常 軒，姚松勤，常 鑫

（1.國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇 蘇州 215000；2.杭州和利時自動化有限公司，浙江 杭州 310018）

1 壓縮機(jī)喘振機(jī)理分析

造成壓縮機(jī)喘振有兩方面原因，從內(nèi)部來說，葉柵出現(xiàn)強(qiáng)烈突變性旋轉(zhuǎn)失速。從外部來說，由于壓縮機(jī)總是與管網(wǎng)一起聯(lián)合工作，高爐送風(fēng)系統(tǒng)除了壓縮機(jī)之外，還有管道中的各種閥門，在長達(dá)數(shù)百米的送風(fēng)管道中，任意一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)異常，將會使管網(wǎng)容量和管路特性發(fā)生改變，繼而產(chǎn)生對壓縮機(jī)組的影響。另外，高溫爐特別是小型高溫爐的爐內(nèi)工況瞬息萬變，當(dāng)高溫爐運(yùn)行異常時，如出現(xiàn)“懸料”“塌料”等情況時，風(fēng)量無法順暢地穿透高溫爐料層，導(dǎo)致風(fēng)壓的快速變化，當(dāng)管網(wǎng)中的氣體壓力大于鼓風(fēng)機(jī)出口壓力時，管網(wǎng)中的氣體將倒流鼓風(fēng)機(jī)，這種狀況若持續(xù)反復(fù)發(fā)生，就引發(fā)壓縮機(jī)喘振[1-3]。壓縮機(jī)喘振的原因外因多于內(nèi)因，因此，壓縮機(jī)防喘振設(shè)計(jì)除了保護(hù)自身設(shè)備外，更要兼顧為高溫爐提供可靠的生產(chǎn)服務(wù)，當(dāng)工況發(fā)生異常時，希望通過防喘調(diào)節(jié)回路能將工況拉回正常工作范圍，避免喘振機(jī)理的進(jìn)一步擴(kuò)大，而當(dāng)發(fā)生高溫爐側(cè)發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的異常情況時，壓縮機(jī)組能及時停機(jī)避免壓縮機(jī)的毀損?？梢?，壓縮機(jī)喘振問題阻礙了壓縮機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展，因此，壓縮機(jī)喘振控制研究有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 壓縮機(jī)喘振技術(shù)分解

壓縮機(jī)的主要用途是將系統(tǒng)中氣體工質(zhì)的壓力提高。一般情況下，壓縮機(jī)有一定的流量工作范圍，當(dāng)流量降低到一定程度時，壓縮機(jī)出口壓力增大，會引起倒流現(xiàn)象[4]。該現(xiàn)象的發(fā)生將導(dǎo)致壓縮機(jī)喘振，從而影響壓縮系統(tǒng)的安全和可靠性。常規(guī)的防喘振控制技術(shù)的技術(shù)分解圖如圖1 所示。

3 壓縮機(jī)防喘振技術(shù)改進(jìn)方案一

防喘振結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案，如圖2 所示：蝸殼的進(jìn)口處安裝一彎扭預(yù)旋裝置，彎扭預(yù)旋裝置包括圓環(huán)形結(jié)構(gòu)和其內(nèi)側(cè)均勻設(shè)置的多個葉型結(jié)構(gòu)，葉型結(jié)構(gòu)在葉輪的徑向方向靠近葉頂?shù)膹较蚋叨葹檎A(yù)旋結(jié)構(gòu)，在葉輪徑向方向靠近葉根的徑向高度為負(fù)預(yù)旋結(jié)構(gòu)（與葉輪的旋轉(zhuǎn)方向相同認(rèn)定為正預(yù)旋、與葉輪的旋轉(zhuǎn)方向相反認(rèn)定為負(fù)預(yù)旋）。圓環(huán)形結(jié)構(gòu)上設(shè)有若干安裝孔，彎扭預(yù)旋裝置通過螺栓安裝在壓氣機(jī)機(jī)匣處進(jìn)口平面上。圓環(huán)形結(jié)構(gòu)和葉型結(jié)構(gòu)為一體成型。在徑向高度方向，葉型結(jié)構(gòu)的正、負(fù)預(yù)旋幾何角度大小及正負(fù)預(yù)旋的分配比例可以根據(jù)不同增壓器的設(shè)計(jì)需求進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。由正預(yù)旋向負(fù)預(yù)旋的過渡要盡量均勻地平滑過渡，以免增大氣流在轉(zhuǎn)折區(qū)的流動損失。在不同徑向方向上沿流向方向的葉片幾何角的分布可以根據(jù)不同需求進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)。

