離心壓縮機振動故障綜合分析

1、離心壓縮機振動故障綜合分析故障類別及判別方法：1、轉子不平衡引起的振動離心壓縮機的轉子由于受到材質和加工裝配技術等各方面的影響，轉子上的質量 分布對軸心線成不均勻分布，或認為轉子的質量中心與旋轉中心之間總是有偏心 距存在。因此，轉子在高速旋轉時將產生周期性的離心力、離心力矩或兩者兼有，這種交變的離心力或 離心力矩就會在軸承上產生動載荷，也就會引起壓縮機的振動。轉子不平衡是引起壓縮機振動的最主要、最常見的原因。1.1.1轉子不平衡的原因1. 設計問題：（1）旋轉體幾何形狀設計不對稱，重心不在旋轉軸線上。（2）在轉子部或外部有未加工的表面，引起質量分布不勻。（3）零件在轉軸上的配合面粗糙或配合公差

2、不合適，產生徑向或軸向擺動。配 合過松時，髙轉速下轉子孔擴大造成偏心。（4）軸上的配合鍵裝于鍵槽，形成局部金屬空缺。（5）軸上轉動部件未對稱安裝，且有配合間隙。2. 材料缺陷：（1）、鑄件有氣孔，造成材料部組織不均勻，材料厚薄不一致如：焊接結構由于 厚度不同而造成質量不對稱。（2）、材料較差，易于磨損、變形造成質量分布不勻。3. 加工與裝配誤差：（1）焊接和澆鑄上的造型缺陷。（2）切削中的切削誤差。（3）葉輪在裝配時配合誤差的累積，引起重心偏移，因此對于高速轉子每裝上 一個葉轎需要進行一次動平衡。（4）、材料熱處理不符合條件要求，或殘余應力未消除加工和焊接時的扭曲變形, 使轉子永久性變形。（5

3、）配合零件不一致造成質量不對稱。如：螺孔深度或螺釘長度不一致等。（6）聯(lián)軸器不對中，對于其中一個轉子來講，一種平行不對中相當于對轉子加 了一個不平衡負荷。因此也表現(xiàn)出不平衡的特征。4. 動平衡的方法不對對于撓性轉子，其工作轉速下的振型與其一階振型有顯著差別。因此僅在低速下 對轉子做動平衡，在高速下仍會發(fā)生很大的振動。1.1.2轉子不平衡的主要振動特征1 振動的時域波形為正弦波。2 頻譜圖中，諧波能量集中于基頻。3當轉動頻率小于固有頻率時，振幅隨轉動頻率的增加而增加；當轉動頻率大于 固有頻率后，轉動頻率增加時振幅趨于一個較小的穩(wěn)定值；當轉動頻率接近于固有頻率時，振 幅具有最大峰值。4當工作轉速一

4、定時，相位穩(wěn)定。5. 轉子的軸心軌跡為橢圓。6 轉子的進動特征為同步正進動。7. 振動的強烈程度對工作轉速的變化和敏感。8. 質量偏心的矢量域穩(wěn)定于某一允許圍。1.1.3轉子不平衡的故障甄別及處理措施一般而言，工頻譜線或一次諧波表示轉子不平衡，但這不是絕對的。對于剛組裝完成的壓縮機機組，要確診是不是由于動平衡引起的振動過大，應與 下列情況加以區(qū)別：（1）對剛性轉子，要排除是否遇到了轉子的臨界轉速問題，這就需要通過瀑布 圖或波特圖等來分析，確定轉子的固有頻率，看是否與壓縮機的工作轉速相近。（2）工頻分量過大時，還應注意是否遇到了基礎共振，這就需要進行相位分析 來進一步確診?；A共振使機組各點都以

