1、Chap 4 往復壓縮機故障分析和管道振動2021-12-28工業裝備故障診斷技術1q 往復壓縮機的故障類型往復壓縮機的故障類型 熱力學參數異常 主要零部件故障 振動異常q 示功圖及閥片運動規律的測量與故障分析示功圖及閥片運動規律的測量與故障分析q 氣流壓力脈動與管道振動氣流壓力脈動與管道振動 Chap 4 往復壓縮機故障分析和管道振動2021-12-28工業裝備故障診斷技術2Chap 4 往復壓縮機故障分析和管道振動2021-12-28工業裝備故障診斷技術3Chap 4 往復壓縮機故障分析和管道振動2021-12-28工業裝備故障診斷技術4Chap 4 往復壓縮機故障分析和管道振動2021-

2、12-28工業裝備故障診斷技術5 壓縮機故障一般都是在設計、制造、安裝和操作中產生的問題。曾有人對某化工廠使用的往復式壓縮機故障率進行調查，發現屬于設計缺陷產生的故障僅占6%；屬于零件制造質量低劣的故障占46%；屬于不遵守操作規程造成的故障占40%；屬于安裝檢修質量不符合要求的故障占8%。 往復式壓縮機的故障種類雖多，但從反映故障狀態的監測參數（征兆參數）上可分為兩大類：一類故障征兆表現在機器的熱力參數變化上，如機器的排氣量變化，吸、排氣壓力變化，各部分溫度變化以及油路、水路故障所表現出來的熱力參數變化。另一類故障征兆表現在機器的動力性能參數變化上，如壓縮機主要零部件的缺陷、磨損、損壞和斷裂故

3、障所表現出來的機器振動和不正常聲音，還有各種原因引發的管道振動。Chap 4 往復壓縮機故障分析和管道振動2021-12-28工業裝備故障診斷技術61.傳遞動力部分曲軸、連桿、十字頭、活塞銷、活塞等零部件的故障。2.氣體的進出及其密封部分氣缸、進氣和排氣閥門、彈簧、閥片、活塞環、填料函及排氣量調節裝置等部分的故障。3.輔助部分包括水、氣、油三路的各種冷卻器、緩沖器、分離器、油泵、安全閥及各種管路系統方面的故障。Chap 4 往復壓縮機故障分析和管道振動2021-12-28工業裝備故障診斷技術74.1 往復式壓縮機的故障類型與故障原因往復式壓縮機的故障類型與故障原因4.1.1 壓縮機熱力參數異常

4、及其故障原因 吸、排氣壓力不正常吸、排氣壓力不正常 吸氣壓力低 吸氣壓力高 排氣壓力低 排氣壓力高 壓力不穩定 溫度不正常 吸氣溫度高 排氣溫度高 氣缸過熱 軸承過熱 活塞桿過熱 曲軸兩端蓋發熱 排氣量降低 壓縮機的各級吸氣閥漏氣 氣缸內泄漏與外泄漏 吸氣受阻 系統外泄漏 冷卻器效率低 壓縮機轉速降低 Chap 4 往復壓縮機故障分析和管道振動2021-12-28工業裝備故障診斷技術8氣閥故障氣閥故障 往復式壓縮機有60%以上的故障發生在氣閥上，據某石化公司煉油廠對循環氫壓縮機的故障統計，氣閥故障引起的停機次數占總停機次數的85%以上。氣閥一旦發生故障，馬上影響壓縮機的產氣量，降低效率，浪費能

5、源。閥件破損后碎塊落入氣缸，引起氣缸拉毛，活塞和活塞環損壞，帶來更為嚴重的問題。 疲勞破壞由于閥片承受著頻繁的撞擊載荷和彎曲交變載荷，閥片容易產生疲勞破壞。閥片磨損環狀閥片與導向塊工作面之間產生的摩擦磨損，可減弱閥片強度，降低使用壽命。閥片材料缺陷材料夾渣、夾層、裂紋等缺陷引起閥片應力集中。介質腐蝕壓縮介質本身有腐蝕性或介質中含有水份，工作時沖刷閥片，破壞閥片表面保護膜，在閥片局部地方出現腐蝕麻點和空洞，引起應力集中，產生腐蝕疲勞破壞。 閥閥 片片 損損 壞壞4.1.2 壓縮機主要零部件的機械故障Chap 4 往復壓縮機故障分析和管道振動2021-12-28工業裝備故障診斷技術9 彈簧變形時與

