chap4-往復(fù)壓縮機的故障分析和管道振動

2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)1

往復(fù)壓縮機的故障類型

熱力學(xué)參數(shù)異常

主要零部件故障

振動異常示功圖及閥片運動規(guī)律的測量與故障分析

氣流壓力脈動與管道振動

2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)22023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)32023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)42023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)5

壓縮機故障一般都是在設(shè)計、制造、安裝和操作中產(chǎn)生的問題。曾有人對某化工廠使用的往復(fù)式壓縮機故障率進行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)屬于設(shè)計缺陷產(chǎn)生的故障僅占6%；屬于零件制造質(zhì)量低劣的故障占46%；屬于不遵守操作規(guī)程造成的故障占40%；屬于安裝檢修質(zhì)量不符合要求的故障占8%。往復(fù)式壓縮機的故障種類雖多，但從反映故障狀態(tài)的監(jiān)測參數(shù)（征兆參數(shù)）上可分為兩大類：一類故障征兆表現(xiàn)在機器的熱力參數(shù)變化上，如機器的排氣量變化，吸、排氣壓力變化，各部分溫度變化以及油路、水路故障所表現(xiàn)出來的熱力參數(shù)變化。另一類故障征兆表現(xiàn)在機器的動力性能參數(shù)變化上，如壓縮機主要零部件的缺陷、磨損、損壞和斷裂故障所表現(xiàn)出來的機器振動和不正常聲音，還有各種原因引發(fā)的管道振動。2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)61.傳遞動力部分—曲軸、連桿、十字頭、活塞銷、活塞等零部件的故障。2.氣體的進出及其密封部分—氣缸、進氣和排氣閥門、彈簧、閥片、活塞環(huán)、填料函及排氣量調(diào)節(jié)裝置等部分的故障。3.輔助部分—包括水、氣、油三路的各種冷卻器、緩沖器、分離器、油泵、安全閥及各種管路系統(tǒng)方面的故障。4.缸體，基礎(chǔ)和支承等固定件故障。2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)74.1往復(fù)式壓縮機的故障類型與故障原因4.1.1壓縮機熱力參數(shù)異常及其故障原因吸、排氣壓力不正常

吸氣壓力低吸氣壓力高排氣壓力低排氣壓力高壓力不穩(wěn)定溫度不正常

吸氣溫度高排氣溫度高氣缸過熱軸承過熱活塞桿過熱曲軸兩端蓋發(fā)熱

排氣量降低壓縮機的各級吸氣閥漏氣氣缸內(nèi)泄漏與外泄漏吸氣受阻系統(tǒng)外泄漏冷卻器效率低壓縮機轉(zhuǎn)速降低

2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)8氣閥故障往復(fù)式壓縮機有60%以上的故障發(fā)生在氣閥上，據(jù)某石化公司煉油廠對循環(huán)氫壓縮機的故障統(tǒng)計，氣閥故障引起的停機次數(shù)占總停機次數(shù)的85%以上。氣閥一旦發(fā)生故障，馬上影響壓縮機的產(chǎn)氣量，降低效率，浪費能源。閥件破損后碎塊落入氣缸，引起氣缸拉毛，活塞和活塞環(huán)損壞，帶來更為嚴(yán)重的問題。

疲勞破壞——由于閥片承受著頻繁的撞擊載荷和彎曲交變載荷，閥片容易產(chǎn)生疲勞破壞。閥片磨損——環(huán)狀閥片與導(dǎo)向塊工作面之間產(chǎn)生的摩擦磨損，可減弱閥片強度，降低使用壽命。閥片材料缺陷——材料夾渣、夾層、裂紋等缺陷引起閥片應(yīng)力集中。介質(zhì)腐蝕——壓縮介質(zhì)本身有腐蝕性或介質(zhì)中含有水份，工作時沖刷閥片，破壞閥片表面保護膜，在閥片局部地方出現(xiàn)腐蝕麻點和空洞，引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生腐蝕疲勞破壞。