5、同一頻率和相位進行，而由不平衡引起的振動，在 順著旋轉方向上各點的振動存在著相位差。（3）當用渦流傳感器測振動位移時，工頻成分也有可能是由于測振部位處軸頸 加工不同心或有橢圓度、表面剩磁等造成的假振動，需用降低轉速的辦法來檢查，如果低速 時振幅與髙速時振幅相近，很可能是一種假振動。因此，要判斷是否轉子不平衡引起的振動，除了根據(jù)轉子不平衡振動的主要特征 外，還要看其敏感參數(shù)，如表1-1所示。振動隨轉速 變化振動隨負荷 變化振動隨油溫 變化振動隨壓力 變化振動隨流量 變化其它識別 方法明顯不明顯不變不變不變低速時振 幅趨于零表11轉子不平衡振動的主要敏感參數(shù)對于確認的轉子不平衡振動故障，則應該查找

6、不平衡的原因，可從如下幾個 方面入手并加以解決：（1）檢查轉子上各零部件是否有松動。（2）檢查轉子上是否有結構不對稱的地方。（3）重新對轉子做動平衡校驗。2、轉子不對中引起的振動壓縮機組通常都由電機或汽輪機、變速機、壓縮機組成，機組各轉子之間由 聯(lián)軸器連接而構成軸系，傳遞運動和扭矩。由于機器的安裝誤差、機組承載后的 變形以及機組基礎的沉降不均等原因，往往造成機器工作時各轉子的軸線之間產 生軸線平行位移、軸線角度位移或綜合位移等對中變化誤差。轉子系統(tǒng)不對中將 產生一系列有害于機組的動態(tài)效應，導致壓縮機發(fā)生異常振動。轉子系統(tǒng)不對中 的故障發(fā)生的比較多，因此需要認識轉子系統(tǒng)不對中故障的機理和表現(xiàn)出來

7、的現(xiàn) 象，能夠準確診斷這種故障。1.2.1轉子系統(tǒng)不對中的形式圖2-1轉子不對中的形式1.2.2轉子不對中故障的診斷及特征轉子不對中的軸系，不僅改變了轉子軸頸與軸承的相互位置和軸承的工作狀態(tài), 同時也降低了軸系的固有頻率。軸系由于轉子不對中，使轉子受力及支承所受的 附加力是轉子發(fā)生異常振動和軸承早期損壞的重要原因。轉子不對中的轉子系統(tǒng)的主要振動特征為：1）振動頻率是轉子工作頻率的2倍；2）由不對中故障產生的對轉子的激勵力幅，隨轉速的升髙而加大；3）激勵力幅與不對中量成正比，隨不對中量的增加，激勵力幅呈線性加大；轉子不對中引起的故障及特征1）改變了軸承的油膜壓力負荷較小的軸承可能引起油膜失穩(wěn).因

8、此.岀現(xiàn)最 大振動往往是緊靠聯(lián)軸器兩端的軸承。2）不對中引起的振幅與轉子的負荷有關.隨負荷的增大而增大，位置低的軸承 振幅比位置高的軸承大.因為低位軸承被架空油膜穩(wěn)定性下降。3）平行不對中主要引起徑向振動.角不對中主要引起軸向振動。4）不對中使聯(lián)軸節(jié)兩側產生相位差。5）從振動頻率上分析，不同形式的不對中產生不同的頻率。2. 2判斷不對中故障的方法1）觀察軸承油膜壓力隨負荷的變化量油膜壓力增大.意味著軸頸與軸承下半 的表面的間隙減小.反之間隙增大。2）測量機組熱態(tài)時的對中情況。3）利用振動信號判斷不對中狀況是目前的常用方法即根據(jù)前面介紹的不對中 的特征進行判斷。往往振動帶有多種因素.既要測徑向振