6、彈簧孔壁發生摩擦磨損，強度下降而斷裂 彈簧從閥片全閉到全啟，其載荷由預壓縮力變化到最大壓縮力，承受脈動循環載荷，引起疲勞破壞 介質對彈簧表面腐蝕，產生麻點、凹坑，引起應力集中，加速彈簧疲勞破壞 材質不符合要求，彈簧的加工、熱處理有缺陷 氣氣 閥閥 彈彈 簧簧 損損 壞壞 4.1.2 壓縮機主要零部件的機械故障Chap 4 往復壓縮機故障分析和管道振動2021-12-28工業裝備故障診斷技術104.1.2 壓縮機主要零部件的機械故障 閥座密封面不平，表面粗糙度達不到要求 密封面被碰傷 閥片變形、破裂 閥隙通道有異物卡住 氣體溫度高，潤滑油易變成碳渣卡住封面。石油氣壓縮機，溫度和壓力越高，聚合物積

7、碳越嚴重，碳渣粘著在閥片和閥座上，使氣閥漏氣 彈簧力過小 彈簧端面與軸線不垂直 閥座、閥片嚴重磨損 氣氣 閥閥 漏漏 氣氣Chap 4 往復壓縮機故障分析和管道振動2021-12-28工業裝備故障診斷技術11活塞桿斷裂活塞桿斷裂 往復式壓縮機的活塞桿斷裂事故也較常見，據報導約占重大事故的25%左右，活塞桿斷裂，不僅損壞活塞和氣缸，而且還由于其它零部件的連鎖性破壞，使易燃、易爆或有毒氣體向外泄漏，帶來人員傷亡、生產裝置毀壞等一系列嚴重事故?；钊麠U發生斷裂的地方多數是在活塞連接處與十字頭連接處，其原因一般是：（1）活塞桿的螺紋由于螺紋牙型圓角半徑小，應力集中嚴重，容易在循環載荷下產生裂紋和斷裂。因

8、此對大型壓縮機須用滾壓加工，用以消除應力集中。（2）退刀槽、卸荷槽、螺紋表面的粗糙度達不到要求，容易產生表面裂紋。（3）活塞桿的材質和熱處理有問題，例如存在粗晶、魏氏體組織、偏析以及強度和塑性不符合要求。（4）連接螺紋松動或連接螺紋的預緊力不足。（5）某一級因其他故障原因而嚴重超載。（6）活塞桿跳動量過大。（7）工藝氣體腐蝕。 Chap 4 往復壓縮機故障分析和管道振動2021-12-28工業裝備故障診斷技術12連桿螺栓斷裂連桿螺栓斷裂 連桿螺栓在工作時承受很大的交變載荷和幾倍于活塞力的預緊力，因此對它不僅要求具有足夠的靜強度，更重要的是要有較高的耐疲勞能力。對其結構形狀、應力集中情況和裝配精

9、度等方面都有嚴格要求。連桿螺栓斷裂的原因有：（1）連桿螺栓擰得太緊或太松。擰得太緊，螺栓承受過大拉力而折斷；寧得太松，工作時螺母松動，連桿大頭瓦在連桿體內晃動，螺栓承受過大的沖擊力而折斷。（2）開口銷折斷引起連桿螺栓松動、斷裂。（3）連桿螺栓疲勞斷裂。（4）連桿螺栓的材質、鍛壓、熱處理、加工、探傷和裝配有問題。（5）連桿大頭瓦過熱，活塞卡住或超負荷運轉，連桿螺栓因承受過大應力而折斷。（6）運動部件出現故障，對連桿螺栓產生較大沖擊載荷。（7）長期使用達50008000小時，未對連桿螺栓進行磁粉探傷和殘余變形測量。如果螺栓有萬分之一以上殘余變形者均應報廢。Chap 4 往復壓縮機故障分析和管道振動