閥片損壞4.1.2壓縮機主要零部件的機械故障2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)9彈簧變形時與彈簧孔壁發(fā)生摩擦磨損，強度下降而斷裂彈簧從閥片全閉到全啟，其載荷由預(yù)壓縮力變化到最大壓縮力，承受脈動循環(huán)載荷，引起疲勞破壞介質(zhì)對彈簧表面腐蝕，產(chǎn)生麻點、凹坑，引起應(yīng)力集中，加速彈簧疲勞破壞材質(zhì)不符合要求，彈簧的加工、熱處理有缺陷氣閥彈簧損壞

4.1.2壓縮機主要零部件的機械故障2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)104.1.2壓縮機主要零部件的機械故障閥座密封面不平，表面粗糙度達不到要求密封面被碰傷閥片變形、破裂閥隙通道有異物卡住氣體溫度高，潤滑油易變成碳渣卡住封面。石油氣壓縮機，溫度和壓力越高，聚合物積碳越嚴(yán)重，碳渣粘著在閥片和閥座上，使氣閥漏氣彈簧力過小彈簧端面與軸線不垂直閥座、閥片嚴(yán)重磨損氣閥漏氣2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)11活塞桿斷裂

往復(fù)式壓縮機的活塞桿斷裂事故也較常見，據(jù)報導(dǎo)約占重大事故的25%左右，活塞桿斷裂，不僅損壞活塞和氣缸，而且還由于其它零部件的連鎖性破壞，使易燃、易爆或有毒氣體向外泄漏，帶來人員傷亡、生產(chǎn)裝置毀壞等一系列嚴(yán)重事故。活塞桿發(fā)生斷裂的地方多數(shù)是在活塞連接處與十字頭連接處，其原因一般是：（1）活塞桿的螺紋由于螺紋牙型圓角半徑小，應(yīng)力集中嚴(yán)重，容易在循環(huán)載荷下產(chǎn)生裂紋和斷裂。因此對大型壓縮機須用滾壓加工，用以消除應(yīng)力集中。（2）退刀槽、卸荷槽、螺紋表面的粗糙度達不到要求，容易產(chǎn)生表面裂紋。（3）活塞桿的材質(zhì)和熱處理有問題，例如存在粗晶、魏氏體組織、偏析以及強度和塑性不符合要求。（4）連接螺紋松動或連接螺紋的預(yù)緊力不足。（5）某一級因其他故障原因而嚴(yán)重超載。（6）活塞桿跳動量過大。（7）工藝氣體腐蝕。

