离心压缩机之典型振动特征

离心压缩机之典型振动特性离心压缩机是旋转机械的一种，遵照通用转子动力学理论，也会常见的转子或轴承故障，如不平衡、不对中档。另外，离心压缩机也有其特有的某些振动故障特性：喘振失速非喘振和失速的次同时振动结垢在讨论具体的故障特性之前，有必要引入压缩机的性能曲线。上图是典型的可变转速离心压缩机的性能曲线。这里并不展开讨论压缩机的性能曲线，转速曲线的斜率和诸多因素有关，例如和压缩机的级数有关，级数越多，曲线越陡峭。图中的虚线曲线代表了压缩机在不同转速下的等效率曲线，实线椭圆曲线是最优运行点（优化效率）曲线，如标注坐标点是压缩机运行在设计运行点：100%设计转速、流量和压比点，直线虚线的左上和右下区域分别代表的是压缩机的喘振区和阻塞区。中间的区域是压缩机可运行区域，即喘振极限线和阻塞极限线之间的区域。上述故障可能通过振动传感器检测得到，也能够通过过程参数的变化体现出来。因此工艺参数和振动参数同样重要，精确的故障诊疗规定结合振动和工艺参数，进行有关分析。压缩机的诊疗需要的信息举例：转子振动和轴中心位置慢转速数据轴承的金属温度润滑油温度和压力气体的流量、入口和出口的压力另外，这里并没有列出阻塞极限区域有关的故障，它是给定的转速下压缩机能够解决的最大流量，因而列在这里不是作为一种故障考量，而是看做一种运行或者操作设计参数。实践中压缩机不会出现阻塞工况，它只是简朴地限制最大的流量。如果出现，它可能出现在叶轮或者带叶扩压器的入口位置。由于设计上它是不可能出现的运行区域，普通也不会有损压缩机，因此不在这里讨论。喘振喘振是压缩机内部的一种流体诱导失稳，重要开始发生在后端管网压力不不大于压缩机的出口气体压力，并在管网压力等于入口压力处上下波动。喘振的特点就是压缩机内气体的倒流和顺流转换，并来回激烈抽动。压缩机的设计是压缩一定体积流速的气体使其达成给定的出口压力，但愿单向稳定流动。气体回流会造成振动提高、温度上升，并可能随着特殊的“哮喘、呼啸”般噪声，容易造成压缩机跳机和不可逆损坏。喘振的过程A~B发生喘振，20~50ms；C~D退出喘振，20~120ms,A-B-C-D-A一种周期大概0.3~3s。压缩机达成喘振点A，失去压缩气体的能力出口压力突降，出口管线的压力不不大于压缩机出口压力，发生喘振，气体回流，压缩机运行到B点（负流量）回流造成气体的压力差下降，回流减小，负流量减少，工作点来到C点系统的压力差继续减少，压缩机又能够克服出口后的管线压力了，压缩机的工作点回到性能曲线上的D点。正流量重建，压缩机开始压缩气体，按照压力-流量曲线工作，重新达成喘振点A，完毕一种周期，并继续重复下一种周期。需要注意的是，喘振是一种压缩机与管网的耦合效应（犹如电阻和电容）。工作点是压缩机性能曲线和管网的共同作用的成果。实质上，被上下游的管网压力所固定的压比决定了系统的流量。喘振的可能因素启机或者停机过程中运行在低流量工况运行在高压头转速减少运行操作错误流程出问题负荷变化气体组分变化级间冷却故障滤网或者储罐问题防喘系统故障回流阀故障驱动机问题喘振的特性及其检测轴向振动和轴位移变化明显，轴位移达成轴向间隙的极限点，可能损坏推力瓦。喘振频率大概在0.3~3Hz，频率极低（等于气体回流频率）径向振动的主导频率可能等于气体回流的频率流速/流量的变化动态压力的变化径向振动的频率等于气体的回流频率，因此经常是次同时频率成分，普通为转速频率的10%~20%。气体的回流变化着轴向载荷的方向，因此造成轴向振动的频率与回流频率相似，轴向振动还可能看到幅值调制，喘振时轴心轨迹图形状也会发生变化。这些都是判断喘振的证据，只有对的地识别了故障，才干对症下药，才干药到病除。