離心壓縮機之典型振動特征

離心壓縮機之典型振動特性離心壓縮機是旋轉(zhuǎn)機械的一種，遵照通用轉(zhuǎn)子動力學理論，也會常見的轉(zhuǎn)子或軸承故障，如不平衡、不對中檔。另外，離心壓縮機也有其特有的某些振動故障特性：喘振失速非喘振和失速的次同時振動結(jié)垢在討論具體的故障特性之前，有必要引入壓縮機的性能曲線。上圖是典型的可變轉(zhuǎn)速離心壓縮機的性能曲線。這里并不展開討論壓縮機的性能曲線，轉(zhuǎn)速曲線的斜率和諸多因素有關(guān)，例如和壓縮機的級數(shù)有關(guān)，級數(shù)越多，曲線越陡峭。圖中的虛線曲線代表了壓縮機在不同轉(zhuǎn)速下的等效率曲線，實線橢圓曲線是最優(yōu)運行點（優(yōu)化效率）曲線，如標注坐標點是壓縮機運行在設(shè)計運行點：100%設(shè)計轉(zhuǎn)速、流量和壓比點，直線虛線的左上和右下區(qū)域分別代表的是壓縮機的喘振區(qū)和阻塞區(qū)。中間的區(qū)域是壓縮機可運行區(qū)域，即喘振極限線和阻塞極限線之間的區(qū)域。上述故障可能通過振動傳感器檢測得到，也能夠通過過程參數(shù)的變化體現(xiàn)出來。因此工藝參數(shù)和振動參數(shù)同樣重要，精確的故障診療規(guī)定結(jié)合振動和工藝參數(shù)，進行有關(guān)分析。壓縮機的診療需要的信息舉例：轉(zhuǎn)子振動和軸中心位置慢轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)軸承的金屬溫度潤滑油溫度和壓力氣體的流量、入口和出口的壓力另外，這里并沒有列出阻塞極限區(qū)域有關(guān)的故障，它是給定的轉(zhuǎn)速下壓縮機能夠解決的最大流量，因而列在這里不是作為一種故障考量，而是看做一種運行或者操作設(shè)計參數(shù)。實踐中壓縮機不會出現(xiàn)阻塞工況，它只是簡樸地限制最大的流量。如果出現(xiàn)，它可能出現(xiàn)在葉輪或者帶葉擴壓器的入口位置。由于設(shè)計上它是不可能出現(xiàn)的運行區(qū)域，普通也不會有損壓縮機，因此不在這里討論。喘振喘振是壓縮機內(nèi)部的一種流體誘導失穩(wěn)，重要開始發(fā)生在后端管網(wǎng)壓力不不大于壓縮機的出口氣體壓力，并在管網(wǎng)壓力等于入口壓力處上下波動。喘振的特點就是壓縮機內(nèi)氣體的倒流和順流轉(zhuǎn)換，并來回激烈抽動。壓縮機的設(shè)計是壓縮一定體積流速的氣體使其達成給定的出口壓力，但愿單向穩(wěn)定流動。氣體回流會造成振動提高、溫度上升，并可能隨著特殊的“哮喘、呼嘯”般噪聲，容易造成壓縮機跳機和不可逆損壞。喘振的過程A~B發(fā)生喘振，20~50ms；C~D退出喘振，20~120ms,A-B-C-D-A一種周期大概0.3~3s。壓縮機達成喘振點A，失去壓縮氣體的能力出口壓力突降，出口管線的壓力不不大于壓縮機出口壓力，發(fā)生喘振，氣體回流，壓縮機運行到B點（負流量）回流造成氣體的壓力差下降，回流減小，負流量減少，工作點來到C點系統(tǒng)的壓力差繼續(xù)減少，壓縮機又能夠克服出口后的管線壓力了，壓縮機的工作點回到性能曲線上的D點。正流量重建，壓縮機開始壓縮氣體，按照壓力-流量曲線工作，重新達成喘振點A，完畢一種周期，并繼續(xù)重復(fù)下一種周期。需要注意的是，喘振是一種壓縮機與管網(wǎng)的耦合效應(yīng)（猶如電阻和電容）。工作點是壓縮機性能曲線和管網(wǎng)的共同作用的成果。實質(zhì)上，被上下游的管網(wǎng)壓力所固定的壓比決定了系統(tǒng)的流量。喘振的可能因素啟機或者停機過程中運行在低流量工況運行在高壓頭轉(zhuǎn)速減少運行操作錯誤流程出問題負荷變化氣體組分變化級間冷卻故障濾網(wǎng)或者儲罐問題防喘系統(tǒng)故障回流閥故障驅(qū)動機問題喘振的特性及其檢測軸向振動和軸位移變化明顯，軸位移達成軸向間隙的極限點，可能損壞推力瓦。喘振頻率大概在0.3~3Hz，頻率極低（等于氣體回流頻率）徑向振動的主導頻率可能等于氣體回流的頻率流速/流量的變化動態(tài)壓力的變化徑向振動的頻率等于氣體的回流頻率，因此經(jīng)常是次同時頻率成分，普通為轉(zhuǎn)速頻率的10%~20%。氣體的回流變化著軸向載荷的方向，因此造成軸向振動的頻率與回流頻率相似，軸向振動還可能看到幅值調(diào)制，喘振時軸心軌跡圖形狀也會發(fā)生變化。這些都是判斷喘振的證據(jù)，只有對的地識別了故障，才干對癥下藥，才干藥到病除。喘振的后果軸向推力的快速變化可能造成推力瓦的損壞過大的轉(zhuǎn)子振動可能造成摩擦，如造成級間密封的失效等氣體的再壓造成氣體溫度持續(xù)上升，進而過熱。負荷的突變可能損壞和驅(qū)動機相連的聯(lián)軸器，使壓縮機的葉輪失效，也可能損壞驅(qū)動機。喘振控制增加壓縮機的氣體流量安裝防喘閥（打回流）減小出口壓力增加轉(zhuǎn)速喘振的一種圖例次同時分量能夠通過瀑布圖來識別。圖中12~30Hz的分量不是精確的單頻率譜峰，而是一簇。