离心式压缩机旋转失速故障机理研究及诊断

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离心式压缩机旋转失速故障机理研究及诊断
引  言
   旋转失速是离心式压缩机运行过程中的一种常见故障。主要是当操作点远离它的设计工况时，气流在流道内产生分离团，造成气流压缩产生不稳定流动，引起机器流通道和管道内的气流压力脉动，造成机器零件或管道的疲劳损坏，或者进而发展为喘振，对机器造成严重的危害。本文将系统的阐述旋转失速的机理和特征，并在此基础上，对一例旋转机械故障进行了诊断。
1.     旋转失速的产生机理
旋转失速的机理首先由H.Emmons在1955年提出的。它的形成过程是当离心式或轴流式压缩机的操作工况发生变动时，如果流过压缩机的气量减小到一定程度后，进入叶轮扩压器流道的气流方向发生变化，气流向着叶片的凸面（称为工作面）冲击，在叶片的凹面附近形成很多气流旋涡，旋涡逐渐增多使流道有效流通面积逐渐减小。当然，进入压缩机的气流在各个流道中的分配不是很均匀，气流旋涡的多少也有差别。如果某一流道中（如图1中的流道2）气流旋涡较多，则通过这个流道的气流就要减少，多余的气流将转向其他流道，再折向前面的流道（流道1）。因为进入的气体冲在叶片的凹面上，把原来凹面上的气流冲掉了许多，因此这个流道的气流就畅通了一些。折向后面流道（流道3）的气流因为冲在叶片的凸面上，使叶片凹面处的气流产生更多的旋涡，堵塞了流道的有效流通面积，迫使该流道中的气流又折向邻近的流道。如此连续发展下去，由旋涡组成的气流堵塞团（称为失速团或失速区）将沿着叶轮旋转的相反方向轮流在各个流道内出现。由于失速区在反向的传播速度小于叶轮的旋转速度，因此从叶轮外某一固定点看去，失速区还是沿着叶轮的旋转方向转动，这就是旋转失速产生的机理。                 
2.     旋转失速的基本特征
（1）旋转失速形成的过程有渐进型和突变型两种。
渐进型失速是随着压缩机气量减小，气流堵塞区所占据的面积逐渐扩大。具体表现为：增压比随流量减少逐渐下降，等转速线上没有间断点；分离区数目随空气流量减少而逐渐下降，且分离区向叶高方向逐步扩展；分离区的移动速度不随分离区数目的增加而变化。
突变型失速是在气量减小到一定程度后，由于失速区迅速扩大，占据较大的面积，因此它易引起较强的气体压力脉动，对压缩机的性能和振动影响较大。具体表现为：分离区数目一般不会太多，只有一个或两个；失速时增压系数急剧下降，在等速线上有间断点；特征线明显分为左上和右下，并出现迟滞现象。
（2）旋转失速过程还有滞后效应。即随着气量减小，压缩机开始进去旋转失速范围，排出压力突然下降一个台阶。但是重新增大流量后，压缩机性能曲线并不按原来的路线变化，而是具有一段流量滞后过程，即当流量上升至原来失速起始点时，压缩机并不能立刻恢复到原来的压力，需要继续增大流量才能使压力有所上升。
3.旋转失速机理和特征研究动态
失速区的形成是一个相当复杂的流体动力过程。其中，旋转失速区的传播速度和失速频率是两个比较重要的问题，因为它在诊断压缩机的振动是否由旋转失速引起具有重要的意义。国内外的科研机构除进行了大量的理论研究外，还在实验室进行了大量的实际测试。
4诊断实例
   某厂一台压缩机因生产过程工艺条件改变，气体流量由正常生产时的29.6 降至28 时，机组发生异常振动，呈危险报警状态，其工作转速为13825 。   
诊断分析：机组振动基频: 13825/60=230.4HZ
5 结论
旋转失速是压缩机运行过程中的常见故障之一，只有掌握了其产生机理和故障特征，加以正确的诊断分析，并采取相应的措施，才能避免其进一步发展为喘振，以保证机组的正常平稳运行。

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