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生喘振(surge) 故障，喘振發生時機身會產生強烈的振動，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，喘振在運行中應該努力避免。

喘振產生的機理：

離心式制冷壓縮機的基本工作原理：利用高速旋轉的葉輪將能量傳遞給流道中連續流動的制冷劑氣體，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)轉變為壓力能，完成壓縮過程，因此，離心式制冷壓縮機是一種高速旋轉的設備。

葉輪中制冷劑氣體的流動速度三角形如圖1所示。

假設葉輪有無限多個葉片，同慣性離心力相比，重力可忽略，流經葉輪的流量Q、葉輪的角速度X及轉速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。

小流量時產生喘振的機理：

小流量時會在擴壓器中產生渦流和邊界層分離現象，因此，喘振現象會發生在小負荷、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生沖擊。沖擊嚴重時就會產生渦流，渦流區中氣體的流動受阻，使壓縮機的排氣壓力突然下降。

同時，擴壓器流道內氣體的流動來自葉輪對氣流作功所轉變成的動能。邊界層內氣流流動主要靠主流中傳遞來的動能，邊界層內氣體流動時，要克服壁面的摩擦力，小流量時由于v2 的數值沿流道方向減小，壓力增大，主流的動能也不斷減小，當流道內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前進時，邊界層的氣流就停滯下來，進而產生旋渦和倒流，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，經過一段時間后壓縮機的流量增大，壓縮機又恢復正常。但由于外界的負荷小，蒸發量不夠，制冷劑流量又慢慢減小，再次使蝸殼中的氣體產生倒流。如此周期性地反復就產生了喘振。

大流量時產生喘振的機理：

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 區域內，QA 點的附近是最佳工作區。高于實際揚程線的外部區域就是喘振區域。

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、制冷系統中有不凝性氣體、換熱管結垢等現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，喘振現象發生。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，機組就可以平穩運行；超過了實際揚程線，機組就會發生喘振。

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器中。降低冷凝器的壓力并提高蒸發器的壓力，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。現把該型機組防喘振調試中認為應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(默認是25%，也可以通過控制面板LID設定)達1s，控制系統就會記下一次喘振。如果在設定時間段內( 默認是5 min) 這樣的波動達到12次，控制系統就認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。