10、2021-12-28工業裝備故障診斷技術13曲軸斷裂曲軸斷裂曲軸承受較大的交變載荷和摩擦磨損，對疲勞強度和耐磨性要求較高。曲軸多數發生拐臂處斷裂，曲軸斷裂的原因有：（1）壓縮機地基與電動機基礎發生不均勻沉降，使聯軸器嚴重不對中，曲軸承受巨大的附加載荷。（2）壓縮機超載或在緊急停機時產生的劇烈沖擊。（3）安裝不正確或工作中氣缸軸線發生變化，與曲軸軸線不垂直，使曲軸承受附加彎矩。（4）軸瓦在曲軸上裝配不良，支承面貼合不均，間隙過小，軸承發熱，軸頸拉溝、咬住或彎曲變形。（5）軸頸與曲拐過渡圓角是最嚴重的應力集中點，該處最容易發生疲勞斷裂。圓角半徑一般取r=(0.050.09)d(d為曲拐銷直徑)，其

11、表面粗糙度不大于0.4。（6）設計不合理、材質不良、熱處理不合要求，探傷不及時等Chap 4 往復壓縮機故障分析和管道振動2021-12-28工業裝備故障診斷技術14活塞卡住、咬住或撞裂活塞卡住、咬住或撞裂（1）潤滑油質量低劣，注油器供油中斷，發生干摩擦，因摩擦發熱，阻力增大被卡住、咬住。（2）氣缸冷卻水供應不足，或氣缸過熱狀態下突然通冷卻水強烈冷卻，使氣缸急劇收縮（抱缸），把活塞咬住。（3）氣缸帶液（例如，制冷壓縮機吸入蒸發器中的液體造成“沖缸”；壓縮機吸入氣體太潮濕，氣體被壓縮后有水份析出，發生氣缸“水擊”），可撞裂活塞，甚至擊破氣缸。（4）氣缸與活塞間隙太小。（5）氣缸內掉入活塞螺母、氣

12、閥碎片等堅硬物，活塞撞擊時碎裂。（6）活塞材質不良、鑄件質量低劣，強度達不到要求。 Chap 4 往復壓縮機故障分析和管道振動2021-12-28工業裝備故障診斷技術154.1.3 壓縮機故障振動分析 往復式壓縮機由于存在旋轉慣性力、往復慣性力及力矩，將會引起機器和基礎的振動。除了這種機械運動引起的振動之外，往復式壓縮機由于間歇性吸氣和排氣，氣流的壓力脈動還會引起管路振動。如果氣流脈動頻率恰好與氣柱或管道自振頻率相同，就會產生管道共振，這種共振將帶來嚴重的后果，不僅引起壓縮機和基礎、管道各連接部分松動，嚴重時甚至會振裂管道。 壓縮機機體振幅的大小與機器的結構型式有關。我國現行往復式壓縮機機械振

13、動測量與評價標準（GB/T7777-87）是通過對壓縮機機體外表面不同高度和不同方向上（X、Y、Z三個方向）進行振動測量，取其最大的振動速度有效值作為壓縮機振動烈度的評定值。壓縮機按不同結構型式分為四類，各類壓縮機的振動烈度不允許超過中規定的極限值。對于天然氣工業用的壓縮機標準則以美國石油學會標準API618為基礎。Chap 4 往復壓縮機故障分析和管道振動2021-12-28工業裝備故障診斷技術164.1.3 壓縮機故障振動分析 往復式壓縮機旋轉慣性力和往復慣性力分析2.曲柄連桿機構的旋轉慣性力和往復慣性力曲柄連桿機構的旋轉慣性力和往復慣性力 1.活塞的位移、速度和加速度活塞的位移、速度和加

14、速度 )2cos1 (4)cos1( rx)2sin2(sinrdtdxx )2cos(cos2rdtxdx 2rmFrr)2cos(cos2rmxmFssI cos21rmFsI2cos22rmFsI一階往復慣性力一階往復慣性力: 二階往復慣性力二階往復慣性力: Chap 4 往復壓縮機故障分析和管道振動2021-12-28工業裝備故障診斷技術174.1.3 壓縮機故障振動分析 往復式壓縮機由于存在旋轉慣性力、往復慣性力及力矩，將會引起機器和基礎的振動。除了這種機械運動引起的振動之外，往復式壓縮機由于間歇性吸氣和排氣，氣流的壓力脈動還會引起管路振動。如果氣流脈動頻率恰好與氣柱或管道自振頻率相

