【壓縮機(jī)網(wǎng)】旋轉(zhuǎn)失速與喘振是高速離心壓縮機(jī)特有的一種振動(dòng)故障，也是最常見的一種不穩(wěn)定現(xiàn)象。這種故障是由于流體流動(dòng)分離造成的，設(shè)備一般沒有明顯的結(jié)構(gòu)缺陷，因而不需要停工檢修，通過(guò)調(diào)節(jié)流量即可使振動(dòng)減至允許值。

 

　　當(dāng)旋轉(zhuǎn)脫離進(jìn)一步發(fā)展為喘振時(shí)，不僅會(huì)引起機(jī)組效率下降，而且還會(huì)對(duì)機(jī)器造成嚴(yán)重危害。喘振會(huì)導(dǎo)致機(jī)器內(nèi)部密封件、軸承等損壞，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致轉(zhuǎn)子彎曲、聯(lián)軸器損壞。喘振是離心壓縮機(jī)等流體機(jī)械運(yùn)行最惡劣、最危險(xiǎn)的工況之一，對(duì)機(jī)器危害很大。對(duì)這種危害性極大但又不需要停機(jī)即可處理的故障，最能顯示出狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷工作的作用與效益。

　　

　　壓縮機(jī)存在旋轉(zhuǎn)失速時(shí)的波形頻譜圖

　　一、旋轉(zhuǎn)失速的機(jī)理

 

　　旋轉(zhuǎn)失速在葉輪內(nèi)產(chǎn)生的壓力波動(dòng)是激勵(lì)轉(zhuǎn)子發(fā)生異常振動(dòng)的激勵(lì)力，激勵(lì)力的大小與氣體的相對(duì)分子質(zhì)量有關(guān)，如果氣體的相對(duì)分子質(zhì)量較大，激勵(lì)力也較大，對(duì)機(jī)器的運(yùn)行影響也就比較大。

 

　　流體機(jī)械的旋轉(zhuǎn)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(lì)轉(zhuǎn)子使機(jī)組發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)，只有當(dāng)旋轉(zhuǎn)失速的頻率域機(jī)組的某一固有頻率耦合時(shí)，機(jī)器才有可能發(fā)生共振，出現(xiàn)危險(xiǎn)振動(dòng)。

 

　　當(dāng)壓縮機(jī)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(qū)會(huì)以某速度向葉柵運(yùn)動(dòng)的反方向傳播。實(shí)驗(yàn)表明，失速區(qū)的相對(duì)速度低于葉柵轉(zhuǎn)動(dòng)的絕對(duì)速度。因此，我們可以觀察到失速區(qū)沿轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)方向以低于工頻的速度移動(dòng)，故稱分離區(qū)，這種相對(duì)葉柵的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)失速。旋轉(zhuǎn)失速使壓縮機(jī)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(zhuǎn)速下，當(dāng)入口流量減少到某一值時(shí)，機(jī)組會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)失速。強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)失速會(huì)進(jìn)一步引起，整個(gè)壓縮機(jī)組系統(tǒng)的一種危險(xiǎn)性更大的不穩(wěn)定的氣動(dòng)現(xiàn)象，即喘振。此外，旋轉(zhuǎn)失速時(shí)壓縮機(jī)葉片受到一種周期性的激振力，如旋轉(zhuǎn)失速的頻率與葉片的固有頻率相吻合，則將引起強(qiáng)烈振動(dòng)，使葉片疲勞損壞造成事故。

 

　　旋轉(zhuǎn)失速的識(shí)別特征：

 

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

 

　　振動(dòng)頻率與工頻之比為小于1的常值；

 

　　轉(zhuǎn)子的軸向振動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)速和流量十分敏感；

 

　　排氣壓力有波動(dòng)現(xiàn)象；

 

　　流量指示有波動(dòng)現(xiàn)象；

 

　　機(jī)組的壓比有所下降，嚴(yán)重時(shí)壓比可能會(huì)突降；

 

　　分子量較大或壓縮比較高的機(jī)組比較容易發(fā)生。

 

　　二、喘振的機(jī)理

 

　　旋轉(zhuǎn)失速嚴(yán)重時(shí)可以導(dǎo)致喘振，但二者并不是一回事。喘振除了與壓縮機(jī)內(nèi)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(tǒng)的工作特性有密切的聯(lián)系。

 

　　壓縮機(jī)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(jī)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(dāng)壓縮機(jī)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(jī)的出口壓力，因此，管網(wǎng)中的氣體就倒流回壓縮機(jī)，一直到管網(wǎng)中的壓力下降到低于壓縮機(jī)出口壓力為止。這時(shí)，壓縮機(jī)又開始向管網(wǎng)供氣，壓縮機(jī)的流量增大，恢復(fù)到正常的工作狀態(tài)。但當(dāng)管網(wǎng)中的壓力又回到原來(lái)的壓力時(shí)，壓縮機(jī)的流量又減少，系統(tǒng)中的流體又倒流。如此周而復(fù)始產(chǎn)生了氣體強(qiáng)烈的低頻脈動(dòng)現(xiàn)象——喘振。

 

　　由喘振引起的機(jī)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(jī)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(shí)別特征：

 

　　產(chǎn)生喘振故障的對(duì)象為氣體壓縮機(jī)組或其它帶長(zhǎng)管道、容器的氣體動(dòng)力機(jī)械；

 

　　喘振發(fā)生時(shí)，機(jī)組的入口流量小于相應(yīng)轉(zhuǎn)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(nèi)；

 

　　與壓縮機(jī)后面相聯(lián)的管網(wǎng)及容器的容積大小成反比；

 

　　機(jī)組及與之相連的管道等附著物及地面都發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)；

 

　　出口壓力呈大幅度的波動(dòng)；

 

　　壓縮機(jī)的流量呈大幅度的波動(dòng)；

 

　　電機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)組的電機(jī)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(zhuǎn)失速和喘振的振動(dòng)特征

 

　　

　　四、旋轉(zhuǎn)失速與喘振的振動(dòng)敏感參數(shù)

 

　　

　　五、甄別旋轉(zhuǎn)失速和油膜振蕩的主要方法

 

　

　　六、旋轉(zhuǎn)失速與喘振的故障原因及處理措施