離心壓縮機(jī)振動故障綜合分析

1、離心壓縮機(jī)振動故障綜合分析故障類別及判別方法：1、轉(zhuǎn)子不平衡引起的振動離心壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子由于受到材質(zhì)和加工裝配技術(shù)等各方面的影響，轉(zhuǎn)子上的質(zhì)量 分布對軸心線成不均勻分布，或認(rèn)為轉(zhuǎn)子的質(zhì)量中心與旋轉(zhuǎn)中心之間總是有偏心 距存在。因此，轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)時將產(chǎn)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(chǎn)生動載荷，也就會引起壓縮機(jī)的振動。轉(zhuǎn)子不平衡是引起壓縮機(jī)振動的最主要、最常見的原因。1.1.1轉(zhuǎn)子不平衡的原因1. 設(shè)計問題：（1）旋轉(zhuǎn)體幾何形狀設(shè)計不對稱，重心不在旋轉(zhuǎn)軸線上。（2）在轉(zhuǎn)子部或外部有未加工的表面，引起質(zhì)量分布不勻。（3）零件在轉(zhuǎn)軸上的配合面粗糙或配合公差

2、不合適，產(chǎn)生徑向或軸向擺動。配 合過松時，髙轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子孔擴(kuò)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)由于 厚度不同而造成質(zhì)量不對稱。（2）、材料較差，易于磨損、變形造成質(zhì)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(zhuǎn)子每裝上 一個葉轎需要進(jìn)行一次動平衡。（4）、材料熱處理不符合條件要求，或殘余應(yīng)力未消除加工和焊接時的扭曲變形, 使轉(zhuǎn)子永久性變形。（5

3、）配合零件不一致造成質(zhì)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(zhuǎn)子來講，一種平行不對中相當(dāng)于對轉(zhuǎn)子加 了一個不平衡負(fù)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(zhuǎn)子，其工作轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子做動平衡，在高速下仍會發(fā)生很大的振動。1.1.2轉(zhuǎn)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(dāng)轉(zhuǎn)動頻率小于固有頻率時，振幅隨轉(zhuǎn)動頻率的增加而增加；當(dāng)轉(zhuǎn)動頻率大于 固有頻率后，轉(zhuǎn)動頻率增加時振幅趨于一個較小的穩(wěn)定值；當(dāng)轉(zhuǎn)動頻率接近于固有頻率時，振 幅具有最大峰值。4當(dāng)工作轉(zhuǎn)速一

4、定時，相位穩(wěn)定。5. 轉(zhuǎn)子的軸心軌跡為橢圓。6 轉(zhuǎn)子的進(jìn)動特征為同步正進(jìn)動。7. 振動的強(qiáng)烈程度對工作轉(zhuǎn)速的變化和敏感。8. 質(zhì)量偏心的矢量域穩(wěn)定于某一允許圍。1.1.3轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子不平衡，但這不是絕對的。對于剛組裝完成的壓縮機(jī)機(jī)組，要確診是不是由于動平衡引起的振動過大，應(yīng)與 下列情況加以區(qū)別：（1）對剛性轉(zhuǎn)子，要排除是否遇到了轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速問題，這就需要通過瀑布 圖或波特圖等來分析，確定轉(zhuǎn)子的固有頻率，看是否與壓縮機(jī)的工作轉(zhuǎn)速相近。（2）工頻分量過大時，還應(yīng)注意是否遇到了基礎(chǔ)共振，這就需要進(jìn)行相位分析 來進(jìn)一步確診?；A(chǔ)共振使機(jī)組各點都以

