离心式压缩机性能及调节技巧

（一）离心式压缩机的性能

反映压缩机性能的主要参数有：进气流量（Q）、排气压力（P）、功率（N）和效率（η）等。压缩机的性能曲线包括：压力-流量曲线、功率-流量曲线和效率-流量曲线，如图3-3所示。

从图3-3压缩机性能曲线上可以得出下列结论：

1）在一定的转速下，压缩机的压缩比同流量成反比。随着流量的减少，压缩机能够提供的压缩比将增大。在最小流量时，压缩比达到最大。反过来说，如果压缩机的背压有所降低的话，其流量也将增大。

2）在一定的转速下，当流量为某一定的值时，压缩机的效率达到最高值，当流量大于或小于此值时，效率都将下降，一般常以此流量的工况点为设计工况点。

3）离心式压缩机有最大流量和最小流量两个极限流量；当然排出压力也有最大值和最小值。当压缩机的流量小于最小流量时，压缩机将会发生喘振现象；大于最大流量时，压缩机气路将会发生堵塞。两者都是压缩机运行时应该避开的危险工况区。在喘振流量和堵塞流量之间是压缩机的稳定工作区，该区域的大小，是衡量压缩机性能的一个重要指标。

图3-3 离心式压缩机的性能曲线

（二）离心式压缩机的性能调节

大多数离心式压缩机（特别是制氧行业的空气压缩机、送往用户的氧气、氮气压缩机等）在实际运行时都是在一定工况范围内工作，仅在一个工况点运行的情况较少。所以，除提高设计点的效率之外，提高离心式压缩机的调节性能也是节约能源的有效途径之一。

1.离心式压缩机的调节方式

常用的调节方法有进出口节流、可调进口导叶调节、可调叶片扩压器调节和变转速调节等。其中变转速调节方法效率较高，但在空气分离压缩机行业基本上不采用，主要原因是这种方法要求驱动机必须是可调速的。这里主要说一下可调进口导叶调节及进、出口节流调节方式。

（1）可转进口导叶（简称VIGV）调节 是通过改变叶轮进口导叶的安装角从而改变气流的调节方法。这种方法相对来说比较简单，可以在不停车的条件下进行调节，利用伺服机构还可实现自动化，因此具有广阔的应用前景与研究价值。

（2）进口节流调节 即在压缩机进口管上安装调节阀，通过入口调节阀来调节进气压力。进气压力的降低直接影响到压缩机排气压力，使压缩机性能曲线下移，所以进口调节的结果实际上是改变了压缩机的性能曲线，达到调节流量的目的。和出口节流法相比，进口节流调节的经济性较好。据有关资料介绍，对某压缩机进行测试表明：在流量变化为60%～80%的范围内，进口节流比出口节流节省功率约为4%～5%。所以这是一种比较简单而常用的调节方法，但也还是存在一定的节流损失以及工况改变后对压缩机本身效率的一些影响。进口节流法还有个优点就是：关小进口阀，会使压缩机性能曲线向小流量区移动，因而可使压缩机在更小的流量工况下工作，不易造成喘振。

（3）出口节流调节 即在压缩机出口安装调节阀，通过调节调节阀的开度，来改变管路性能曲线，改变压缩机的工作点，进行流量调节。出口节流的调节方法是人为地增加出口阻力来调节流量，是不经济的方法。尤其当压缩机性能曲线较陡而且调节的流量（或者压力）又较大时，这种调节方法的缺点更为突出。目前除了风机及小型鼓风机使用外，压缩机很少采用这种调节方法。离心式压缩机常用的调节方法见表3-1。

表3-1 离心式压缩机常用的调节方法

（续）

2.离心式压缩机的调节和防喘振

离心式压缩机的工况点都表现在其特性曲线上，而且压力与流量是一一对应的。但究竟将稳定在哪一工况点工作，则要与压缩机的管网系统联合决定。压缩机在一定的管网状态下有一定的稳定工况点，而当管网状态改变，压缩机的工况也将随之改变。

（1）管网性能曲线 所谓管网，一般是指与压缩机连接的进气管路、排气管路以及这些管路上的附件及设备的总称。但对离心式压缩机来说，管网只是指压缩机后面的管路及全部装置。排气管上有调整阀。

管网端压与进气量的关系曲线，称为管网性能曲线。管网性能曲线实际上相当于管网的阻力曲线。此曲线的形状与容器的压力及气体通过管路的阻力有关。当气体从压缩机到容器的管网很短、阀全开，因而阻力损失很小时，管网性能性曲线几乎是一水平线；当管路很长或阀关小时，阻力损失增大，管网性能曲线的斜率增加，阀开度越小，曲线变得越陡；如果容器中压力下降，则管网性能曲线将向下平移。可见管网的性能曲线是随管网的压力和阻力的变化而变化的。(www.xing528.com)

（2）离心压缩机的工作点 当离心压缩机向管网中输送气体时，如果气体流量和排出压力都相当稳定（即波动甚小），这就表明压缩机和管网的性能协调，处于稳定操作状态。这个稳定工作点具有两个条件：一是压缩机的排气量等于管网的进气量；二是压缩机提供的排压等于管网需要的端压。所以这个稳定工作点一定是压缩机性能曲线和管网性能曲线的交点，因为这个交点符合上述两个相关条件。

（3）工况类型

1）最大流量工况。当压缩机流量达到最大时的工况为最大流量工况。造成这种工况有两种可能：一是级中流道中某喉部处气流达到临界状态，这时气体的容积流量已是最大值，任凭压缩机背压再降低，流量也不可能再增加，这种情况称为“阻塞”工况；另一种情况是流道内并未达到临界状态，即尚未出现“阻塞”工况，但压缩机在偌大的流量下，机内流动损失很大，所能提供的排气压力很小，几乎接近零，仅够用来克服排气管的流动阻力以维持这样大的流量，这也是压缩机的最大流量工况。

2）喘振工况。离心压缩机最小流量时的工况为喘振工况。离心压缩机运行中，负荷减小到某一值时，气体排出流量减小并倒流，造成压缩机剧烈震动的现象，成为喘振现象，又称飞动。防喘振的原理就是针对着引起喘振的原因，在喘振将要发生时，立即设法把压缩机的流量加大。

①喘振的原因：

a.内因：叶轮结构和介质特性造成一定的工作特性。

b.外因：流量减小或被压缩气体介质的特性变化。

②喘振的影响：

a.流量不稳定，出现周期性的脉动流量。

b.使压缩机设备损坏。

c.使相应管网设备损坏。

③离心压缩机串并联时的防喘振控制：

a.当一台压缩机的出口压力不够时，采用两台或两台以上的压缩机串联运行。

b.各个压缩机单独设置各自的旁路阀。

c.设置一个旁路阀，从第二级出口到第一级入口间设置旁路阀。

d.采用低选器选择两个控制器中的低值信号送旁路阀。

④实施离心压缩机串并联运行时的注意事项：

a.尽量不要采用压缩机的串并联运行。

b.串联运行时，后级的管网容量小，易发生喘振。

c.并联运行时，两台压缩机应尽量特性一致，防止因负荷不均匀而引起某一台压缩机喘振。

d.从安全角度出发，常选用低选器，相应的流量控制器常选用正作用控制器。

e.串并联运行增加控制的复杂性和工艺操作的复杂性。