+86-18717807449
-
-
-
WhatsApp
Центробежные компрессоры | Анализ и защита от помпажа в центробежном компрессоре Atlas Copco ZH
2026-01-30
Помпаж является одним из наиболее серьезных нестабильных режимов работы центробежных компрессоров. При отсутствии эффективного контроля он может привести к серьезным повреждениям агрегата. В данной работе в качестве объекта исследования выбран центробежный компрессор серии Atlas Copco ZH, рассмотрен механизм, типичные характеристики и опасности помпажа, а также проанализирована логика защиты от помпажа и предиктивного управления данной модели.
На основе этого обобщены возможные неисправности защиты от помпажа и системы прогнозирования, а также предложены соответствующие методы диагностики и устранения неисправностей. Результаты могут служить ориентиром для эксплуатации, технического обслуживания и устранения неисправностей центробежных компрессоров.
Центробежные компрессоры широко используются в системах воздушного компрессора благодаря их высокой эффективности и большим расходам. В отличие от объемных компрессоров, центробежные компрессоры более чувствительны к колебаниям рабочих условий, среди которых помпаж является одним из наиболее опасных режимов работы. Скачкообразное движение воздуха не только вызывает обратный поток воздуха и резкое снижение производительности устройства, но также может серьезно повредить механические компоненты.
Промышленные многоступенчатые центробежные компрессоры серии Atlas Copco ZH, типичные для промышленного применения, оснащены комплексным механизмом защиты и прогнозирования помпажа в системе управления. Тщательное понимание механизма помпажа и логики защиты имеет решающее значение для обеспечения стабильной работы агрегата.
2. Механизм и характеристики помпажа
2.1 Определение помпажа
Помпаж возникает при кратковременном обратном потоке воздуха внутри компрессора. При заданном расходе на входе компрессор не может нормально выдавать давление (он не может преодолеть давление в системе). В это время компрессор не может поддерживать стабильное состояние потока, что проявляется в:
а) Периодических колебаниях выходного давления с большой амплитудой;
б) Сопровождении аномальных низкочастотных звуков;
в) Возвратно-поступательных колебаниях газа между ступенями.
Типичный диапазон частоты импульса помпажа составляет от 1/4 до 5 секунд за цикл.
2.2 Опасности помпажа
Помпаж чрезвычайно разрушителен, в первую очередь, он включает в себя:
а) Увеличение высокоскоростной вибрации вала, приводящее к повреждению подшипников;
b) Периодические удары по рабочему колесу, при этом длительные скачки давления приводят к трещинам или даже поломке;
c) Сильные колебания тока двигателя, влияющие на электрическую систему;
d) Повышение температуры входящего воздуха на каждой ступени, увеличивающее тепловую нагрузку агрегата.
3. Логика защиты от скачков давления Atlas Copco ZH
3.1 Защита от скачков давления
Модель ZH отслеживает сигнал выходного давления в режиме реального времени с помощью системы ПЛК. При обнаружении типичных характеристик колебаний давления определяется, что компрессор перешел в состояние скачка давления. Логика защиты немедленно запускает разгрузку или остановку для предотвращения дальнейших повреждений. Параметры slope– и slope+ используются для определения диапазона обнаружения колебаний давления.
3.2 Прогнозирование/контроль скачков давления
Для предотвращения попадания компрессора в зону скачков давления в компрессорах серии ZH в системе управления предусмотрена «Линия контроля скачков давления». ПЛК объединяет сигналы, такие как расход, перепад давления и открытие входного направляющего лопастного клапана (IGV), для определения рабочего состояния. Когда рабочая точка приближается к линии контроля, система предварительно открывает вентиляционный клапан (BOV) для сброса части давления, тем самым поддерживая рабочую точку агрегата в безопасном диапазоне.
4 Диагностика неисправностей защиты от скачков давления
4.1 Ложный скачок давления (ложное срабатывание)
В определенных условиях эксплуатации защита от скачков давления может работать со сбоем, то есть агрегат не испытывает скачков давления, но система управления ошибочно интерпретирует их как скачки и выполняет разгрузку или остановку. Типичные причины включают:
1. Слишком чувствительная настройка параметров защиты (склон-, наклон+ слишком низкие);
2. Шум или неисправность сигнала датчика выходного давления;
3. Неточные настройки теста на скачки давления. Основные критерии оценки: отсутствие аномального шума от агрегата и отсутствие значительного повышения температуры на входе во вторичную и третичную системы.
4.2 Фактический скачок давления
Когда компрессор фактически испытывает скачок давления, его характеристики следующие:
а) Издается низкочастотный «гулкий» звук, который усиливается по мере ухудшения скачка давления;
б) Уровень вибрации первой, второй и третьей ступеней значительно возрастает;
в) Температура на входе второй и третьей ступеней повышается;
г) Давление на выходе демонстрирует типичные периодические колебания.
К факторам, вызывающим скачок давления, относятся:
Засорение воздушного фильтра, приводящее к недостаточному притоку воздуха;
Неправильное открытие входного направляющего клапана;
Загрязнение или образование накипи в рабочем колесе, сужающее поток;
Засорение воздушной стороны охладителя, увеличивающее сопротивление;
Неполное открытие выходного клапана, приводящее к чрезмерно высокому противодавлению в системе;
Неисправность предохранительного клапана (BOV), неспособность сбросить давление при низкой нагрузке.
5. Диагностика неисправностей системы прогнозирования помпажа
5.1 Неисправность системы прогнозирования
Явление заключается в следующем: агрегат работает нормально, давление на выходе ниже заданного значения, направляющий клапан не достиг минимального открытия, но вентиляционный клапан открывается преждевременно.
Возможные причины:
а. Параметр прогнозирования помпажа установлен слишком низко;
б. Неисправен датчик перепада расхода или перепада давления.
6. Обсуждение
Логика защиты от помпажа и прогнозирования в компрессорах серии Atlas Copco ZH имеет иерархическую структуру: прогнозирование имеет приоритет, а защита — резервный вариант. В большинстве случаев прогнозирование эффективно предотвращает помпажи. Однако из-за таких факторов, как настройки параметров, состояние датчиков и сопротивление системы, иногда возникают неисправности.
Поэтому при обработке помпажа полевые операторы должны учитывать физические явления (звук, вибрация, температура, колебания давления) для принятия решения, а не полагаться исключительно на сигналы ПЛК. Кроме того, настройка параметров защиты от помпажа и прогнозирования должна быть выполнена путем тестирования под руководством производителя; Пользователям не следует произвольно изменять их во избежание сбоев или неисправностей в работе защиты.