压缩机网 >杂志精华>正文

旋转机械常见振动故障及原因分析

   【压缩机网】旋转机械是指主要依靠旋转动作完成特定功能的机械,典型的旋转机械有汽轮机、燃气轮机、离心式和轴流式压缩机风机、水轮机、发电机和航空发动机等,广泛应用于电力、石化、冶金和航空航天等部门。
 
  大型旋转机械一般安装有振动监测保护和故障诊断系统,旋转机械主要的振动故障有不平衡、不对中、碰摩和松动等,但诱发因素多样。本文就旋转设备中,常见的振动故障原因进行分析,与大家共同分享。
 
 
  一、旋转机械运转产生的振动
 
  机械振动中包含着从低频到高频各种频率成分的振动,旋转机械运转时产生的振动也是同样的。轴系异常(包括转子部件)所产生的振动频率特征如表1。
 
旋转机械常见振动故障及原因分析
 
  二、振动故障原因分析
 
  1、旋转失速
 
  旋转失速是压缩机中最常见的一种不稳定现象。当压缩机流量减少时,由于冲角增大,叶栅背面将发生边界层分离,流道将部分或全部被堵塞。这样失速区会以某速度向叶栅运动的反方向传播。
 
  实验表明,失速区的相对速度低于叶栅转动的绝对速度,失速区沿转子的转动方向以低于工频的速度移动,这种相对叶栅的旋转运动即为旋转失速。
 
  旋转失速使压缩机中的流动情况恶化,压比下降,流量及压力随时间波动。在一定转速下,当入口流量减少到某一值时,机组会产生强烈的旋转失速。强烈的旋转失速会进一步引起整个压缩机组系统产生危险性更大的不稳定气动现象,即喘振。此外,旋转失速时压缩机叶片受到一种周期性的激振力,如旋转失速的频率与叶片的固有频率相吻合,将会引起强烈振动,使叶片疲劳损坏造成事故。
 
  旋转失速故障的识别特征:
 
  1) 振动发生在流量减小时,且随着流量的减小而增大;
 
  2) 振动频率与工频之比为小于1X的常值;
 
  3) 转子的轴向振动对转速和流量十分敏感;
 
  4) 排气压力有波动现象;
 
  5) 流量指示有波动现象;
 
  6) 机组的压比有所下降,严重时压比可能会突降;
 
  7) 分子量较大或压缩比较高的机组比较容易发生。
 
  2、喘振
 
  旋转失速严重时可以导致喘振。喘振除了与压缩机内部的气体流动情况有关,还同与之相连的管道网络系统的工作特性有密切的联系。
 
  压缩机总是和管网联合工作的。为了保证一定的流量通过管网,必须维持一定压力来克服管网的阻力。机组正常工作时的出口压力是与管网阻力相平衡的。但当压缩机的流量减少到一定值时,出口压力会很快下降。由于管网容量较大,管网中的压力并不马上降低。于是,管网中的气体压力反而大于压缩机的出口压力,此时,管网中的气体就倒流回压缩机,一直到管网中的压力下降到低于压缩机出口压力为止。这时,压缩机又开始向管网供气,压缩机的流量增大,恢复到正常工作状态。当管网中的压力又回到原来的压力时,压缩机的流量又减少,系统中的流体又倒流。如此周而复始,就产生了喘振现象。
 
  喘振故障的识别特征:
 
  1) 产生喘振故障的对象为气体压缩机组或其它带长管道、容器的气体动力机械;
 
  2) 喘振发生时,机组的入口流量小于相应转速下的最小流量;
 
  3) 喘振时,振动的幅值会大幅度波动;
 
  4) 喘振时,振动的特征频率一般在1-15Hz之内;与压缩机后面相联的管网及容器的容积大小成反比;
 
  5) 机组及与之相连的管道等附着物及地面都发生强烈振动;
 
  6) 出口压力呈大幅度的波动;
 
  7) 压缩机的流量呈大幅度的波动;
 
  8) 电机驱动的压缩机组的电机电流呈周期性的变化;
 
  9) 喘振时伴有周期性的吼叫声,吼叫声的大小与所压缩气体的分子量和压缩比成正比。
旋转机械常见振动故障及原因分析
 
  3、流体动力激振
 
  旋叶片通过频率(BPF)=叶片数目×转速频率。在风机和压缩机中,这种叶片通过频率总是有的,通常不成为故障。但是,如果泵中旋转叶片与静止的扩压器之间的间隙在圆周方向上不均匀,就可能产生大幅值的叶片通过频率(BPF)及其谐波频率。有时叶片通过频率(BPF)或其谐波频率与系统的某自然频率一致,产生较大振动。如果叶轮摩擦环卡住轴承,或者焊接固定的扩压器叶片损坏,则可能产生大的叶片通过频率(BPF)振动。管道的突然弯曲会妨碍流体流动,阻尼器、泵或风机转子与其壳体中心不重合都会引起叶片通过频率(BPF)的大振动。
 
旋转机械常见振动故障及原因分析
 
  4、紊流
 
  风机中由于风机流道或管道中空气的压力或速度变化,常常出现紊流,随之产生随机的低频振动。低频振动在50-2000r/min频率范围内比较典型,过大的紊流也可能激起宽带高频振动。
旋转机械常见振动故障及原因分析
 
  5、气穴
 
  气穴通常随机产生较高频率的宽带能量,有时伴有叶片通过频率的谐波频率。气穴通常是进口流量不足引起的。存在气穴时,常常发出像卵石通过泵时的声音。如果不采取措施排除,气穴会局部侵蚀叶轮的叶片。
 
旋转机械常见振动故障及原因分析
 
  三、加强检测与预防
 
  为使机械设备的异常在初期阶段就能被发现,必须对设备进行定期检测,检测周期的长短要视异常程度大小而定。异常严重的必须缩短检测周期。这一点非常重要,但是,过分缩短检测周期是不经济的。
 
  决定检测周期时必须注意:
 
  ·设备过去的异常履历和发生异常的周期
 
  ·设备的劣化速度
 
  对过去有异常履历的设备,检测周期应为发生周期的1/10以下。而像磨损故障这一类劣化是慢慢进行的设备,检测周期即使长一点也是足够的。但是对于高速旋转体,故障一旦产生立即会导致故障的设备,希望每天检测或在线监测。
 
  以下是各类设备的标准检测周期(是一个基本周期),如检测数据变化加剧或达到判定基准的注意区域时,必须缩短检测周期。
 
旋转机械常见振动故障及原因分析
 
  一般情况下,轴承劣化初期,劣化是慢慢进展的,这时如不作适当处置,劣化就会激烈进展。因此,对轴承来说,检测周期应比其它设备或部件短,尽可能每天检测较放心。另外,检测周期不应固定不变。如果,检测值同判定基准对照处在很正常状态时,则周期可固定不变,但当进入注意区域时,检测周期应缩短,这一点很重要。

标签: 原因分析振动故障  

网友评论

条评论

最新评论

今日推荐