5、同一頻率和相位進(jìn)行，而由不平衡引起的振動，在 順著旋轉(zhuǎn)方向上各點的振動存在著相位差。（3）當(dāng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)子不平衡引起的振動，除了根據(jù)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速 變化振動隨負(fù)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(zhuǎn)子不平衡振動的主要敏感參數(shù)對于確認(rèn)的轉(zhuǎn)子不平衡振動故障，則應(yīng)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(zhuǎn)子上各零部件是否有松動。（2）檢查轉(zhuǎn)子上是否有結(jié)構(gòu)不對稱的地方。（3）重新對轉(zhuǎn)子做動平衡校驗。2、轉(zhuǎn)子不對中引起的振動壓縮機(jī)組通常都由電機(jī)或汽輪機(jī)、變速機(jī)、壓縮機(jī)組成，機(jī)組各轉(zhuǎn)子之間由 聯(lián)軸器連接而構(gòu)成軸系，傳遞運動和扭矩。由于機(jī)器的安裝誤差、機(jī)組承載后的 變形以及機(jī)組基礎(chǔ)的沉降不均等原因，往往造成機(jī)器工作時各轉(zhuǎn)子的軸線之間產(chǎn) 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(zhuǎn)子系統(tǒng)不對中將 產(chǎn)生一系列有害于機(jī)組的動態(tài)效應(yīng)，導(dǎo)致壓縮機(jī)發(fā)生異常振動。轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不對中 的故障發(fā)生的比較多，因此需要認(rèn)識轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不對中故障的機(jī)理和表現(xiàn)出來

7、的現(xiàn) 象，能夠準(zhǔn)確診斷這種故障。1.2.1轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不對中的形式圖2-1轉(zhuǎn)子不對中的形式1.2.2轉(zhuǎn)子不對中故障的診斷及特征轉(zhuǎn)子不對中的軸系，不僅改變了轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子不對中，使轉(zhuǎn)子受力及支承所受的 附加力是轉(zhuǎn)子發(fā)生異常振動和軸承早期損壞的重要原因。轉(zhuǎn)子不對中的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的主要振動特征為：1）振動頻率是轉(zhuǎn)子工作頻率的2倍；2）由不對中故障產(chǎn)生的對轉(zhuǎn)子的激勵力幅，隨轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子不對中引起的故障及特征1）改變了軸承的油膜壓力負(fù)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(zhuǎn)子的負(fù)荷有關(guān).隨負(fù)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(cè)產(chǎn)生相位差。5）從振動頻率上分析，不同形式的不對中產(chǎn)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(fù)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(jī)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(jìn)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(chǎn)生的自激振動。轉(zhuǎn)子 發(fā)生油膜振蕩時輸入的能量很大.引起轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)零部件的損壞，甚至整個機(jī) 組的毀壞，因此必須深入了解有效防治。3. 1油膜振蕩的機(jī)理3. 1. 1半速渦動與油膜振蕩有些輕載轉(zhuǎn)子半速渦動在較低轉(zhuǎn)速就產(chǎn)生了 從而使轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子仍能平衡工作。但隨著轉(zhuǎn)速的 升髙.半速渦動幅值逐漸增加，直到轉(zhuǎn)速升髙到第一臨界轉(zhuǎn)速的兩倍附近時.渦動頻率與轉(zhuǎn)子一階自振頻率重合。轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)發(fā)生強(qiáng)烈的油膜共振.這種共 振渦動稱為油膜振蕩

10、其頻率為轉(zhuǎn)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(yán)重?fù)p壞軸承和轉(zhuǎn)子。判別是否發(fā)生油膜振蕩是 從振動頻率是否接近轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jī)工作轉(zhuǎn)速避免在一階臨界轉(zhuǎn)速的2倍附近運轉(zhuǎn)。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(cè)可提髙發(fā)生油膜振蕩的轉(zhuǎn)速。4）控制適當(dāng)?shù)妮S瓦預(yù)負(fù)荷：預(yù)負(fù)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(diào)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(zhuǎn)子與氣封間的磨擦為了提髙離心壓縮機(jī)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(zhuǎn)子與氣封的磨 擦。轉(zhuǎn)子與氣封的磨擦有兩種：一種是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動過程中.轉(zhuǎn)子與氣封發(fā)生局部碰 磨。另一種是轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子運動之間為非線性關(guān)系.使轉(zhuǎn)子產(chǎn)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(chǎn)生 轉(zhuǎn)速頻率的1 /2次諧波振動.當(dāng)轉(zhuǎn)速髙于轉(zhuǎn)子一階自振頻率的2倍