9、動和軸動向振動.也要 測相位通過多方面的信息.才能正確判斷。3油膜振蕩油膜振蕩是髙速滑動軸承的一種特有故障它是由油膜力產生的自激振動。轉子 發(fā)生油膜振蕩時輸入的能量很大.引起轉子軸承系統(tǒng)零部件的損壞，甚至整個機 組的毀壞，因此必須深入了解有效防治。3. 1油膜振蕩的機理3. 1. 1半速渦動與油膜振蕩有些輕載轉子半速渦動在較低轉速就產生了 從而使轉子變?yōu)椴环€(wěn)定但由于 油膜的剛性和阻尼作用，抑制了渦動幅度.使轉子仍能平衡工作。但隨著轉速的 升髙.半速渦動幅值逐漸增加，直到轉速升髙到第一臨界轉速的兩倍附近時.渦動頻率與轉子一階自振頻率重合。轉子軸承系統(tǒng)發(fā)生強烈的油膜共振.這種共 振渦動稱為油膜振蕩

10、其頻率為轉子的一階自振頻率。3. 1. 2口油膜振蕩的特征油膜振蕩往往來勢很猛.瞬時振幅突然升髙.很快發(fā)生局部油膜破裂。引起軸頸 與軸瓦間的磨擦發(fā)生吼叫聲嚴重損壞軸承和轉子。判別是否發(fā)生油膜振蕩是 從振動頻率是否接近轉速的1 /2.但必須與動靜磨擦區(qū)分開來.動靜磨擦也發(fā) 生半頻振動。首先，觀察振動頻率是否發(fā)生在一階振動頻率上；其次判別是否存 在油膜半速渦動.一般情況下Q /宀的比值在一定轉速圍是不變的。頻譜、軸心軌跡及波形特征是：（1）較大的徑向振動。頻譜中有明顯而穩(wěn)定的渦動頻率分量可能有髙次諧波分 量；（2）軸向振動在渦動頻率處的分量較?。唬?）若在一階臨界轉速頻率處出現(xiàn)峰值.則表明已岀現(xiàn)油

11、膜振蕩；（4）軸心軌 跡呈現(xiàn)雙橢圓或紊亂不重合.軸心軌跡呈現(xiàn) 8字形；（5）時域波形中穩(wěn)定的 周期信號占優(yōu)勢.每轉一周少于一個峰值沒有較大的加速度沖擊現(xiàn)象。3. 2油膜振蕩的防治措施1）避開油膜共振區(qū)：使壓縮機工作轉速避免在一階臨界轉速的2倍附近運轉。2）增加軸承比壓：即增加軸瓦工作面上單位面積所承受的載荷。增加比壓就等于 增加軸頸的偏心率.提髙油膜的穩(wěn)定性。3）減少軸承間隙：軸承間隙減小，側可提髙發(fā)生油膜振蕩的轉速。4）控制適當?shù)妮S瓦預負荷：預負荷為正值.就是軸瓦表面上的曲率半徑大于軸 承圓半徑.等于起到增大偏心距的作用。5）選用抗振好的軸承：圓柱軸承抗抗性最差，其次是橢圓軸承最好的是三油楔

12、和 四油楔軸承。6）調整油溫：升髙油溫，減小油的粘度，可以增加軸頸在軸承的偏心率.有利 于軸頸穩(wěn)定。4轉子與氣封間的磨擦為了提髙離心壓縮機的效率往往把密封間隙、葉輪頂間隙做得較小.以減小氣 體的泄漏.但是小間隙除了會引起流體動力激振外還容易發(fā)生轉子與氣封的磨 擦。轉子與氣封的磨擦有兩種：一種是轉子轉動過程中.轉子與氣封發(fā)生局部碰 磨。另一種是轉子與氣封發(fā)生大弧度磨擦接觸。4. 1發(fā)生局部碰磨的特征發(fā)生局部碰磨時.接觸力和轉子運動之間為非線性關系.使轉子產生次諧 波和髙次諧波振動。局部碰磨一般是不對稱的非線性振動.因此多數(shù)情況下產生 轉速頻率的1 /2次諧波振動.當轉速髙于轉子一階自振頻率的2倍