2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)12連桿螺栓斷裂

連桿螺栓在工作時承受很大的交變載荷和幾倍于活塞力的預(yù)緊力，因此對它不僅要求具有足夠的靜強度，更重要的是要有較高的耐疲勞能力。對其結(jié)構(gòu)形狀、應(yīng)力集中情況和裝配精度等方面都有嚴(yán)格要求。連桿螺栓斷裂的原因有：（1）連桿螺栓擰得太緊或太松。擰得太緊，螺栓承受過大拉力而折斷；寧得太松，工作時螺母松動，連桿大頭瓦在連桿體內(nèi)晃動，螺栓承受過大的沖擊力而折斷。（2）開口銷折斷引起連桿螺栓松動、斷裂。（3）連桿螺栓疲勞斷裂。（4）連桿螺栓的材質(zhì)、鍛壓、熱處理、加工、探傷和裝配有問題。（5）連桿大頭瓦過熱，活塞卡住或超負(fù)荷運轉(zhuǎn)，連桿螺栓因承受過大應(yīng)力而折斷。（6）運動部件出現(xiàn)故障，對連桿螺栓產(chǎn)生較大沖擊載荷。（7）長期使用達5000～8000小時，未對連桿螺栓進行磁粉探傷和殘余變形測量。如果螺栓有萬分之一以上殘余變形者均應(yīng)報廢。2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)13曲軸斷裂曲軸承受較大的交變載荷和摩擦磨損，對疲勞強度和耐磨性要求較高。曲軸多數(shù)發(fā)生拐臂處斷裂，曲軸斷裂的原因有：（1）壓縮機地基與電動機基礎(chǔ)發(fā)生不均勻沉降，使聯(lián)軸器嚴(yán)重不對中，曲軸承受巨大的附加載荷。（2）壓縮機超載或在緊急停機時產(chǎn)生的劇烈沖擊。（3）安裝不正確或工作中氣缸軸線發(fā)生變化，與曲軸軸線不垂直，使曲軸承受附加彎矩。（4）軸瓦在曲軸上裝配不良，支承面貼合不均，間隙過小，軸承發(fā)熱，軸頸拉溝、咬住或彎曲變形。（5）軸頸與曲拐過渡圓角是最嚴(yán)重的應(yīng)力集中點，該處最容易發(fā)生疲勞斷裂。圓角半徑一般取r=(0.05～0.09)d(d為曲拐銷直徑)，其表面粗糙度不大于0.4。（6）設(shè)計不合理、材質(zhì)不良、熱處理不合要求，探傷不及時等2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)14活塞卡住、咬住或撞裂（1）潤滑油質(zhì)量低劣，注油器供油中斷，發(fā)生干摩擦，因摩擦發(fā)熱，阻力增大被卡住、咬住。（2）氣缸冷卻水供應(yīng)不足，或氣缸過熱狀態(tài)下突然通冷卻水強烈冷卻，使氣缸急劇收縮（抱缸），把活塞咬住。（3）氣缸帶液（例如，制冷壓縮機吸入蒸發(fā)器中的液體造成“沖缸”；壓縮機吸入氣體太潮濕，氣體被壓縮后有水份析出，發(fā)生氣缸“水擊”），可撞裂活塞，甚至擊破氣缸。（4）氣缸與活塞間隙太小。（5）氣缸內(nèi)掉入活塞螺母、氣閥碎片等堅硬物，活塞撞擊時碎裂。（6）活塞材質(zhì)不良、鑄件質(zhì)量低劣，強度達不到要求。2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)154.1.3壓縮機故障振動分析往復(fù)式壓縮機由于存在旋轉(zhuǎn)慣性力、往復(fù)慣性力及力矩，將會引起機器和基礎(chǔ)的振動。除了這種機械運動引起的振動之外，往復(fù)式壓縮機由于間歇性吸氣和排氣，氣流的壓力脈動還會引起管路振動。如果氣流脈動頻率恰好與氣柱或管道自振頻率相同，就會產(chǎn)生管道共振，這種共振將帶來嚴(yán)重的后果，不僅引起壓縮機和基礎(chǔ)、管道各連接部分松動，嚴(yán)重時甚至?xí)窳压艿?。壓縮機機體振幅的大小與機器的結(jié)構(gòu)型式有關(guān)。我國現(xiàn)行《往復(fù)式壓縮機機械振動測量與評價》標(biāo)準(zhǔn)（GB/T7777-87）是通過對壓縮機機體外表面不同高度和不同方向上（X、Y、Z三個方向）進行振動測量，取其最大的振動速度有效值作為壓縮機振動烈度的評定值。壓縮機按不同結(jié)構(gòu)型式分為四類，各類壓縮機的振動烈度不允許超過中規(guī)定的極限值。對于天然氣工業(yè)用的壓縮機標(biāo)準(zhǔn)則以美國石油學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)API618為基礎(chǔ)。2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)164.1.3壓縮機故障振動分析往復(fù)式壓縮機旋轉(zhuǎn)慣性力和往復(fù)慣性力分析2.曲柄連桿機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)慣性力和往復(fù)慣性力

1.活塞的位移、速度和加速度

一階往復(fù)慣性力:

二階往復(fù)慣性力:

2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)174.1.3壓縮機故障振動分析往復(fù)式壓縮機由于存在旋轉(zhuǎn)慣性力、往復(fù)慣性力及力矩，將會引起機器和基礎(chǔ)的振動。除了這種機械運動引起的振動之外，往復(fù)式壓縮機由于間歇性吸氣和排氣，氣流的壓力脈動還會引起管路振動。如果氣流脈動頻率恰好與氣柱或管道自振頻率相同，就會產(chǎn)生管道共振，這種共振將帶來嚴(yán)重的后果，不僅引起壓縮機和基礎(chǔ)、管道各連接部分松動，嚴(yán)重時甚至?xí)窳压艿?。上述這些振動問題往往是設(shè)計、制造中產(chǎn)生的。另外，往復(fù)式壓縮機由于安裝和操作不當(dāng)也會帶來一些故障振動問題。經(jīng)常可能發(fā)生振動的部位和原因：1.振動故障2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)184.1.3壓縮機故障振動分析1.振動故障①氣缸與底座調(diào)整不良，連接螺栓松動②氣缸與活塞環(huán)磨損或間隙太大③氣缸余隙太小，活塞在往復(fù)運動中碰撞閥座，發(fā)出沉悶的金屬撞擊聲和振動④活塞和閥座上的螺栓螺母因松動而落入氣缸，發(fā)生敲擊振動⑤氨制冷壓縮機和臨界溫度較低的氣體容易發(fā)生氣缸帶液，在氣缸內(nèi)發(fā)生液體沖擊⑥壓縮機運行中曾中斷供水，閥門、缸壁、活塞溫度迅速上升，在高溫下突然通入冷卻水冷卻氣缸，使缸壁驟然冷卻而抱住活塞，產(chǎn)生很大振動，甚至嚴(yán)重?fù)p壞缸體和活塞氣缸振動2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)194.1.3壓縮機故障振動分析1.振動故障機體振動①往復(fù)慣性力和力矩沒有平衡好②曲軸中心線與機身滑道中心線不垂直③對稱平衡型壓縮機機身的主軸承不同心，機身水平度不符合要求④地腳螺松松動，運動部件連接不牢，基礎(chǔ)剛性不好，底座不均勻下沉⑤聯(lián)軸器對中不良，或機體基礎(chǔ)與電動機底座不均勻下沉⑥主軸承間隙過大或軸瓦磨損⑦連桿大頭和曲拐銷之間間隙過大，曲拐銷向反方向運動時對大頭瓦產(chǎn)生撞擊⑧十字上下滑板與十字頭滑道間隙過大。具有浮動銷的十字頭，十字頭銷能在銷孔中轉(zhuǎn)動，雖然磨損均勻，但磨損后沖擊和振動較大⑨活塞桿彎曲或活塞桿連接螺母松動⑩活塞桿負(fù)載過大，連桿軸承損壞

2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)204.1.3壓縮機故障振動分析1.振動故障①壓縮機機體振動引起基礎(chǔ)振動②基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)薄弱，與機體或管道某一部分發(fā)生共振③由壓縮機振動等原因產(chǎn)生基礎(chǔ)下沉

基礎(chǔ)振動2.噪聲故障往復(fù)式壓縮機運行過程中，各運動部件會發(fā)出有節(jié)奏的與轉(zhuǎn)速一致的正常響聲，有經(jīng)驗的工人能從不同響聲中判斷出壓縮機運行是否正常。當(dāng)響聲有刺耳的噪聲、撞擊聲和不規(guī)則的節(jié)奏時，他們可立即判定機器運轉(zhuǎn)不正常，甚至能判斷故障發(fā)生的大致部位。常用的監(jiān)測手段是用聽棒測聽機器各個部位，也可用機械故障聽診器，它是利用加速度傳感器拾取的信號經(jīng)過濾波、放大，通過耳機測聽，比聽棒有更高的靈敏度和信噪比。2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)214.1.3壓縮機故障振動分析振動和噪聲故障往復(fù)式壓縮機由于運動部件機構(gòu)復(fù)雜，零部件多，產(chǎn)生故障振動和故障聲音是由多種原因產(chǎn)生的，而且各種激勵力對機器外殼上某測點的振動響應(yīng)，由于傳輸途徑的干擾也往往難以識別故障。往復(fù)式壓縮機的故障頻譜圖不同于旋轉(zhuǎn)機械，它除了工頻成分之外，往往伴有許多高倍頻成分，而且它們的幅值也較高。高倍頻成分上的能量集中可能是反映出主軸承磨損、活塞撞擊、閥碰撞等故障。往復(fù)式壓縮機進行故障振動和聲音的狀態(tài)監(jiān)測，相對其他旋轉(zhuǎn)機械來說難度較大，故障診斷的研究工作開展得還不很普遍。有必要有意義對活塞式壓縮機狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)進行深入研究，研制出有一定特色且切實可行的在線監(jiān)測系統(tǒng)。