防喘振結(jié)構(gòu)改進(jìn)優(yōu)點(diǎn)：小流量工況下，壓氣機(jī)的不穩(wěn)定主要是由于葉頂?shù)姆蛛x及回流造成的，靠近葉頂處采用正預(yù)旋，可以有效地抑制葉頂處的回流區(qū)域和強(qiáng)度，提高壓氣機(jī)的穩(wěn)定性。大流量工況下，壓氣機(jī)的阻塞主要是由于流道氣流達(dá)到聲速造成的，在葉根處采用負(fù)預(yù)旋可以降低流道中的馬赫數(shù)，增大流道的阻塞流量。

4 壓縮機(jī)防喘振技術(shù)改進(jìn)方案二

如圖3 所示的防喘振結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案：機(jī)匣包括進(jìn)氣殼體和葉輪，葉輪通過轉(zhuǎn)動軸可轉(zhuǎn)動固定在進(jìn)氣殼體內(nèi)的中心軸線上，葉輪前緣的前側(cè)方相對進(jìn)氣殼體的側(cè)壁上固設(shè)一環(huán)形分流槽，環(huán)形分流槽朝向該進(jìn)氣殼體內(nèi)部開口。分隔圈呈筒狀，固定在進(jìn)氣殼體的內(nèi)側(cè)壁上，并位于環(huán)形分流槽的開口部位，分隔圈的前端固定在環(huán)形分流槽的前側(cè)，且分隔圈的軸向長度不大于環(huán)形分流槽開口在該方向上的長度，空氣由進(jìn)氣殼體前端進(jìn)入，主流空氣由葉輪增壓輸出，在葉輪增壓過程中葉尖方向產(chǎn)生的倒流或回流氣體則由進(jìn)氣殼體的側(cè)壁進(jìn)入環(huán)形分流槽內(nèi)，在環(huán)形分流槽內(nèi)回旋流出，改善了壓氣機(jī)喘振。環(huán)形分流槽包括相互連通的環(huán)形傾斜槽和環(huán)形平行槽，環(huán)形傾斜槽的后端為環(huán)形分流槽的后端，環(huán)形傾斜槽的前端朝向進(jìn)氣殼體外側(cè)傾斜，環(huán)形平行槽與進(jìn)氣殼體的側(cè)壁同軸心，環(huán)形平行槽的后端與環(huán)形傾斜槽連通，前端沿進(jìn)氣殼體的軸線方向延伸，使得回流或倒流的機(jī)匣處理內(nèi)的流動氣體能更加順暢地進(jìn)入環(huán)形分流槽內(nèi)。

防喘振結(jié)構(gòu)改進(jìn)優(yōu)點(diǎn)：改善壓氣機(jī)喘振的機(jī)匣處理裝置，采用一分隔圈將主流與機(jī)匣處理內(nèi)流自動分開，并將后一流動引向葉尖方向和軸向入流方向，從而減少了主流與機(jī)匣處理內(nèi)流的摻混損失，更為有效地壓制由葉尖區(qū)產(chǎn)生的倒流或回流，從而改善喘振。

5 壓縮機(jī)防喘振技術(shù)改進(jìn)方案三

如圖4 所示的防喘振結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案：離心式壓縮機(jī)的防喘振機(jī)構(gòu)采用了驅(qū)動馬達(dá)、驅(qū)動環(huán)、連桿機(jī)構(gòu)和滑環(huán)，其中驅(qū)動馬達(dá)安裝在離心式壓縮機(jī)殼體上，驅(qū)動馬達(dá)的驅(qū)動軸伸進(jìn)離心式壓縮機(jī)內(nèi)與驅(qū)動環(huán)通過聯(lián)軸器連接，驅(qū)動環(huán)和連桿機(jī)構(gòu)通過球鉸連接，連桿機(jī)構(gòu)通過球鉸再與滑環(huán)連接，滑環(huán)橫向伸進(jìn)壓縮機(jī)葉輪出口的固定擴(kuò)壓器中，通過驅(qū)動馬達(dá)帶動驅(qū)動環(huán)旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動環(huán)通過連桿機(jī)構(gòu)推動滑環(huán)在固定擴(kuò)壓器中橫向移動，使葉輪出口的固定擴(kuò)壓器的中部形成部分節(jié)流區(qū)域，節(jié)流區(qū)域?yàn)楣潭〝U(kuò)壓器寬度的60%～100%。

防喘振結(jié)構(gòu)改進(jìn)優(yōu)點(diǎn)：可以在離心式制冷機(jī)組的部分負(fù)荷即小流量、高壓比的情況下，有效防止機(jī)組喘振，提高機(jī)組的運(yùn)行范圍，使機(jī)組在部分負(fù)荷下的耗功降低，提高葉輪出口背壓，達(dá)到預(yù)防喘振的目的。