喘振的后果轴向推力的快速变化可能造成推力瓦的损坏过大的转子振动可能造成摩擦，如造成级间密封的失效等气体的再压造成气体温度持续上升，进而过热。负荷的突变可能损坏和驱动机相连的联轴器，使压缩机的叶轮失效，也可能损坏驱动机。喘振控制增加压缩机的气体流量安装防喘阀（打回流）减小出口压力增加转速喘振的一种图例次同时分量能够通过瀑布图来识别。图中12~30Hz的分量不是精确的单频率谱峰，而是一簇。喘振线的现场测试喘振限制线（SLL）在压缩机性能曲线中可能有多个不同的体现。要根据OEM和最后顾客的不同规定明确下来：是优先保护机器还是照顾生产，以确保压缩机不会出现失稳或影响生产效率。事先通过实验拟定真实的喘振或者旋转失速的位置，就能够在在线性能曲线图中设定报警/控制区域，避免实际运行中出现流体诱导失稳，从而保护机器。下面是应当现场修订性能曲线中的喘振线的理由和注意事项流体失稳不仅和压缩机有关，与管网也有关系需要流量测量设备OEM在机组出厂前并不能精确懂得喘振限在哪里，由于管网及其它工艺条件不同，需要现场实测拟定机组改造后，性能曲线涉及SLL可能漂移，由于可能更换了内部部件、内部有结垢等，都可能变化性能曲线。失速失速有静止部件（扩压器内叶片）内的失速和转动部件（叶轮叶片）内的失速两种。与喘振相比，失速是特定部位的失速，是特定部位的气体回流，流量、升压减少等等。它可能只在某一级失速，经常随着着次同时振动特性，以及压力的波动，造成该级的压力没有达成设计升压水平。而喘振发生于整个压缩机，并常见非常高或者非常低的流速。如果失速发生在叶轮，当入口流速增加时，流量的减小使叶轮的承压面压力趋近于零，叶轮流道相对流速的大幅度减少，使边界层建立并分离，从而造成失速。通道内（叶轮、静止流道、或者两者之间）流团返流失速会产生不均匀的流场，影响振动失速经常是次生效应，是气流阻塞或者流道几何构造的破坏失速不会给机器的部件带来明显的额外载荷，但振动变化影响机器的操作和运行失速减少机器的效率旋转失速旋转失速能够描述为一种非均匀的环流场，其环流场的旋转速度与转子转速不同，该环流场产生一种作用在转子上的不平衡的径向动压力，进而造成转子径向振动。由于该流场的旋转转速慢于转子的转速，因此它产生的是一种次同时的振动。它是流体诱导失稳的一种，旋转失速亲密相有关压缩机的运行参数，如上所述，旋转失速重要分为两种类型：发生在叶轮产生的次同时普通在0.5X至0.8X间次同时与转子的转速有关普通不会发生迟滞：失速的来去与流速直接有关。叶轮的旋转失速往往被看做是喘振的前兆，由于其发生点非常靠近喘振点，此时任何入口流量的减少或者压头的增加都可能立刻造成喘振发生在扩压器次同时普通在0.06X~0.33X间频率对流量敏感，流量减小时，频率增加和转速有关，流量与转速之比为常数。失速的共同特点失速产生一种正进动的次同时径向振动失速发生在叶轮和静件之间时，频率在0.5X左右没有流体轴向回流，因此没有轴向振动振动有幅值调制，而轴心轨迹图类似于喘振上图是压缩机驱动端振动瀑布图，能够看到次同时在0.08X，产生于出口压力开始增加时，注意看频率分量和转速的锁定关系。非喘振或失速因素的次同时振动迷宫密封内的环流有潜力产生转子失稳，有时用蜂窝密封取代迷宫密封能够克服转子动力失稳问题。这是一种自激振动，类似于油膜涡动和震荡压缩机的叶轮本身也产愤怒动失稳力如果转子轴承系统的动力稳定域不够宽，会产生次同时振动，其频率经常在震荡时锁定在转子轴承系统的第一阶固有频率。上图是非喘振、失速的次同时振动例子。能够看到这个次同时频率是3000cpm，不随转速的变化而变化。它是转子轴承系统的低阶共振频率。（此例中60Hz为电网频率），由于轴承为可倾瓦，失稳不大可能发生在轴承内，因此判断不