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壓縮機旋轉失速與喘振簡介:最常見的不穩定現象

   【壓縮機網】旋轉失速與喘振是高速離心壓縮機特有的一種振動故障,也是最常見的一種不穩定現象。這種故障是由于流體流動分離造成的,設備一般沒有明顯的結構缺陷,因而不需要停工檢修,通過調節流量即可使振動減至允許值。
 
  當旋轉脫離進一步發展為喘振時,不僅會引起機組效率下降,而且還會對機器造成嚴重危害。喘振會導致機器內部密封件、軸承等損壞,嚴重的甚至會導致轉子彎曲、聯軸器損壞。喘振是離心壓縮機等流體機械運行最惡劣、最危險的工況之一,對機器危害很大。對這種危害性極大但又不需要停機即可處理的故障,最能顯示出狀態監測與故障診斷工作的作用與效益。
  壓縮機旋轉失速與喘振簡介:最常見的不穩定現象
  壓縮機存在旋轉失速時的波形頻譜圖
  一、旋轉失速的機理
 
  旋轉失速在葉輪內產生的壓力波動是激勵轉子發生異常振動的激勵力,激勵力的大小與氣體的相對分子質量有關,如果氣體的相對分子質量較大,激勵力也較大,對機器的運行影響也就比較大。
 
  流體機械的旋轉時速故障一般來說總是存在的,但它并不一定能激勵轉子使機組發生強烈振動,只有當旋轉失速的頻率域機組的某一固有頻率耦合時,機器才有可能發生共振,出現危險振動。
 
  當壓縮機流量減少時,由于沖角增大,葉柵背面將發生邊界層分離,流道將部分或全部被堵塞。這樣失速區會以某速度向葉柵運動的反方向傳播。實驗表明,失速區的相對速度低于葉柵轉動的絕對速度。因此,我們可以觀察到失速區沿轉子的轉動方向以低于工頻的速度移動,故稱分離區,這種相對葉柵的旋轉運動為旋轉失速。旋轉失速使壓縮機中的流動情況惡化,流量及壓力隨時間波動。在一定轉速下,當入口流量減少到某一值時,機組會產生強烈的旋轉失速。強烈的旋轉失速會進一步引起,整個壓縮機組系統的一種危險性更大的不穩定的氣動現象,即喘振。此外,旋轉失速時壓縮機葉片受到一種周期性的激振力,如旋轉失速的頻率與葉片的固有頻率相吻合,則將引起強烈振動,使葉片疲勞損壞造成事故。
 
  旋轉失速的識別特征:
 
  振動發生在流量減小時,且隨著流量的減小而增大;
 
  振動頻率與工頻之比為小于1的常值;
 
  轉子的軸向振動對轉速和流量十分敏感;
 
  排氣壓力有波動現象;
 
  流量指示有波動現象;
 
  機組的壓比有所下降,嚴重時壓比可能會突降;
 
  分子量較大或壓縮比較高的機組比較容易發生。
 
  二、喘振的機理
 
  旋轉失速嚴重時可以導致喘振,但二者并不是一回事。喘振除了與壓縮機內部的氣體流動情況有關之外,還同與之相連的管道網絡系統的工作特性有密切的聯系。
 
  壓縮機總是和管網聯合工作的,為了保證一定的流量通過管網,必須維持一定壓力,用來克服管網的阻力。機組正常工作時的出口壓力是與管網阻力相平衡的。但當壓縮機的流量減少到某一值時,出口壓力會很快下降,然而由于管網的容量較大,管網中的壓力并不馬上降低,于是,管網中的氣體壓力反而大于壓縮機的出口壓力,因此,管網中的氣體就倒流回壓縮機,一直到管網中的壓力下降到低于壓縮機出口壓力為止。這時,壓縮機又開始向管網供氣,壓縮機的流量增大,恢復到正常的工作狀態。但當管網中的壓力又回到原來的壓力時,壓縮機的流量又減少,系統中的流體又倒流。如此周而復始產生了氣體強烈的低頻脈動現象——喘振。
 
  由喘振引起的機器振動頻率、振幅與管網容積大小密切相關,管網容積越大,喘振頻率越低,振幅越大。一些機器的排氣管網容量非常大,此時喘振頻率甚至小于1Hz。
 
  喘振故障的識別特征:
 
  產生喘振故障的對象為氣體壓縮機組或其它帶長管道、容器的氣體動力機械;
 
  喘振發生時,機組的入口流量小于相應轉速下的最小流量;
 
  喘振時,振動的幅值會大幅度波動;
 
  喘振時,振動的特征頻率一般在1~15Hz之內;
 
  與壓縮機后面相聯的管網及容器的容積大小成反比;
 
  機組及與之相連的管道等附著物及地面都發生強烈振動;
 
  出口壓力呈大幅度的波動;
 
  壓縮機的流量呈大幅度的波動;
 
  電機驅動的壓縮機組的電機電流呈周期性的變化;
 
  喘振時伴有周期性的吼叫聲,吼叫聲的大小與所壓縮氣體的分子量和壓縮比成正比。
 
  三、旋轉失速和喘振的振動特征
 
  壓縮機旋轉失速與喘振簡介:最常見的不穩定現象
  四、旋轉失速與喘振的振動敏感參數
 
  壓縮機旋轉失速與喘振簡介:最常見的不穩定現象
  五、甄別旋轉失速和油膜振蕩的主要方法
 
 壓縮機旋轉失速與喘振簡介:最常見的不穩定現象
  六、旋轉失速與喘振的故障原因及處理措施
 
 壓縮機旋轉失速與喘振簡介:最常見的不穩定現象
 

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