15、同，就會產生管道共振，這種共振將帶來嚴重的后果，不僅引起壓縮機和基礎、管道各連接部分松動，嚴重時甚至會振裂管道。 上述這些振動問題往往是設計、制造中產生的。另外，往復式壓縮機由于安裝和操作不當也會帶來一些故障振動問題。經?？赡馨l生振動的部位和原因：1. 振動故障振動故障Chap 4 往復壓縮機故障分析和管道振動2021-12-28工業裝備故障診斷技術184.1.3 壓縮機故障振動分析1. 振動故障振動故障 氣缸與底座調整不良，連接螺栓松動 氣缸與活塞環磨損或間隙太大 氣缸余隙太小，活塞在往復運動中碰撞閥座，發出沉悶的金屬撞擊聲和振動 活塞和閥座上的螺栓螺母因松動而落入氣缸，發生敲擊振動 氨制冷

16、壓縮機和臨界溫度較低的氣體容易發生氣缸帶液，在氣缸內發生液體沖擊 壓縮機運行中曾中斷供水，閥門、缸壁、活塞溫度迅速上升，在高溫下突然通入冷卻水冷卻氣缸，使缸壁驟然冷卻而抱住活塞，產生很大振動，甚至嚴重損壞缸體和活塞 氣氣 缸缸 振振 動動Chap 4 往復壓縮機故障分析和管道振動2021-12-28工業裝備故障診斷技術194.1.3 壓縮機故障振動分析1. 振動故障振動故障機機 體體 振振 動動 往復慣性力和力矩沒有平衡好 曲軸中心線與機身滑道中心線不垂直 對稱平衡型壓縮機機身的主軸承不同心，機身水平度不符合要求 地腳螺松松動，運動部件連接不牢，基礎剛性不好，底座不均勻下沉 聯軸器對中不良，或

17、機體基礎與電動機底座不均勻下沉 主軸承間隙過大或軸瓦磨損 連桿大頭和曲拐銷之間間隙過大，曲拐銷向反方向運動時對大頭瓦產生撞擊 十字上下滑板與十字頭滑道間隙過大。具有浮動銷的十字頭，十字頭銷能在銷孔中轉動，雖然磨損均勻，但磨損后沖擊和振動較大 活塞桿彎曲或活塞桿連接螺母松動 活塞桿負載過大，連桿軸承損壞 Chap 4 往復壓縮機故障分析和管道振動2021-12-28工業裝備故障診斷技術204.1.3 壓縮機故障振動分析1. 振動故障振動故障壓縮機機體振動引起基礎振動基礎結構薄弱，與機體或管道某一部分發生共振由壓縮機振動等原因產生基礎下沉 基礎振動基礎振動2. 噪聲故障噪聲故障 往復式壓縮機運行過

18、程中，各運動部件會發出有節奏的與轉速一致的正常響聲，有經驗的工人能從不同響聲中判斷出壓縮機運行是否正常。當響聲有刺耳的噪聲、撞擊聲和不規則的節奏時，他們可立即判定機器運轉不正常，甚至能判斷故障發生的大致部位。 常用的監測手段是用聽棒測聽機器各個部位，也可用機械故障聽診器，它是利用加速度傳感器拾取的信號經過濾波、放大，通過耳機測聽，比聽棒有更高的靈敏度和信噪比。 Chap 4 往復壓縮機故障分析和管道振動2021-12-28工業裝備故障診斷技術214.1.3 壓縮機故障振動分析振動和噪聲故障振動和噪聲故障 往復式壓縮機由于運動部件機構復雜，零部件多，產生故障振動和故障聲音是由多種原因產生的，而且

19、各種激勵力對機器外殼上某測點的振動響應，由于傳輸途徑的干擾也往往難以識別故障。 往復式壓縮機的故障頻譜圖不同于旋轉機械，它除了工頻成分之外，往往伴有許多高倍頻成分，而且它們的幅值也較高。高倍頻成分上的能量集中可能是反映出主軸承磨損、活塞撞擊、閥碰撞等故障。 往復式壓縮機進行故障振動和聲音的狀態監測，相對其他旋轉機械來說難度較大，故障診斷的研究工作開展得還不很普遍。有必要有意義對活塞式壓縮機狀態監測與故障診斷技術進行深入研究，研制出有一定特色且切實可行的在線監測系統。 Chap 4 往復壓縮機故障分析和管道振動2021-12-28工業裝備故障診斷技術224.1.3 壓縮機故障振動分析往復壓縮機需

