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机械振动故障中的喘振实例一


 某大型化肥厂的二氧化碳压缩机组由汽轮机和压缩机组成。压缩机分为2缸、4段、13级。高压缸为2段共6级叶轮,低压缸为2段共7级叶轮。低压缸工作转速6546r/min,高压缸工作转速13234r/min,中间通过增速齿轮连接。正常出口流量应为9400m3/h。但投产后不久,因生产的原因,将流量下降至额定流量的66%左右,机器第四段的轴振动达58um,而且髙压缸机壳和第四段出口管道振动剧烈,其至把高压导淋管振裂。当开大“四回一”防喘阀以后,振幅可下降至50um,然而机器剧烈振动的现象还难以消除。频谱分析显示,一个55Hz及其倍频成分占有显著的地位,其幅值随通频振幅的增大而增大,转速频率成分的幅值则基本保持不变。

高压缸四段轴振动和气压脉动频谱.png

  从频谱图[图3-17(c)]上看出,55Hz低频成分是引起机器振动的主要因素,伹属何种原因尚不很清楚。分析四段轴振动信号和四段出口气流压力脉动信号随工况的变化过程,可得到该机故障原因的信息。

  图3-17为高压缸四段轴振动和气流压力脉动的频谱图(压力脉动信号直接从四段出口管线上用压力传感器测取)。当四段出口压力为llMPa时,振动测点测得的通频值为37um,频谱图上除了转速频率219Hz成分外,无明显的低频成分出现,压力脉动的信号也比较小,见图 3-17(a)和(b)。

  在升压过程中,当测点通频振幅增至47um时,轴振动频谱图和压力脉动信号频谱图上均突然出现55Hz的低频及其倍频成分,见图3-17(c)和(d)。图3-17(d)中,55Hz、110Hz、165Hz、220Hz等都是55Hz的倍频成分。

继而在小流量区域出口压力升到14MPa以上时,通频振幅达60um,55Hz的低频及其倍频成分则始终存在。

  当压缩机背压降低,流量上升后,通频振幅下降至一定值,55Hz低频成分随之消失。

  由以上的变工况试验可见,55Hz低频成分是随出口压力升髙和流量下降而出现的,又随背压下降和流量增加而消失, 因此诊断55Hz的低频成分是压缩机高压缸旋转失速所产生的一种气体动力激振频率,这一振动频率严重地危及机器的安全运转。最后通过加装“四回四”管线(即从四段出口加一旁通管至四段入口,并在其间加一调节阀),调节“四回四”,或“四回一”阀门,适当增加四段供气量,四段轴振动就由原来的高振幅下降至22um,机器强烈振动情况也就隨之消失。