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空调维护专题

离心压缩机振动故障分析和检测五大项
发布时间:2020-03-11 09:02浏览次数:

振动是压缩机的常见故障,振动过大会影响压缩机的可靠运行,给生产造成很大的损失。因此,保证压缩机的安全可靠运行,对提高生产效率及经济效益有重要的意义。离心式压缩机振动现象主要是由喘振、转子不平衡、对中不良、联轴器故障、轴承缺陷等造成的。

工作原理

离心压缩机工作的基本原理是利用高速旋转的叶轮带动气体一起旋转而产生离心力,从而将能量传递给气体,使气体压力升高,速度增大,气体获得了压力能和动能。在叶轮后部设置有通流截面逐渐扩大的扩压元件(扩压器),从叶轮流出的高速气体在扩压器内进行降速增压,使气体的部分动能转变为压力能。

一、离心压缩机的振动故障

1. 振动之转子不平衡

离心式压缩机由转子和定子两大部分组成。

  • 转子:转轴、固定在轴上的叶轮、轴套、联轴节、平衡盘等零部件。

  • 定子:气缸、气缸上的隔板、轴承等零件。

(1) 转子不平衡产生的原因

转子不平衡是由于转子部件质量偏心、制造误差、装配误差以及材质不均匀或转子部件出现缺损造成的故障。

(2) 转子不平衡的组成

  • 原始不平衡

  • 渐发性不平衡

  • 突发性不平衡

原始不平衡是由于制造误差配误差以及材质不均匀等原因造成的,在投用之初就会有较大的振动。

渐发性不平衡是由于转子上不均匀结垢、介质中粉尘的不均匀沉积、介质中颗粒对叶片及叶轮的不均匀磨损等原因引起的转子不平衡,表现为振动值随着运行时间的延长而逐渐增大。

突发性不平衡是由于转子部件脱落或叶轮流道异物附着卡塞造成,机组振值会突然增大后稳定在一定水平。

转子力学模型

2. 维修方法

(1) 转子进行全部清洗,磨损部位打磨光滑,放到机床上检查轴弯曲及跳动。

(2) 随后进行动平衡试验。

(3) 全部更换磨损坏的气封平衡气封,检查间隙符合技术要求更换进口端支撑轴瓦。

(4) 动静环重新研磨刻槽,辅助密封圈全部更换,经试验符合技术要求。

二、振动之喘振

1. 产生原因

内因:压缩机的流量过小,小于压缩机的最小流量(或者说由于压缩机的背压高于其最高排压)导致机内出现严重的气体旋转分离。

外因:管网的压力高于压缩机所能提供的排压,造成气体倒流,并产生大幅度的气流脉动。

2. 喘振的判断

由于喘振的危害较大,操作人员应能及时判别,压缩机的喘振一般可从以下几个方面判别:

(1) 听测压缩机出口管路气流的噪声。当压缩机接近喘振工况时,排气管道中会发生周期性时高时低“呼哧呼哧”的噪声。当进人喘振工况时,噪声立即大增,甚至出现爆音。

(2) 观测压缩机出口压力和进口流量的变化。喘振时,会出现周期性的、大幅度的脉动,从而引起测量仪表指针大幅度地摆动。

(3) 观测压缩机的机体和轴承的振动情况。喘振时,机体、轴承的振动振幅显著增大,机组发生强烈的振动。

3. 抗喘振控制方法

正常生产中造成压缩机喘振主要是负荷突降所致,而负荷的升降是由工艺所决定的。为了使压缩机不出现喘振,需要确保在任意转速下,通过压缩机的实际流量都不小于喘振极限所对应的流量。根据这一思路,设计了很多种抗喘振控制方法 ,如:固定极限流量法、可变极限流量法。

固定极限流量法

可变极限流量法

4. 防喘振措施

(1) 操作者应掌握、了解该机器的性能曲线,特别是防喘振曲线。

(2) 降低运行转速,可以降低流量而不至于发生喘振,但出口压力随之减小。

(3) 在首级或各级设置导叶运动机构,用来调节减少气体进入时的正冲角。

(4) 在压缩机出口设置旁通管道,采用旁路调节。

(5) 在压缩机出口进口设置流量、温度检测仪表一旦发生喘振立即报警。

(6) 操作者应全面了解机器原理和操作原理及时采取有效措施。

三、振动之联轴器故障

由于离心压缩机具有高速回转、大功率以及运转时难免有一定振动的特点,所用的联轴器既要能够传递大扭矩,又要允许径向和轴向有少许位移,所以一般常用的是齿形联轴节,依靠齿形和啮合传递扭矩,这种联轴节需要润滑剂。

由于联轴器故障引起的振动主要因素可能有:

  • 联轴器的安装尺寸不合标准。

  • 联轴器本身选型有问题。

  • 气封间隙的扩大以及进气流线的改变增加了机组轴向力。

  • 压缩机与同轴机器在运行中逐渐不同心。

1. 处理措施

(1) 重新调整压缩机与同轴机器的同心度及张口值到规定范围内,调整好后对压缩机左右两侧重新增加定位螺丝,以保证压缩机与同轴机器的同心在左右方向上不得变位跑动。

(2) 重新更改级间管道支撑 ,将级间管道刚性支撑全部更改为加弹簧的可调位移式柔性支撑,新改的柔性支撑架高度以管道自然下降后的高度为准,通过支顶螺丝调整支架高度。

(3) 为了增强联轴器的抗疲劳强度,磨制垫片,按间隔方式增加在联轴器膜片与法兰之间,联轴器的总长度就增加了。

四、故障的检测

离心式压缩机在正常工作状态下其振动信号比较平稳和规则,一旦出现故障会产生异常振动信号。该振动信号由于非常微弱以及能量很小,常被周期性振动信号和大量随机噪声所淹没。

传统的诊断方法是对振动信号通过快速傅里叶变换(FFT)进行频域分析或通过倒谱分析来识别故障。这种方法严格地说只适用于分析平稳和具有高斯分布的信号,而由于离心式压缩机振动故障信号表现为非平稳性,且故障信号一般比较微弱,因此,诊断往往比较困难。

对弱信号具有较强检测能力的小波变换

根据离心式压缩机发生故障时信号中隐含周期性冲击的特点,将信号分解到不同频段上,若某频段上存在与理论计算相对应的故障特征频率,则可判断离心式压缩机振动发生了该类故障。

五、小结

  1. 压缩机喘振、进口带液是离心式压缩机组常见的也是比较危险的一种工况,一旦发生严重的喘振会对机组造成严重的损坏,所以要及时发现并避免。

  2. 提高操作及维护人员技术水平,及时发现故障苗头并采取措施是避免故障的关键。

  3. 确保设备硬件的可靠运行是保护机组安全运行的保证,如:防喘振系统的控制阀、流量计、压力变送器等应定期检查试验,保证其测量数据准确,反应灵敏。

  4. 在故障状态,如:突然停机、停电、停气等要及时准确调节工艺系统与压缩机转速、出进口压力 / 差压的平衡,一旦不能确保要以保护机组为第一要素,及时把机组切断或停机。

  5. 一些防止机组损坏的辅助保障措施连锁要好用,如机组振动连锁,一旦机组发生喘振,振动值必然变化很大,甚至超过连锁值,只要振动连锁可靠,也能确保机组及时停机,避免故障扩大。

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