20、監測的狀態量及其測量分析方法振動和噪聲故障振動和噪聲故障Chap 4 往復壓縮機故障分析和管道振動2021-12-28工業裝備故障診斷技術234.1.3 壓縮機故障振動分析 某鋼鐵廠空壓機站有多臺2D12-100/8型空氣壓縮機，曾出現過多起一、二級氣缸十字頭連桿斷裂事故和基礎底腳螺栓松動引起振動的故障。該機型為2列、對稱平衡式，結構布置如圖4-6所示。機器的技術參數如下：排氣量102m3/min 一級排氣壓力：0.2MPa 二級排氣壓力：0.8MPa軸功率：540kw 轉速：500r/min故障實例：對稱平衡式空壓機的故障振動診斷故障實例：對稱平衡式空壓機的故障振動診斷Chap 4 往復壓縮

21、機故障分析和管道振動2021-12-28工業裝備故障診斷技術244.1.3 壓縮機故障振動分析故障實例：對稱平衡式空壓機的故障振動診斷故障實例：對稱平衡式空壓機的故障振動診斷1). 多臺壓縮機運行期間，第一次監測，發現該型壓縮機的3號機比4號機在測點上的振動值高出很多，從測點H方向的頻譜圖上可見，3號機的工頻成分幅值為2.1mm/s，3倍頻、5倍頻成分的幅值也非常高，而對比4號機同測點同方向上的工頻成分幅值，僅為0.4mm/s。由此確定3號機存在故障，由于測點位于靠聯軸節端的軸承座上，初步診斷為聯軸節對中不良或該端機座松動。經過檢查，發現曲軸箱靠電動機端的底座地腳螺釘確定松動情況嚴重，引起該處

22、測點很高的振幅。停機后緊固地腳螺栓，振幅就大幅度下降。 Chap 4 往復壓縮機故障分析和管道振動2021-12-28工業裝備故障診斷技術254.1.3 壓縮機故障振動分析故障實例：對稱平衡式空壓機的故障振動診斷故障實例：對稱平衡式空壓機的故障振動診斷2). 第二次監測，發現4號機測點（位于一級缸體部位）三個方向上的振幅較上一次測量值有較大幅度上升，振動幅值呈迅速上升趨勢，在短短的半天時間內，同一測點上4號機比3號機的通頻振幅幾乎大了近一倍，工頻成分高出3倍，前者還存在明顯的4倍頻成分，證明4號機的一級缸體部位存在故障。當即決定停機檢查，結果發現一級缸十字頭螺栓松動，使活塞、連桿和十字頭在運動

23、中產生較大的撞擊力。經過調整以后，該測點的振幅基本恢復到原來狀態。Chap 4 往復壓縮機故障分析和管道振動2021-12-28工業裝備故障診斷技術264.1.3 壓縮機故障振動分析經驗總結：經驗總結：（1）氣缸上的測點（上例中測點和）在徑向和軸向方向上的振幅對活塞在缸體內的運行情況好壞比較敏感。徑向和軸向振幅明顯上升，說明活塞、連桿、十字頭存在松動，在往復運動過程中發生直線位置偏移。（2）地腳螺栓松動，在機座垂直方向上的振幅將會明顯上升。（3）十字頭滑道處徑向振動明顯上升，反映十字頭與滑道接觸不良。（4）通過同類機組振動情況的相互比較，機組自身不同時刻的振動情況比較，有助于判別機器是否存在故

24、障和故障發展的程度。Chap 4 往復壓縮機故障分析和管道振動2021-12-28工業裝備故障診斷技術274.2 示功圖及閥片運動規律的測量和故障分析示功圖及閥片運動規律的測量和故障分析4.2.1 壓縮機示功圖顯示的故障 壓縮機運行時，氣缸內的氣體體積和壓力是在不斷變化的，通常利用示功器觀察和記錄不同的活塞位置或曲軸轉角時氣缸內部氣體壓力的變化，所得到的就是P-V示功圖。 利用示功圖形狀變化，可以顯示壓縮機在結構設計、管道配置以及操作運行中的故障和問題。例如：測量壓縮機的指示功率，氣閥上的壓力損失和功率損失，氣缸余隙容積的大小，氣閥和管道截面積是否太小，氣閥、活塞環、密封填料是否泄漏，氣閥彈簧