喘振線的現(xiàn)場測試喘振限制線（SLL）在壓縮機性能曲線中可能有多個不同的體現(xiàn)。要根據(jù)OEM和最后顧客的不同規(guī)定明確下來：是優(yōu)先保護機器還是照顧生產(chǎn)，以確保壓縮機不會出現(xiàn)失穩(wěn)或影響生產(chǎn)效率。事先通過實驗擬定真實的喘振或者旋轉(zhuǎn)失速的位置，就能夠在在線性能曲線圖中設(shè)定報警/控制區(qū)域，避免實際運行中出現(xiàn)流體誘導失穩(wěn)，從而保護機器。下面是應(yīng)當現(xiàn)場修訂性能曲線中的喘振線的理由和注意事項流體失穩(wěn)不僅和壓縮機有關(guān)，與管網(wǎng)也有關(guān)系需要流量測量設(shè)備OEM在機組出廠前并不能精確懂得喘振限在哪里，由于管網(wǎng)及其它工藝條件不同，需要現(xiàn)場實測擬定機組改造后，性能曲線涉及SLL可能漂移，由于可能更換了內(nèi)部部件、內(nèi)部有結(jié)垢等，都可能變化性能曲線。失速失速有靜止部件（擴壓器內(nèi)葉片）內(nèi)的失速和轉(zhuǎn)動部件（葉輪葉片）內(nèi)的失速兩種。與喘振相比，失速是特定部位的失速，是特定部位的氣體回流，流量、升壓減少等等。它可能只在某一級失速，經(jīng)常隨著著次同時振動特性，以及壓力的波動，造成該級的壓力沒有達成設(shè)計升壓水平。而喘振發(fā)生于整個壓縮機，并常見非常高或者非常低的流速。如果失速發(fā)生在葉輪，當入口流速增加時，流量的減小使葉輪的承壓面壓力趨近于零，葉輪流道相對流速的大幅度減少，使邊界層建立并分離，從而造成失速。通道內(nèi)（葉輪、靜止流道、或者兩者之間）流團返流失速會產(chǎn)生不均勻的流場，影響振動失速經(jīng)常是次生效應(yīng)，是氣流阻塞或者流道幾何構(gòu)造的破壞失速不會給機器的部件帶來明顯的額外載荷，但振動變化影響機器的操作和運行失速減少機器的效率旋轉(zhuǎn)失速旋轉(zhuǎn)失速能夠描述為一種非均勻的環(huán)流場，其環(huán)流場的旋轉(zhuǎn)速度與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不同，該環(huán)流場產(chǎn)生一種作用在轉(zhuǎn)子上的不平衡的徑向動壓力，進而造成轉(zhuǎn)子徑向振動。由于該流場的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速慢于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，因此它產(chǎn)生的是一種次同時的振動。它是流體誘導失穩(wěn)的一種，旋轉(zhuǎn)失速親密相有關(guān)壓縮機的運行參數(shù)，如上所述，旋轉(zhuǎn)失速重要分為兩種類型：發(fā)生在葉輪產(chǎn)生的次同時普通在0.5X至0.8X間次同時與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速有關(guān)普通不會發(fā)生遲滯：失速的來去與流速直接有關(guān)。葉輪的旋轉(zhuǎn)失速往往被看做是喘振的前兆，由于其發(fā)生點非?？拷顸c，此時任何入口流量的減少或者壓頭的增加都可能立刻造成喘振發(fā)生在擴壓器次同時普通在0.06X~0.33X間頻率對流量敏感，流量減小時，頻率增加和轉(zhuǎn)速有關(guān)，流量與轉(zhuǎn)速之比為常數(shù)。失速的共同特點失速產(chǎn)生一種正進動的次同時徑向振動失速發(fā)生在葉輪和靜件之間時，頻率在0.5X左右沒有流體軸向回流，因此沒有軸向振動振動有幅值調(diào)制，而軸心軌跡圖類似于喘振上圖是壓縮機驅(qū)動端振動瀑布圖，能夠看到次同時在0.08X，產(chǎn)生于出口壓力開始增加時，注意看頻率分量和轉(zhuǎn)速的鎖定關(guān)系。非喘振或失速因素的次同時振動迷宮密封內(nèi)的環(huán)流有潛力產(chǎn)生轉(zhuǎn)子失穩(wěn)，有時用蜂窩密封取代迷宮密封能夠克服轉(zhuǎn)子動力失穩(wěn)問題。這是一種自激振動，類似于油膜渦動和震蕩壓縮機的葉輪本身也產(chǎn)憤怒動失穩(wěn)力如果轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)的動力穩(wěn)定域不夠?qū)?，會產(chǎn)生次同時振動，其頻率經(jīng)常在震蕩時鎖定在轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)的第一階固有頻率。上圖是非喘振、失速的次同時振動例子。能夠看到這個次同時頻率是3000cpm，不隨轉(zhuǎn)速的變化而變化。它是轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)的低階共振頻率。（此例中60Hz為電網(wǎng)頻率），由于軸承為可傾瓦，失穩(wěn)不大可能發(fā)生在軸承內(nèi)，因此判斷不