13、時.就會產(chǎn)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(chǎn)生很大的磨擦力使轉(zhuǎn)子由正向渦動變?yōu)榉?向渦動。轉(zhuǎn)子發(fā)生大面積磨擦?xí)r.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(zhuǎn)子的進(jìn)動方向如果岀現(xiàn)由正向進(jìn)動.變?yōu)榉聪蜻M(jìn)動.就 表示轉(zhuǎn)子發(fā)生了全磨擦O2）在剛開始發(fā)生磨擦接觸時.由于轉(zhuǎn)子的不平衡.轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子接觸弧的增大.磨擦起到附加的支撐作用.轉(zhuǎn)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(zhuǎn)脫離與喘振5. 1旋轉(zhuǎn)脫離機(jī)理當(dāng)離心式壓縮機(jī)工況發(fā)生變化時

14、如果流過壓縮機(jī)的量減小到一定程度.進(jìn) 入葉輪或擴(kuò)壓器的氣流方向發(fā)生變化，氣流向著葉片工作面產(chǎn)生沖擊.在葉片 非工作面上產(chǎn)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(jìn)1和3葉道.進(jìn)入1葉道的氣體正好沖擊葉片 非工作面.使旋渦減少，而進(jìn)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(tuán)轉(zhuǎn) 速反向傳播.并產(chǎn)生振動。5. 2旋轉(zhuǎn)失速的類型及特征1）類型：旋轉(zhuǎn)失速有漸進(jìn)型和突變型兩種。漸進(jìn)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(kuò)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(kuò)大.占據(jù)較

15、大面積更容易產(chǎn)生較大的氣流脈沖.會引起強(qiáng)烈的機(jī)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(zhuǎn)方向相反做環(huán)向移動. 葉輪 壓力是軸不對稱的。（2）旋轉(zhuǎn)失速產(chǎn)生的振動基本頻率，葉輪失速0. 50. 8轉(zhuǎn)速頻率擴(kuò)壓器失速在 o. r o. 5轉(zhuǎn)速頻率。（3）壓縮進(jìn)入旋轉(zhuǎn)失速后，壓力發(fā)生脈動，但流量基本不變。（4）旋轉(zhuǎn)失速引起 的振動，強(qiáng)度比喘振小。5. 3喘振喘振是突變型失速的進(jìn)一步發(fā)展。當(dāng)氣量進(jìn)一步減小時.壓縮機(jī)整個流量被 氣體旋渦區(qū)所占據(jù).這時壓縮機(jī)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(jī)倒流現(xiàn)象。當(dāng)管網(wǎng)壓力下降到低于壓 縮機(jī)出口壓力時.氣體倒流停止.壓縮機(jī)又恢復(fù)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(fù)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(jī)組產(chǎn)生劇烈振動。振動振幅和頻率與管網(wǎng)容積大小密切相關(guān)。管網(wǎng)容量越 大，喘振頻率越低.振幅越大。多數(shù)大容量機(jī)組的振動頻率lHzo 喘振產(chǎn)生的原因是：1）壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速下降而出口壓力未下降；2）管網(wǎng)壓力升高；3）壓縮機(jī)流量下降；4）壓縮進(jìn)氣溫度高；5）分子量減小;6）壓縮機(jī)進(jìn)氣壓力下降或入口管網(wǎng)阻力增大。6結(jié)論與建議1）壓縮機(jī)的葉輪及隔板結(jié)疤較快，嚴(yán)重影響打氣量和轉(zhuǎn)子的動平衡，