25、力過大或過小，以及閥片顫振、氣流脈動等故障情況。故障的判別一般采用正常示功圖與不正常示功圖作對比的方式進行，需要有一定的實踐經驗。 Chap 4 往復壓縮機故障分析和管道振動2021-12-28工業裝備故障診斷技術28壓縮機示功圖顯示的故障Chap 4 往復壓縮機故障分析和管道振動2021-12-28工業裝備故障診斷技術294.2 示功圖及閥片運動規律的測量和故障分析示功圖及閥片運動規律的測量和故障分析4.2.2 閥片運動規律曲線 對一個性能良好的氣閥來說，要求它在氣缸內壓力超過排氣壓力或低于吸氣壓力時能夠迅速打開，亦即氣流在閥上的壓力損失要??；當閥片到達閥擋（升程限制器）時，沒有太多的反彈，

26、能夠穩定地貼在閥擋上；閥片在開啟和關閉過程中波動要小，關閉后不應有多次開啟現象；當活塞到達上、下死點位置后，閥片能及時返回閥座。 Chap 4 往復壓縮機故障分析和管道振動2021-12-28工業裝備故障診斷技術304.2 示功圖及閥片運動規律的測量和故障分析示功圖及閥片運動規律的測量和故障分析4.2.2 閥片運動規律曲線閥片運動規律曲線在故障診斷方面的作用閥片運動規律曲線在故障診斷方面的作用 1）判斷閥片開閉是否及時，如果閥片滯后開閉或開閉時間過長，則可能的故障原因是： (a) 彈簧力不合適； (b) 閥座上帶有過多的油水，對閥片產生粘著作用。 (c) 閥隙通流面積太小，氣流阻力太大； (d

27、) 氣流存在壓力脈動。2）判斷是否存在氣流壓力脈動 氣流壓力脈動在閥片運動規律曲線圖上不僅表現為閥片開閉不及時，而且還出現大幅度的波動、高頻率的顫振和多次開啟現象。3）判斷氣閥流通截面大小閥片運動曲線包圍的面積表示氣閥的實際通流能力，稱為“時間截面”。閥片運動曲線的“時間截面”太小，表示氣閥流通截面太小。氣流阻力大，相應在氣閥上的壓力損失也大。Chap 4 往復壓縮機故障分析和管道振動2021-12-28工業裝備故障診斷技術314.3 壓縮機的氣流壓力脈動與管道振動壓縮機的氣流壓力脈動與管道振動4.3.1 氣流脈動引起的故障分析 往復式壓縮機在運轉過程中，吸氣、排氣是間斷性的，活塞運動速度也是

28、隨時間而變化的，這種現象會引起管道內氣流的不穩定流動，產生流體壓力脈動。 管路系統內所容納的氣體稱為氣柱。氣體像任何振動物體一樣，具有一定的質量，可以壓縮、膨脹，具有一定彈性，所以氣柱本身就像一個彈簧，壓縮機裝在管路的始端，活塞運動時周期性地向管路吸氣、排氣，對管路中的氣柱產生激發力，引起氣柱振動。氣柱是一個連續的彈性體，在接受了激發后，就把所形成的振動能量以聲速向管道遠方傳播。簡單管道的氣柱固有頻率： Chap 4 往復壓縮機故障分析和管道振動2021-12-28工業裝備故障診斷技術324.3 壓縮機的氣流壓力脈動與管道振動壓縮機的氣流壓力脈動與管道振動4.3.1 氣流脈動引起的故障分析 (

29、i=1,3,5,) laifn4(1).管道一端封閉（如壓縮機端），另一端為開口（如連接緩沖器、膨脹容器）。只要容器的容積大于管道容積的10倍以上，就可以把容器視為開口端。(2). 兩端封閉的管道（如兩臺壓縮機并聯，中間用管道連接） laifn4(i=2,4,6, ) (3).兩端均為開口的管道（如兩個大容器之間用管道連接） laifn4(i=2,4,6, )Chap 4 往復壓縮機故障分析和管道振動2021-12-28工業裝備故障診斷技術334.3 壓縮機的氣流壓力脈動與管道振動壓縮機的氣流壓力脈動與管道振動4.3.1 氣流脈動引起的故障分析 管路中的氣柱是否會發生共振，取決于氣流的激發頻率