13、時.就會產生 共振。42發(fā)生大弧度磨擦振動的特征1）大弧度磨擦甚至整周磨擦.會產生很大的磨擦力使轉子由正向渦動變?yōu)榉?向渦動。轉子發(fā)生大面積磨擦時.在波形圖上就會發(fā)生單邊波峰削波現(xiàn)象。 在雙綜示波器上觀察轉子的進動方向如果岀現(xiàn)由正向進動.變?yōu)榉聪蜻M動.就 表示轉子發(fā)生了全磨擦O2）在剛開始發(fā)生磨擦接觸時.由于轉子的不平衡.轉速頻率成分幅值較髙.髙 次諧波中第二、第三次諧波一般并不高，第二次諧波幅值必大于第三次諧波。隨 著轉子接觸弧的增大.磨擦起到附加的支撐作用.轉速頻率幅值有所下降.二、 三次諧波幅值由于附加非線性作用而明顯增加。5旋轉脫離與喘振5. 1旋轉脫離機理當離心式壓縮機工況發(fā)生變化時

14、如果流過壓縮機的量減小到一定程度.進 入葉輪或擴壓器的氣流方向發(fā)生變化，氣流向著葉片工作面產生沖擊.在葉片 非工作面上產生很多氣流旋渦，旋渦逐漸增多使流道流通面積減少。假如2流 道中旋渦較多多余的氣體就會進1和3葉道.進入1葉道的氣體正好沖擊葉片 非工作面.使旋渦減少，而進入了葉道的氣體沖擊工作面使旋渦增多.堵塞流 道的有效流通面積.迫使氣流折向其它流道如此發(fā)展下去.旋渦組成的氣團轉 速反向傳播.并產生振動。5. 2旋轉失速的類型及特征1）類型：旋轉失速有漸進型和突變型兩種。漸進型失速是隨氣量的減小.氣流堵 塞區(qū)所占的面積是逐漸擴大的；突變型失速是在氣量減少到一定程度后失速區(qū) 迅速擴大.占據(jù)較

15、大面積更容易產生較大的氣流脈沖.會引起強烈的機器和 管道的振動。2）特征：（1）失速區(qū)氣體減速流動依次在各個葉道出現(xiàn)與旋轉方向相反做環(huán)向移動. 葉輪 壓力是軸不對稱的。（2）旋轉失速產生的振動基本頻率，葉輪失速0. 50. 8轉速頻率擴壓器失速在 o. r o. 5轉速頻率。（3）壓縮進入旋轉失速后，壓力發(fā)生脈動，但流量基本不變。（4）旋轉失速引起 的振動，強度比喘振小。5. 3喘振喘振是突變型失速的進一步發(fā)展。當氣量進一步減小時.壓縮機整個流量被 氣體旋渦區(qū)所占據(jù).這時壓縮機岀口壓力會突然下降。但是有較大容量的管網(wǎng)壓 力并不會馬上下降.岀現(xiàn)管網(wǎng)氣體向壓縮機倒流現(xiàn)象。當管網(wǎng)壓力下降到低于壓 縮機出口壓力時.氣體倒流停止.壓縮機又恢復到原來壓力后又會出現(xiàn)整個 流道的旋渦區(qū)。這樣周而復始.岀現(xiàn)了壓力和流量周期性的脈動.并發(fā)岀低頻吼 叫.機組產生劇烈振動。振動振幅和頻率與管網(wǎng)容積大小密切相關。管網(wǎng)容量越 大，喘振頻率越低.振幅越大。多數(shù)大容量機組的振動頻率lHzo 喘振產生的原因是：1）壓縮機轉速下降而出口壓力未下降；2）管網(wǎng)壓力升高；3）壓縮機流量下降；4）壓縮進氣溫度高；5）分子量減小;6）壓縮機進氣壓力下降或入口管網(wǎng)阻力增大。6結論與建議1）壓縮機的葉輪及隔板結疤較快，嚴重影響打氣量和轉子的動平衡，