【壓縮機網(wǎng)】旋轉失速與喘振是高速離心壓縮機特有的一種振動(dòng)故障，也是最常見(jiàn)的一種不穩定現象。這種故障是由于流體流動(dòng)分離造成的，設備一般沒(méi)有明顯的結構缺陷，因而不需要停工檢修，通過(guò)調節流量即可使振動(dòng)減至允許值。

 

　　當旋轉脫離進(jìn)一步發(fā)展為喘振時(shí)，不僅會(huì )引起機組效率下降，而且還會(huì )對機器造成嚴重危害。喘振會(huì )導致機器內部密封件、軸承等損壞，嚴重的甚至會(huì )導致轉子彎曲、聯(lián)軸器損壞。喘振是離心壓縮機等流體機械運行最?lèi)毫?、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(tài)監測與故障診斷工作的作用與效益。

　　

　　壓縮機存在旋轉失速時(shí)的波形頻譜圖

　　一、旋轉失速的機理

 

　　旋轉失速在葉輪內產(chǎn)生的壓力波動(dòng)是激勵轉子發(fā)生異常振動(dòng)的激勵力，激勵力的大小與氣體的相對分子質(zhì)量有關(guān)，如果氣體的相對分子質(zhì)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(shí)速故障一般來(lái)說(shuō)總是存在的，但它并不一定能激勵轉子使機組發(fā)生強烈振動(dòng)，只有當旋轉失速的頻率域機組的某一固有頻率耦合時(shí)，機器才有可能發(fā)生共振，出現危險振動(dòng)。

 

　　當壓縮機流量減少時(shí)，由于沖角增大，葉柵背面將發(fā)生邊界層分離，流道將部分或全部被堵塞。這樣失速區會(huì )以某速度向葉柵運動(dòng)的反方向傳播。實(shí)驗表明，失速區的相對速度低于葉柵轉動(dòng)的絕對速度。因此，我們可以觀(guān)察到失速區沿轉子的轉動(dòng)方向以低于工頻的速度移動(dòng)，故稱(chēng)分離區，這種相對葉柵的旋轉運動(dòng)為旋轉失速。旋轉失速使壓縮機中的流動(dòng)情況惡化，流量及壓力隨時(shí)間波動(dòng)。在一定轉速下，當入口流量減少到某一值時(shí)，機組會(huì )產(chǎn)生強烈的旋轉失速。強烈的旋轉失速會(huì )進(jìn)一步引起，整個(gè)壓縮機組系統的一種危險性更大的不穩定的氣動(dòng)現象，即喘振。此外，旋轉失速時(shí)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(dòng)，使葉片疲勞損壞造成事故。

 

　　旋轉失速的識別特征：

 

　　振動(dòng)發(fā)生在流量減小時(shí)，且隨著(zhù)流量的減小而增大；

 

　　振動(dòng)頻率與工頻之比為小于1的常值；

 

　　轉子的軸向振動(dòng)對轉速和流量十分敏感；

 

　　排氣壓力有波動(dòng)現象；

 

　　流量指示有波動(dòng)現象；

 

　　機組的壓比有所下降，嚴重時(shí)壓比可能會(huì )突降；

 

　　分子量較大或壓縮比較高的機組比較容易發(fā)生。

 

　　二、喘振的機理

 

　　旋轉失速?lài)乐貢r(shí)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(dòng)情況有關(guān)之外，還同與之相連的管道網(wǎng)絡(luò )系統的工作特性有密切的聯(lián)系。

 

　　壓縮機總是和管網(wǎng)聯(lián)合工作的，為了保證一定的流量通過(guò)管網(wǎng)，必須維持一定壓力，用來(lái)克服管網(wǎng)的阻力。機組正常工作時(shí)的出口壓力是與管網(wǎng)阻力相平衡的。但當壓縮機的流量減少到某一值時(shí)，出口壓力會(huì )很快下降，然而由于管網(wǎng)的容量較大，管網(wǎng)中的壓力并不馬上降低，于是，管網(wǎng)中的氣體壓力反而大于壓縮機的出口壓力，因此，管網(wǎng)中的氣體就倒流回壓縮機，一直到管網(wǎng)中的壓力下降到低于壓縮機出口壓力為止。這時(shí)，壓縮機又開(kāi)始向管網(wǎng)供氣，壓縮機的流量增大，恢復到正常的工作狀態(tài)。但當管網(wǎng)中的壓力又回到原來(lái)的壓力時(shí)，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(chǎn)生了氣體強烈的低頻脈動(dòng)現象——喘振。

 

　　由喘振引起的機器振動(dòng)頻率、振幅與管網(wǎng)容積大小密切相關(guān)，管網(wǎng)容積越大，喘振頻率越低，振幅越大。一些機器的排氣管網(wǎng)容量非常大，此時(shí)喘振頻率甚至小于1Hz。

 

　　喘振故障的識別特征：

 

　　產(chǎn)生喘振故障的對象為氣體壓縮機組或其它帶長(cháng)管道、容器的氣體動(dòng)力機械；

 

　　喘振發(fā)生時(shí)，機組的入口流量小于相應轉速下的最小流量；

 

　　喘振時(shí)，振動(dòng)的幅值會(huì )大幅度波動(dòng)；

 

　　喘振時(shí)，振動(dòng)的特征頻率一般在1~15Hz之內；

 

　　與壓縮機后面相聯(lián)的管網(wǎng)及容器的容積大小成反比；

 

　　機組及與之相連的管道等附著(zhù)物及地面都發(fā)生強烈振動(dòng)；

 

　　出口壓力呈大幅度的波動(dòng)；

 

　　壓縮機的流量呈大幅度的波動(dòng)；

 

　　電機驅動(dòng)的壓縮機組的電機電流呈周期性的變化；

 

　　喘振時(shí)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(dòng)特征

 

　　

　　四、旋轉失速與喘振的振動(dòng)敏感參數

 

　　

　　五、甄別旋轉失速和油膜振蕩的主要方法

 

　

　　六、旋轉失速與喘振的故障原因及處理措施