2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)224.1.3壓縮機故障振動分析往復(fù)壓縮機需監(jiān)測的狀態(tài)量及其測量分析方法振動和噪聲故障2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)234.1.3壓縮機故障振動分析某鋼鐵廠空壓機站有多臺2D12-100/8型空氣壓縮機，曾出現(xiàn)過多起一、二級氣缸十字頭連桿斷裂事故和基礎(chǔ)底腳螺栓松動引起振動的故障。該機型為2列、對稱平衡式，結(jié)構(gòu)布置如圖4-6所示。機器的技術(shù)參數(shù)如下：排氣量≥102m3/min一級排氣壓力：0.2MPa二級排氣壓力：0.8MPa軸功率：540kw轉(zhuǎn)速：500r/min故障實例：對稱平衡式空壓機的故障振動診斷2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)244.1.3壓縮機故障振動分析故障實例：對稱平衡式空壓機的故障振動診斷1).多臺壓縮機運行期間，第一次監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)該型壓縮機的3號機比4號機在測點①上的振動值高出很多，從測點①H方向的頻譜圖上可見，3號機的工頻成分幅值為2.1mm/s，3倍頻、5倍頻成分的幅值也非常高，而對比4號機同測點同方向上的工頻成分幅值，僅為0.4mm/s。由此確定3號機存在故障，由于測點①位于靠聯(lián)軸節(jié)端的軸承座上，初步診斷為聯(lián)軸節(jié)對中不良或該端機座松動。經(jīng)過檢查，發(fā)現(xiàn)曲軸箱靠電動機端的底座地腳螺釘確定松動情況嚴(yán)重，引起該處測點很高的振幅。停機后緊固地腳螺栓，振幅就大幅度下降。2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)254.1.3壓縮機故障振動分析故障實例：對稱平衡式空壓機的故障振動診斷2).第二次監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)4號機測點③（位于一級缸體部位）三個方向上的振幅較上一次測量值有較大幅度上升，振動幅值呈迅速上升趨勢，在短短的半天時間內(nèi)，同一測點上4號機比3號機的通頻振幅幾乎大了近一倍，工頻成分高出3倍，前者還存在明顯的4倍頻成分，證明4號機的一級缸體部位存在故障。當(dāng)即決定停機檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)一級缸十字頭螺栓松動，使活塞、連桿和十字頭在運動中產(chǎn)生較大的撞擊力。經(jīng)過調(diào)整以后，該測點的振幅基本恢復(fù)到原來狀態(tài)。2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)264.1.3壓縮機故障振動分析經(jīng)驗總結(jié)：（1）氣缸上的測點（上例中測點③和④）在徑向和軸向方向上的振幅對活塞在缸體內(nèi)的運行情況好壞比較敏感。徑向和軸向振幅明顯上升，說明活塞、連桿、十字頭存在松動，在往復(fù)運動過程中發(fā)生直線位置偏移。（2）地腳螺栓松動，在機座垂直方向上的振幅將會明顯上升。（3）十字頭滑道處徑向振動明顯上升，反映十字頭與滑道接觸不良。（4）通過同類機組振動情況的相互比較，機組自身不同時刻的振動情況比較，有助于判別機器是否存在故障和故障發(fā)展的程度。2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)274.2示功圖及閥片運動規(guī)律的測量和故障分析4.2.1壓縮機示功圖顯示的故障壓縮機運行時，氣缸內(nèi)的氣體體積和壓力是在不斷變化的，通常利用示功器觀察和記錄不同的活塞位置或曲軸轉(zhuǎn)角時氣缸內(nèi)部氣體壓力的變化，所得到的就是P-V示功圖。利用示功圖形狀變化，可以顯示壓縮機在結(jié)構(gòu)設(shè)計、管道配置以及操作運行中的故障和問題。例如：測量壓縮機的指示功率，氣閥上的壓力損失和功率損失，氣缸余隙容積的大小，氣閥和管道截面積是否太小，氣閥、活塞環(huán)、密封填料是否泄漏，氣閥彈簧力過大或過小，以及閥片顫振、氣流脈動等故障情況。故障的判別一般采用正常示功圖與不正常示功圖作對比的方式進行，需要有一定的實踐經(jīng)驗。2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)28壓縮機示功圖顯示的故障2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)294.2示功圖及閥片運動規(guī)律的測量和故障分析4.2.2閥片運動規(guī)律曲線對一個性能良好的氣閥來說，要求它在氣缸內(nèi)壓力超過排氣壓力或低于吸氣壓力時能夠迅速打開，亦即氣流在閥上的壓力損失要??；當(dāng)閥片到達閥擋（升程限制器）時，沒有太多的反彈，能夠穩(wěn)定地貼在閥擋上；閥片在開啟和關(guān)閉過程中波動要小，關(guān)閉后不應(yīng)有多次開啟現(xiàn)象；當(dāng)活塞到達上、下死點位置后，閥片能及時返回閥座。

