以通過后端的墊片進(jìn)行調(diào)整,使間隙達(dá)到規(guī)定的數(shù)值范圍內(nèi)。如果是因擴(kuò)壓器腐蝕磨損,可以對(duì)擴(kuò)壓器進(jìn)行修復(fù),但如果擴(kuò)壓器腐蝕磨損嚴(yán)重,則必須更換擴(kuò)壓器來達(dá)到保持間隙要求。
    (4)空壓機(jī)的冷卻器和水汽分離器變臟、空壓機(jī)進(jìn)氣口箱式過濾器變臟。這幾個(gè)部件變臟都將導(dǎo)致空壓機(jī)氣路的部分堵塞?？諌簷C(jī)的冷卻器和水汽分離器因結(jié)構(gòu)復(fù)雜,清潔非常困難。英格索蘭公司專門配有一種清洗溶液,把冷卻器放到溶液里浸泡12 h,可以達(dá)到清潔的目的。水汽分離器清潔無需特別設(shè)施,只要認(rèn)真逐層清潔即可。而箱式過濾器由于安裝在空壓機(jī)進(jìn)氣口,方便檢查和拆裝,可以定期檢查,發(fā)現(xiàn)變臟及時(shí)拆除進(jìn)行清洗。至于冷卻水,可通過空壓機(jī)外部水路加裝過濾器,或者使用干凈的水源進(jìn)行空壓機(jī)的冷卻,可以防止冷卻水水路堵塞。
    (5)空壓機(jī)入口空氣溫度變化?？諝鉁囟入S著季節(jié)變化而變化,只有采取適當(dāng)措施減少溫度變化幅度,如將空壓機(jī)安裝在室內(nèi)、加高房頂和增加室內(nèi)空間等。如采取以上措施還會(huì)發(fā)現(xiàn)喘振,只有適當(dāng)降低排氣壓力來控制喘振的發(fā)生。
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作者簡介:鐘瑞明(1983-),男,江西瑞金人,助理工程師,從事礦山機(jī)械設(shè)備管理工作,Emai:l read0797@ sohu. com。