旋转类机械故障分析:失速与喘振

发布时间: 2022年09月06日

标签: 行业干货


汽轮机、往复式压缩机、风机、泵、水轮机等设备依靠旋转动作完成相应功能,我们统称这样的机械设备为旋转类机械。旋转类机械被广泛应用于能源、石化、煤炭、半导体等行业,且大多为大型机械设备。通过应用PreMaint设备健康管理解决方案我们能够实现对旋转类设备的实时检测与预测性维护,过往数据显示其主要的振动故障有不平衡、不对中、松动等,本文将对旋转类机械常见的失速与喘振故障进行分析。

一、旋转失速

 > 故障分析

旋转失速是压缩机中最常见的一种故障。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。

因此,我们可以观察到失速区沿转子的转动方向以低于工频的速度移动,故称分离区这种相对叶栅的旋转运动为旋转失速。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的一种危险性更大的不稳定的气动现象,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,则将引起强烈振动,使叶片疲劳损坏造成事故。

>旋转失速的特征

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1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。

 

二、喘振

> 故障分析

喘振除了与压缩机内部的气体流动情况有关之外,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,用来克服管网的阻力。

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某一值时,出口压力会很快下降,然而由于管网的容量较大,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,因此,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,恢复到正常的工作状态。但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。如此周而复始产生了气体强烈的低频脉动现象——喘振。

>喘振的特征

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;

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如何能在第一时间发现设备故障及原因?通过PreMaint设备健康管理解决方案,我们就可以来实现对旋转类设备的实时检测与预测性维护。设备现场采集到的多源数据通过网络传输到远程诊断中心,在中心室基于PreMaint可以实时监测设备数据,通过诊断分析工具来实时评估设备健康状态。

 

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