2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)304.2示功圖及閥片運動規(guī)律的測量和故障分析4.2.2閥片運動規(guī)律曲線閥片運動規(guī)律曲線在故障診斷方面的作用

1）判斷閥片開閉是否及時，如果閥片滯后開閉或開閉時間過長，則可能的故障原因是：(a)彈簧力不合適；(b)閥座上帶有過多的油水，對閥片產(chǎn)生粘著作用。(c)閥隙通流面積太小，氣流阻力太大；(d)氣流存在壓力脈動。2）判斷是否存在氣流壓力脈動氣流壓力脈動在閥片運動規(guī)律曲線圖上不僅表現(xiàn)為閥片開閉不及時，而且還出現(xiàn)大幅度的波動、高頻率的顫振和多次開啟現(xiàn)象。3）判斷氣閥流通截面大小閥片運動曲線包圍的面積表示氣閥的實際通流能力，稱為“時間—截面”。閥片運動曲線的“時間—截面”太小，表示氣閥流通截面太小。氣流阻力大，相應(yīng)在氣閥上的壓力損失也大。2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)314.3壓縮機的氣流壓力脈動與管道振動4.3.1氣流脈動引起的故障分析往復(fù)式壓縮機在運轉(zhuǎn)過程中，吸氣、排氣是間斷性的，活塞運動速度也是隨時間而變化的，這種現(xiàn)象會引起管道內(nèi)氣流的不穩(wěn)定流動，產(chǎn)生流體壓力脈動。管路系統(tǒng)內(nèi)所容納的氣體稱為氣柱。氣體像任何振動物體一樣，具有一定的質(zhì)量，可以壓縮、膨脹，具有一定彈性，所以氣柱本身就像一個彈簧，壓縮機裝在管路的始端，活塞運動時周期性地向管路吸氣、排氣，對管路中的氣柱產(chǎn)生激發(fā)力，引起氣柱振動。氣柱是一個連續(xù)的彈性體，在接受了激發(fā)后，就把所形成的振動能量以聲速向管道遠(yuǎn)方傳播。簡單管道的氣柱固有頻率：

2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)324.3壓縮機的氣流壓力脈動與管道振動4.3.1氣流脈動引起的故障分析

(i=1,3,5,……)

(1).管道一端封閉（如壓縮機端），另一端為開口（如連接緩沖器、膨脹容器）。只要容器的容積大于管道容積的10倍以上，就可以把容器視為開口端。(2).兩端封閉的管道（如兩臺壓縮機并聯(lián)，中間用管道連接）

(i=2,4,6,……)

