離心壓縮機(jī)之典型振動特征

離心壓縮機(jī)之典型振動特性離心壓縮機(jī)是旋轉(zhuǎn)機(jī)械的一種，遵照通用轉(zhuǎn)子動力學(xué)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(jī)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(shí)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(jī)的性能曲線。上圖是典型的可變轉(zhuǎn)速離心壓縮機(jī)的性能曲線。這里并不展開討論壓縮機(jī)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(jī)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(jī)在不同轉(zhuǎn)速下的等效率曲線，實(shí)線橢圓曲線是最優(yōu)運(yùn)行點(diǎn)（優(yōu)化效率）曲線，如標(biāo)注坐標(biāo)點(diǎn)是壓縮機(jī)運(yùn)行在設(shè)計(jì)運(yùn)行點(diǎn)：100%設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速、流量和壓比點(diǎn)，直線虛線的左上和右下區(qū)域分別代表的是壓縮機(jī)的喘振區(qū)和阻塞區(qū)。中間的區(qū)域是壓縮機(jī)可運(yùn)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(jìn)行有關(guān)分析。壓縮機(jī)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(jī)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(yùn)行或者操作設(shè)計(jì)參數(shù)。實(shí)踐中壓縮機(jī)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(kuò)壓器的入口位置。由于設(shè)計(jì)上它是不可能出現(xiàn)的運(yùn)行區(qū)域，普通也不會有損壓縮機(jī)，因此不在這里討論。喘振喘振是壓縮機(jī)內(nèi)部的一種流體誘導(dǎo)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(jī)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(diǎn)就是壓縮機(jī)內(nèi)氣體的倒流和順流轉(zhuǎn)換，并來回激烈抽動。壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)是壓縮一定體積流速的氣體使其達(dá)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(jī)跳機(jī)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(jī)達(dá)成喘振點(diǎn)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(jī)出口壓力，發(fā)生喘振，氣體回流，壓縮機(jī)運(yùn)行到B點(diǎn)（負(fù)流量）回流造成氣體的壓力差下降，回流減小，負(fù)流量減少，工作點(diǎn)來到C點(diǎn)系統(tǒng)的壓力差繼續(xù)減少，壓縮機(jī)又能夠克服出口后的管線壓力了，壓縮機(jī)的工作點(diǎn)回到性能曲線上的D點(diǎn)。正流量重建，壓縮機(jī)開始壓縮氣體，按照壓力-流量曲線工作，重新達(dá)成喘振點(diǎn)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(jī)與管網(wǎng)的耦合效應(yīng)（猶如電阻和電容）。工作點(diǎn)是壓縮機(jī)性能曲線和管網(wǎng)的共同作用的成果。實(shí)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(jī)或者停機(jī)過程中運(yùn)行在低流量工況運(yùn)行在高壓頭轉(zhuǎn)速減少運(yùn)行操作錯(cuò)誤流程出問題負(fù)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(jī)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(dá)成軸向間隙的極限點(diǎn)，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(dǎo)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(shí)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(shí)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(jìn)而過熱。負(fù)荷的突變可能損壞和驅(qū)動機(jī)相連的聯(lián)軸器，使壓縮機(jī)的葉輪失效，也可能損壞驅(qū)動機(jī)。喘振控制增加壓縮機(jī)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(shí)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(jī)性能曲線中可能有多個(gè)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(hù)機(jī)器還是照顧生產(chǎn)，以確保壓縮機(jī)不會出現(xiàn)失穩(wěn)或影響生產(chǎn)效率。事先通過實(shí)驗(yàn)擬定真實(shí)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(bào)警/控制區(qū)域，避免實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)流體誘導(dǎo)失穩(wěn)，從而保護(hù)機(jī)器。下面是應(yīng)當(dāng)現(xiàn)場修訂性能曲線中的喘振線的理由和注意事項(xiàng)流體失穩(wěn)不僅和壓縮機(jī)有關(guān)，與管網(wǎng)也有關(guān)系需要流量測量設(shè)備OEM在機(jī)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(shí)測擬定機(jī)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(kuò)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(shí)振動特性，以及壓力的波動，造成該級的壓力沒有達(dá)成設(shè)計(jì)升壓水平。而喘振發(fā)生于整個(gè)壓縮機(jī)，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(dāng)入口流速增加時(shí)，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(tuán)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(jī)器的部件帶來明顯的額外載荷，但振動變化影響機(jī)器的操作和運(yùn)行失速減少機(jī)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(jìn)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(shí)的振動。它是流體誘導(dǎo)失穩(wěn)的一種，旋轉(zhuǎn)失速親密相有關(guān)壓縮機(jī)的運(yùn)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(shí)普通在0.5X至0.8X間次同時(shí)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(diǎn)非?？拷顸c(diǎn)，此時(shí)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(kuò)壓器次同時(shí)普通在0.06X~0.33X間頻率對流量敏感，流量減小時(shí)，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(diǎn)失速產(chǎn)生一種正進(jìn)動的次同時(shí)徑向振動失速發(fā)生在葉輪和靜件之間時(shí)，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(jī)驅(qū)動端振動瀑布圖，能夠看到次同時(shí)在0.08X，產(chǎn)生于出口壓力開始增加時(shí)，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(shí)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(shí)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(jī)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(shí)振動，其頻率經(jīng)常在震蕩時(shí)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(shí)振動例子。能夠看到這個(gè)次同時(shí)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