| 改變機組的參數(shù)，目的是降低汽輪機的耗汽量。改變機組的工況必須保證機組運行在穩(wěn)定工作區(qū)內(nèi)，最好在改變機組運行工況的同時增大機組的安全工作區(qū)。所謂機組的安全工作區(qū)即壓縮機性能曲線上的喘震工況與堵塞工況之間的區(qū)域。而實際的安全工作區(qū)是防喘震線到防堵塞線之間的區(qū)域。當壓縮機在低流量區(qū)域運行時有兩種危險工況，即“旋轉(zhuǎn)失速”和“喘震”，如圖1所示。圖中，1、2、3、4為壓縮機某一級葉輪的四片葉片，其氣流沖角為I、轉(zhuǎn)速為U；Fn為葉柵入口面積，m2；u為機組旋轉(zhuǎn)圓周速度，m/s；ωt為相對坐標旋轉(zhuǎn)角速度，rad/s。
圖1 葉柵入口速度圖
當壓縮機入口流量Q減少、沖角增大到一定程度時，沿葉片的非工作面將發(fā)生氣流脫離現(xiàn)象。由于實際葉柵中各葉片的幾何參數(shù)、工作條件不會完全相同，實際流動的氣流也非完全軸對稱。因此，這種氣流脫離現(xiàn)象并非同時產(chǎn)生于所有的葉片槽道中，而是在某一個或某幾個葉柵中產(chǎn)生。假設(shè)氣體繞流葉柵時3號葉片首先失速，由于其葉柵槽道堵塞，流向葉片2上的氣流沖角增大，致使此葉片非工作面失速。而流向4號葉片上的氣流沖角減小，因此4號葉片不會失速。3號葉片葉背上失速的結(jié)果使槽道的有關(guān)寬度減小，流量減少，迫使流向葉片3的氣流向相鄰兩側(cè)的葉片2和4流動，從而進一步增大葉片2 的氣流沖角，減小3號葉片的沖角，結(jié)果2號葉片的失速趨勢加劇，3號葉片的失速趨于緩和。從整體上觀察，相當于失速由3號葉片轉(zhuǎn)移到2號葉片。這種失速將沿著葉片的升力方向在葉柵中移動，即形成旋轉(zhuǎn)失速。失速可發(fā)生在一個葉片，也可發(fā)生在幾個葉片甚至十幾個葉片。失速區(qū)沿葉高旋轉(zhuǎn)分離的產(chǎn)生和不斷擴展，就有可能引起壓縮機的另一種不穩(wěn)定工況，即喘震。
由旋轉(zhuǎn)失速引起的流量變化達到壓縮機的流量最小值時，壓縮機和管路中全部氣體流量和壓力將周期性地低頻率、大振幅上下波動。這種氣流脈動一旦產(chǎn)生，整個壓縮機的連續(xù)穩(wěn)定流動將被徹底破壞，隨之而來是機組的震動和異音，即發(fā)生喘震。
流量小會引起旋轉(zhuǎn)失速和喘震，而當流量沿著等轉(zhuǎn)速線增大時速度在Z方向的分量C1Z增大，氣流相對速度W1的馬赫數(shù)MW1將隨之增大，流入工作輪葉柵的負沖角也增大。當流量接近壓縮機最大流量時，MW1有可能達到最大馬赫數(shù)。如圖2所示，此時工作葉輪葉柵進口最小截面Fmin上的平均氣流速度將達到音速WFmin=Am/s, MWFmin=1; Q=Qmax, 即發(fā)生“堵塞”。
圖2 工作葉輪葉柵進口“堵塞”特征圖
2.變工況對機組性能曲線的影響
(1)轉(zhuǎn)速改變對機組性能曲線的影響 對于汽輪機拖動的機組來說，利用改變汽輪機的轉(zhuǎn)速從而改變壓縮機的工作點，即改變壓縮機的工況，是容易做到的。改變汽輪機的轉(zhuǎn)速可以得到許多工況。根據(jù)有關(guān)文獻，有
 (1)
ε0＝σ［1＋（N0／N）（ε－1）］ (2)
η0＝（N0／N）η (3)
ε0－1≌N0／N（ε－1） (4)
式中 Q0——當轉(zhuǎn)速為N0時的流量，m3/s；
ε0——當轉(zhuǎn)速為N0時的壓比；
σ——壓比修正系數(shù)；
N——機組轉(zhuǎn)速，r/min；
η0——當轉(zhuǎn)速為N0時的效率；
η——當轉(zhuǎn)速為N時的效率；
Q——當轉(zhuǎn)速為N時的流量，m3/s；
ε——當轉(zhuǎn)速為N時的壓比。
根據(jù)以上公式可知：當機組轉(zhuǎn)速降低時，流量減小，壓比也相應(yīng)減少，相當于p－Q曲線向左移動，使機組的穩(wěn)定工況區(qū)增大。圖3為不同轉(zhuǎn)速的p－Q曲線。因此采取降低機組轉(zhuǎn)速的方法來達到改變機組運行工況是安全、可行的。
圖3 機組不同轉(zhuǎn)速的p－Q曲線
1—5870r/min；2—6708r/min；3—7547r/min；4—8070r/min;5—8804r/min
