旋转失速与喘振是高速离心压缩机特有的一种振动故障。这种故障是由于流体流动分离造成的,设备本身一般没有明显的结构缺陷,因而不需要停工检修,通过调节流量即可使振动减至允许值。 当旋转脱离进一步发展为喘振时,不仅会引起机组效率下降,而且还会对机器造成严重危害。喘振会导致机器内部密封件、轴承等损坏,严重的甚至会导致转子弯曲、联轴器损坏。喘振是离心压缩机等流体机械运行最恶劣、最危险的工况之一,对机器危害很大。对这种危害性极大但又不需要停机即可处理的故障,最能显示出状态监测与故障诊断工作的作用与效益。 1、旋转失速与喘振故障的诊断依据见表1和表2。
表1 旋转失速与喘振的振动特征
表2 旋转失速与喘振的振动敏感参数
当机器的旋转脱离团激励转子发生旋转失速时,旋转失速角频率 因而ωs有可能由于接近转子的固有频率而发生共振。另一方面,旋转失速的振动特征往往由于ωs≈ 而易与油膜涡动或油膜振荡故障混淆,给诊断工作造成困难。在此提出这两种不同故障的甄别方法如表3所示。
表3 甄别旋转失速与油膜振荡的主要方法
2、旋转失速与喘振的故障原因与治理措施 旋转失速与喘振的故障原因与治理措施如表4所示。
表4 旋转失速与喘振的故障原因及治理措施
3、诊断实例 例1:某厂的一台压缩机是生产的关键设备,因生产过程工艺条件的改变,气体流量由正常生产时的29.6km3 /h降至28km3/h时,机组发生异常振动,呈危险报警状态。其工作转速为13825r/min时,振动信号的频谱图及轴心轨迹如图4和图5所示。
图4 频谱图
图5 轴心轨迹
诊断分析: 机组振动基频为:f=13825÷60=230.4Hz 为进行故障分析,将图4中主要谐波列出如表5所示。
表5 图5中频谱图各谐波频率及产生原因
分析可知,频率57. 6Hz是由4个旋转脱离团形成的特征峰值,即fs=f/4=57. 6Hz。其他各次谐波分别为倍频成分及和频与差频组合频率。 诊断意见:该压缩机是在流量低于正常条件的非设计工况下运行,其轴心轨迹紊乱,呈不规则状态,而其频谱中有明显成对出现的次谐波以及组合频率等。 该机组的工作转速基频为f = 230. 4Hz a旋转失误频率fS = 57. 6Hz ,它是由4个气体脱离团形成的特征峰值,其成对出现的特征频率为:f-fs=230.4-57.6=172.8Hz和f+fs=203.4+57.6=287. 9Hz,其余各谐波为具有非线性特征的组合频率。根据以上主要症兆,诊断该机组的异常振动原因为旋转失速。 治理措施:建议打开回流阀,增加压缩机入口流量,以消除旋转失速。 生产验证:打开回流阀后,频率为57. 6Hz、115. 2Hz及172. 8Hz,287. 9Hz的各次谐波全部消失,机组运行平稳,恢复正常运行。
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