压缩机旋转失速与喘振简介：最常见的不稳定现象
来源：优感设备诊断中心公众号
旋转失速与喘振是高速离心压缩机特有的一种振动故障，也是最常见的一种不稳定现象。这种故障是由于流体流动分离造成的，设备一般没有明显的结构缺陷，因而不需要停工检修，通过调节流量即可使振动减至允许值。
当旋转脱离进一步发展为喘振时，不仅会引起机组效率下降，而且还会对机器造成严重危害。喘振会导致机器内部密封件、轴承等损坏，严重的甚至会导致转子弯曲、联轴器损坏。喘振是离心压缩机等流体机械运行最恶劣、最危险的工况之一，对机器危害很大。对这种危害性极大但又不需要停机即可处理的故障，最能显示出状态监测与故障诊断工作的作用与效益。
压缩机存在旋转失速时的波形频谱图
一、旋转失速的机理
旋转失速在叶轮内产生的压力波动是激励转子发生异常振动的激励力，激励力的大小与气体的相对分子质量有关，如果气体的相对分子质量较大，激励力也较大，对机器的运行影响也就比较大。
流体机械的旋转时速故障一般来说总是存在的，但它并不一定能激励转子使机组发生强烈振动，只有当旋转失速的频率域机组的某一固有频率耦合时，机器才有可能发生共振，出现危险振动。
当压缩机流量减少时，由于冲角增大，叶栅背面将发生边界层分离，流道将部分或全部被堵塞。这样失速区会以某速度向叶栅运动的反方向传播。实验表明，失速区的相对速度低于叶栅转动的绝对速度。因此，我们可以观察到失速区沿转子的转动方向以低于工频的速度移动，故称分离区，这种相对叶栅的旋转运动为旋转失速。旋转失速使压缩机中的流动情况恶化，流量及压力随时间波动。在一定转速下，当入口流量减少到某一值时，机组会产生强烈的旋转失速。强烈的旋转失速会进一步引起，整个压缩机组系统的一种危险性更大的不稳定的气动现象，即喘振。此外，旋转失速时压缩机叶片受到一种周期性的激振力，如旋转失速的频率与叶片的固有频率相吻合，则将引起强烈振动，使叶片疲劳损坏造成事故。
旋转失速的识别特征：
振动发生在流量减小时，且随着流量的减小而增大；
振动频率与工频之比为小于1的常值；
转子的轴向振动对转速和流量十分敏感；
排气压力有波动现象；
流量指示有波动现象；
机组的压比有所下降，严重时压比可能会突降；
分子量较大或压缩比较高的机组比较容易发生。
二、喘振的机理
旋转失速严重时可以导致喘振，但二者并不是一回事。喘振除了与压缩机内部的气体流动情况有关之外，还同与之相连的管道网络系统的工作特性有密切的联系。
压缩机总是和管网联合工作的，为了保证一定的流量通过管网，必须维持一定压力，用来克服管网的阻力。机组正常工作时的出口压力是与管网阻力相平衡的。但当压缩机的流量减少到某一值时，出口压力会很快下降，然而由于管网的容量较大，管网中的压力并不马上降低，于是，管网中的气体压力反而大于压缩机的出口压力，因此，管网中的气体就倒流回压缩机，一直到管网中的压力下降到低于压缩机出口压力为止。这时，压缩机又开始向管网供气，压缩机的流量增大，恢复到正常的工作状态。但当管网中的压力又回到原来的压力时，压缩机的流量又减少，系统中的流体又倒流。如此周而复始产生了气体强烈的低频脉动现象——喘振。
由喘振引起的机器振动频率、振幅与管网容积大小密切相关，管网容积越大，喘振频率越低，振幅越大。一些机器的排气管网容量非常大，此时喘振频率甚至小于1Hz。
喘振故障的识别特征：
产生喘振故障的对象为气体压缩机组或其它带长管道、容器的气体动力机械；
喘振发生时，机组的入口流量小于相应转速下的最小流量；
喘振时，振动的幅值会大幅度波动；
喘振时，振动的特征频率一般在1~15Hz之内；
与压缩机后面相联的管网及容器的容积大小成反比；
机组及与之相连的管道等附着物及地面都发生强烈振动；
出口压力呈大幅度的波动；
压缩机的流量呈大幅度的波动；
电机驱动的压缩机组的电机电流呈周期性的变化；
喘振时伴有周期性的吼叫声，吼叫声的大小与所压缩气体的分子量和压缩比成正比。
三、旋转失速和喘振的振动特征
四、旋转失速与喘振的振动敏感参数
五、甄别旋转失速和油膜振荡的主要方法
六、旋转失速与喘振的故障原因及处理措施
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