(2)壓比改變對機組性能曲線的影響 壓比的改變除了改變轉(zhuǎn)速以外，還改變機組后部的工藝操作壓力。改變吸收塔的操作壓力相當于改變壓縮機出口壓力，達到改變壓比的目的。吸收塔的操作壓力直接影響干氣的質(zhì)量。在滿足工藝要求和產(chǎn)品質(zhì)量合格的前提下，降低吸收塔的壓力，可達到降低壓比的目的(見表2)。
煉油一分廠壓縮機共有6級，根據(jù)連續(xù)方程有
m=FρC1z=FρC2z=…=FρC6z (5)
式中 m——質(zhì)量流量，kg/s；
F——進氣面積，m2；
ρ——氣體密度，kg/m3。
由式(5)有
C1z/C6z＝F6ρ6/F1ρ1 (6)
Cz為絕對速度在Z方向上的分量，m/s。下標1～6代表壓縮機各級序號。
因為壓縮機各部件尺寸已定，所以有
F1/F6＝常數(shù) (7)
ρ1/ρ6＝常數(shù) (8)
Φ=Cz/u (9)
u1/u6＝r1/r6＝常數(shù) (10)
C1z/C6z=(pz/p1)1/n (11)
式中 Φ—流量系數(shù)；
u——圓周速度，m/s；
r——坐標系徑向坐標半徑，m；
p——壓力，Pa。
假設(shè)改變工況時多變指數(shù)n為常數(shù)，則把式(7)、(8)、(9)和(10)代入式(6)有
 (12)
由式(12)可知，當機組壓比p6／p1減小，Φ6／Φ1將增大，相當于I＜0 時I為氣流負沖角，進入工作葉輪葉柵的β角增大(如圖4)，使機組運行遠離“旋轉(zhuǎn)失速”區(qū)。
圖4 速度矢量圖
根據(jù)文獻［1］，為保證壓縮機有足夠的安全裕度，原設(shè)計喘震點壓比必須大于工作點壓比。
(ε*SURG－ε*0)/ε*0＝12%～17％ (13)
式中 ε*SURG——喘震點壓比；
ε*0——設(shè)計點壓比。
由式(13)有：當工作點壓比降低時比值將增大。由表2可知，實際工作點壓比比原工作點壓比降低了2.7。由此證明降低壓縮機的壓比會加大機組的穩(wěn)定工作區(qū)。
(3)溫度改變對機組性能曲線的影響 表2中富氣壓縮機原設(shè)計入口溫度為40℃，現(xiàn)在操作溫度為32℃。根據(jù)文獻［2］有
ε2＝［T1/T2 (εm-11-1)+1］m-1 (14)
由式(14)可知，當溫度降低時壓比增大，曲線變陡，相當于該曲線左移，使穩(wěn)定工作區(qū)增大。壓比的降低不是無限度的，既要考慮工藝需要，又要考慮壓縮機的效率問題，因為對于壓縮機本身來說，效率、壓比、流量有一個最佳相關(guān)值，機組的壓比不能小于4.8。
由式(12)可知，當壓比增大時，Φ6／Φ1將減小，使機組的“失速”線右移，機組易進入“旋轉(zhuǎn)失速”區(qū)。
3.變工況對能耗的影響
(1)壓比改變對能耗的影響 在保證工藝條件允許、干氣質(zhì)量合格，同時不降低壓縮機效率的前提下，可以適當降低吸收塔的壓力，相當于降低富氣壓縮機出口的壓力，從而降低壓比。由文獻［3］有
h=［m/(m-1)］z r t［εm-1/m－1］ (15)
式中 h——能量頭，即單位質(zhì)量氣體在葉輪中獲得的能量，J/kg；
r——氣體常數(shù)；
t——氣體初始溫度，℃；
ε——壓縮比；
m——多變指數(shù)；
z——壓縮性系數(shù)。
由式(15)可知,當壓比ε降低時，能量頭h減小，汽輪機對壓縮機所做功也減少，從而達到節(jié)能之目的。
(2)轉(zhuǎn)速改變對能耗的影響 轉(zhuǎn)速的改變同樣要保證產(chǎn)品質(zhì)量合格、壓縮機效率不降低。根據(jù)文獻［3］有
 (16)
式中 ε0——初始設(shè)計壓比；
n——汽輪機變工況后的轉(zhuǎn)速，r/min；
n0——汽輪機變工況前的轉(zhuǎn)速，r/min。
由式(15)可知，降低壓縮機的轉(zhuǎn)速時壓比相應(yīng)減小。降低壓縮機轉(zhuǎn)速就是降低汽輪機轉(zhuǎn)速，即減少其耗汽量，達到節(jié)能之目的。
(3)溫度改變對能耗的影響 對于工藝設(shè)備已定的裝置來說，改變壓縮機入口溫度只能改變工藝設(shè)備的換熱量。欲改變換熱量只能調(diào)節(jié)E1201A—F冷卻器和E1201A—L干濕聯(lián)合空冷器。加大E1201A—F、E1202A—L兩者的換熱量即可以降低壓縮機入口溫度。同樣由式(15)可知，降低壓縮機入口溫度可減少汽輪機的能耗。機組改變工況運行前后汽輪機所用蒸汽對比見表3。
表3 機組改變工況前后汽輪機蒸汽耗量對比
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