(3).兩端均為開口的管道（如兩個大容器之間用管道連接）

(i=2,4,6,……)2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)334.3壓縮機的氣流壓力脈動與管道振動4.3.1氣流脈動引起的故障分析管路中的氣柱是否會發(fā)生共振，取決于氣流的激發(fā)頻率。壓縮機氣流的壓力脈動波形并不是一種簡諧波，而是包含了多種頻率成分的復(fù)合波形。我們可以通過諧波分析方法，把氣流脈動波形分解為數(shù)階諧波，其中幅值最大的諧波稱為主諧波。當(dāng)激發(fā)頻率在氣柱固有頻率的共振區(qū)內(nèi)，就會使管道中的氣柱處于共振狀態(tài)，此時氣流壓力脈動非常嚴(yán)重，引起管道、壓縮機和基礎(chǔ)的強烈振動。氣柱共振狀態(tài)下的管道長度稱為共振管長，共振管長區(qū)為：轉(zhuǎn)速:n單作用:m=1雙作用:m＝22023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)344.3壓縮機的氣流壓力脈動與管道振動4.3.1氣流脈動引起的故障分析實例

某汽車制造廠一臺型號為L8-60/70型雙缸雙作用空氣壓縮機，該機使用中發(fā)現(xiàn)當(dāng)二級排氣壓力達到額定值0.7MPa時，一級排氣壓力超過額定值約18.5%。壓縮機參數(shù)：轉(zhuǎn)速n=428r/min吸入溫度t=20℃一級排氣額定壓力p1=0.2～0.23MPa二級排氣額定壓力p2=0.7MPa一級進氣管實測長度l=3.468m聲速:雙缸雙作用壓縮機的激發(fā)頻率一階共振管長一般對于避免管道氣柱共振的措施有兩種：其一是取消進氣管，這樣一級排氣壓力可以恢復(fù)到正常的設(shè)計壓力；其二是把進氣管加長。最后采取了第二種措施，把進氣管加長至l=6.5m，從而恢復(fù)到正常壓力，管道振動現(xiàn)象也隨之減弱。

2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)354.3壓縮機的氣流壓力脈動與管道振動4.3.2管道壓力脈動的防治措施

管道壓力脈動實質(zhì)上是一種周期性的氣流沖擊波浪，消減壓力脈動就是消減壓力的不均勻度，減小其脈動幅度，通常的防治措施是在管路系統(tǒng)中加裝各種類型的消振器，例如緩沖器、聲學(xué)濾波器、孔板等。當(dāng)然，管道中氣流壓力的不均勻度首先與激發(fā)源有關(guān)，在多缸壓縮機中，缸體的布置方式和各缸曲柄的錯角位置將會直接影響到壓力波的波長和波動的均勻性。采用合理的吸排氣順序

氣閥開啟時間長短與壓比有關(guān)，而開啟的相位差，取決于氣缸的結(jié)構(gòu)與曲柄錯角的配置。對同一級壓縮的二個缸來說，雙作用氣缸比單作用氣缸的氣流連續(xù)性好，壓力脈動相對要小，同樣為單作用氣缸，曲柄錯角a=90°的配置優(yōu)于a=0°的配置，對動式單作用氣缸的激發(fā)力是相互疊加的，脈動最大。對于相連兩個級的氣缸，任何型式的雙作用氣缸，由于I級缸排出的同時II級缸吸入，其進、排氣激發(fā)力是相互抵消的,但是對于雙級單作用氣缸，只有對置式和曲柄錯角為180°的立式，激發(fā)力才能相互抵消。2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)364.3壓縮機的氣流壓力脈動與管道振動4.3.2管道壓力脈動的防治措施

2)

裝設(shè)緩沖器

緩沖器實際上是個蓄能器，它像水庫那樣能夠起到調(diào)節(jié)能量的作用。當(dāng)上游處在壓力波的峰值時，由于氣體的彈性作用，壓力波進入緩沖器后壓縮其中氣體，壓力波的動能變?yōu)榫彌_器內(nèi)氣體被壓縮后的彈性勢能。而當(dāng)上游處在壓力波的波谷時，緩沖器內(nèi)壓縮氣體膨脹，勢能變?yōu)閯幽?，彌補了管道內(nèi)瞬時壓力的下降。這樣，通過能量轉(zhuǎn)換，緩沖器就等于一個氣體彈簧，起到對振源的隔振作用，從而把出緩沖器后的壓力脈動峰值降低了很多。2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)