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      旋轉機械常見振動故障及原因分析

          【壓縮機網】旋轉機械是指主要依靠旋轉動作完成特定功能的機械,典型的旋轉機械有汽輪機、燃氣輪機、離心式和軸流式壓縮機風機、水輪機、發電機和航空發動機等,廣泛應用于電力、石化、冶金和航空航天等部門。
       
        大型旋轉機械一般安裝有振動監測保護和故障診斷系統,旋轉機械主要的振動故障有不平衡、不對中、碰摩和松動等,但誘發因素多樣。本文就旋轉設備中,常見的振動故障原因進行分析,與大家共同分享。
       
        一、旋轉機械運轉產生的振動
       
        機械振動中包含著從低頻到高頻各種頻率成分的振動,旋轉機械運轉時產生的振動也是同樣的。軸系異常(包括轉子部件)所產生的振動頻率特征如表1。
       
      旋轉機械常見振動故障及原因分析
       
        二、振動故障原因分析
       
        1、旋轉失速
       
        旋轉失速是壓縮機中最常見的一種不穩定現象。當壓縮機流量減少時,由于沖角增大,葉柵背面將發生邊界層分離,流道將部分或全部被堵塞。這樣失速區會以某速度向葉柵運動的反方向傳播。
       
        實驗表明,失速區的相對速度低于葉柵轉動的絕對速度,失速區沿轉子的轉動方向以低于工頻的速度移動,這種相對葉柵的旋轉運動即為旋轉失速。
       
        旋轉失速使壓縮機中的流動情況惡化,壓比下降,流量及壓力隨時間波動。在一定轉速下,當入口流量減少到某一值時,機組會產生強烈的旋轉失速。強烈的旋轉失速會進一步引起整個壓縮機組系統產生危險性更大的不穩定氣動現象,即喘振。此外,旋轉失速時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,將會引起強烈振動,使葉片疲勞損壞造成事故。
       
        旋轉失速故障的識別特征:
       
        1) 振動發生在流量減小時,且隨著流量的減小而增大;
       
        2) 振動頻率與工頻之比為小于1X的常值;
       
        3) 轉子的軸向振動對轉速和流量十分敏感;
       
        4) 排氣壓力有波動現象;
       
        5) 流量指示有波動現象;
       
        6) 機組的壓比有所下降,嚴重時壓比可能會突降;
       
        7) 分子量較大或壓縮比較高的機組比較容易發生。
       
        2、喘振
       
        旋轉失速嚴重時可以導致喘振。喘振除了與壓縮機內部的氣體流動情況有關,還同與之相連的管道網絡系統的工作特性有密切的聯系。
       
        壓縮機總是和管網聯合工作的。為了保證一定的流量通過管網,必須維持一定壓力來克服管網的阻力。機組正常工作時的出口壓力是與管網阻力相平衡的。但當壓縮機的流量減少到一定值時,出口壓力會很快下降。由于管網容量較大,管網中的壓力并不馬上降低。于是,管網中的氣體壓力反而大于壓縮機的出口壓力,此時,管網中的氣體就倒流回壓縮機,一直到管網中的壓力下降到低于壓縮機出口壓力為止。這時,壓縮機又開始向管網供氣,壓縮機的流量增大,恢復到正常工作狀態。當管網中的壓力又回到原來的壓力時,壓縮機的流量又減少,系統中的流體又倒流。如此周而復始,就產生了喘振現象。
       
        喘振故障的識別特征:
       
        1) 產生喘振故障的對象為氣體壓縮機組或其它帶長管道、容器的氣體動力機械;
       
        2) 喘振發生時,機組的入口流量小于相應轉速下的最小流量;
       
        3) 喘振時,振動的幅值會大幅度波動;
       
        4) 喘振時,振動的特征頻率一般在1-15Hz之內;與壓縮機后面相聯的管網及容器的容積大小成反比;
       
        5) 機組及與之相連的管道等附著物及地面都發生強烈振動;
       
        6) 出口壓力呈大幅度的波動;
       
        7) 壓縮機的流量呈大幅度的波動;
       
        8) 電機驅動的壓縮機組的電機電流呈周期性的變化;
       
        9) 喘振時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。
       
      旋轉機械常見振動故障及原因分析
       
        3、流體動力激振
       
        旋葉片通過頻率(BPF)=葉片數目×轉速頻率。在風機和壓縮機中,這種葉片通過頻率總是有的,通常不成為故障。但是,如果泵中旋轉葉片與靜止的擴壓器之間的間隙在圓周方向上不均勻,就可能產生大幅值的葉片通過頻率(BPF)及其諧波頻率。有時葉片通過頻率(BPF)或其諧波頻率與系統的某自然頻率一致,產生較大振動。如果葉輪摩擦環卡住軸承,或者焊接固定的擴壓器葉片損壞,則可能產生大的葉片通過頻率(BPF)振動。管道的突然彎曲會妨礙流體流動,阻尼器、泵或風機轉子與其殼體中心不重合都會引起葉片通過頻率(BPF)的大振動。
       
      旋轉機械常見振動故障及原因分析
       
        4、紊流
       
        風機中由于風機流道或管道中空氣的壓力或速度變化,常常出現紊流,隨之產生隨機的低頻振動。低頻振動在50-2000r/min頻率范圍內比較典型,過大的紊流也可能激起寬帶高頻振動。
      旋轉機械常見振動故障及原因分析
       
        5、氣穴
       
        氣穴通常隨機產生較高頻率的寬帶能量,有時伴有葉片通過頻率的諧波頻率。氣穴通常是進口流量不足引起的。存在氣穴時,常常發出像卵石通過泵時的聲音。如果不采取措施排除,氣穴會局部侵蝕葉輪的葉片。
      旋轉機械常見振動故障及原因分析
       
        三、加強檢測與預防
       
        為使機械設備的異常在初期階段就能被發現,必須對設備進行定期檢測,檢測周期的長短要視異常程度大小而定。異常嚴重的必須縮短檢測周期。這一點非常重要,但是,過分縮短檢測周期是不經濟的。
       
        決定檢測周期時必須注意:
       
        ·設備過去的異常履歷和發生異常的周期
       
        ·設備的劣化速度
       
        對過去有異常履歷的設備,檢測周期應為發生周期的1/10以下。而像磨損故障這一類劣化是慢慢進行的設備,檢測周期即使長一點也是足夠的。但是對于高速旋轉體,故障一旦產生立即會導致故障的設備,希望每天檢測或在線監測。
       
        以下是各類設備的標準檢測周期(是一個基本周期),如檢測數據變化加劇或達到判定基準的注意區域時,必須縮短檢測周期。
       
      旋轉機械常見振動故障及原因分析
       
        一般情況下,軸承劣化初期,劣化是慢慢進展的,這時如不作適當處置,劣化就會激烈進展。因此,對軸承來說,檢測周期應比其它設備或部件短,盡可能每天檢測較放心。另外,檢測周期不應固定不變。如果,檢測值同判定基準對照處在很正常狀態時,則周期可固定不變,但當進入注意區域時,檢測周期應縮短,這一點很重要。

      標簽: 原因分析振動故障  

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