30、。壓縮機氣流的壓力脈動波形并不是一種簡諧波，而是包含了多種頻率成分的復合波形。我們可以通過諧波分析方法，把氣流脈動波形分解為數階諧波，其中幅值最大的諧波稱為主諧波。當激發頻率在氣柱固有頻率的共振區內，就會使管道中的氣柱處于共振狀態，此時氣流壓力脈動非常嚴重，引起管道、壓縮機和基礎的強烈振動。氣柱共振狀態下的管道長度稱為共振管長，共振管長區為： xfail4)2 . 18 . 0(60nmfx轉速轉速: n單作用單作用: m=1雙作用雙作用: m2Chap 4 往復壓縮機故障分析和管道振動2021-12-28工業裝備故障診斷技術344.3 壓縮機的氣流壓力脈動與管道振動壓縮機的氣流壓力脈動與管道

31、振動4.3.1 氣流脈動引起的故障分析實例實例 某汽車制造廠一臺型號為某汽車制造廠一臺型號為L8-60/70型雙缸雙作用空氣壓縮機，該機使用型雙缸雙作用空氣壓縮機，該機使用中發現當二級排氣壓力達到額定值中發現當二級排氣壓力達到額定值0.7MPa時，一級排氣壓力超過額定值約時，一級排氣壓力超過額定值約18.5%。壓縮機參數：。壓縮機參數：轉速轉速 n=428r/min 吸入溫度吸入溫度 t=20 一級排氣額定壓力一級排氣額定壓力 p1=0.20.23MPa二級排氣額定壓力二級排氣額定壓力 p2=0.7MPa 一級進氣管實測長度一級進氣管實測長度l=3.468m聲速聲速:雙缸雙作用壓縮機的激發頻率

32、雙缸雙作用壓縮機的激發頻率 一階共振管長一階共振管長 smRTa/3432932874 . 1Hzfx5 .28460428mfalx61. 340. 25 .284343)2 . 18 . 0(4)2 . 18 . 0( 一般對于避免管道氣柱共振的措施有兩種：其一是取消進氣管，這樣一級排氣壓力可以恢復到正常的設計壓力；其二是把進氣管加長。最后采取了第二種措施，把進氣管加長至 l=6.5m，從而恢復到正常壓力，管道振動現象也隨之減弱。 Chap 4 往復壓縮機故障分析和管道振動2021-12-28工業裝備故障診斷技術354.3 壓縮機的氣流壓力脈動與管道振動壓縮機的氣流壓力脈動與管道振動4.3

33、.2 管道壓力脈動的防治措施 管道壓力脈動實質上是一種周期性的氣流沖擊波浪，消減壓力脈動就是管道壓力脈動實質上是一種周期性的氣流沖擊波浪，消減壓力脈動就是消減壓力的不均勻度，減小其脈動幅度，通常的防治措施是在管路系統中加消減壓力的不均勻度，減小其脈動幅度，通常的防治措施是在管路系統中加裝各種類型的消振器，例如緩沖器、聲學濾波器、孔板等。當然，管道中氣裝各種類型的消振器，例如緩沖器、聲學濾波器、孔板等。當然，管道中氣流壓力的不均勻度首先與激發源有關，在多缸壓縮機中，缸體的布置方式和流壓力的不均勻度首先與激發源有關，在多缸壓縮機中，缸體的布置方式和各缸曲柄的錯角位置將會直接影響到壓力波的波長和波動

34、的均勻性。各缸曲柄的錯角位置將會直接影響到壓力波的波長和波動的均勻性。 采用合理的吸排氣順序采用合理的吸排氣順序 氣閥開啟時間長短與壓比有關，而開啟的相位差，取決于氣缸的結構與曲氣閥開啟時間長短與壓比有關，而開啟的相位差，取決于氣缸的結構與曲柄錯角的配置。對同一級壓縮的二個缸來說，雙作用氣缸比單作用氣缸的氣柄錯角的配置。對同一級壓縮的二個缸來說，雙作用氣缸比單作用氣缸的氣流連續性好，壓力脈動相對要小，同樣為單作用氣缸，曲柄錯角流連續性好，壓力脈動相對要小，同樣為單作用氣缸，曲柄錯角a=90a=90的配的配置優于置優于a=0a=0的配置，對動式單作用氣缸的激發力是相互疊加的，脈動最大。的配置，對

35、動式單作用氣缸的激發力是相互疊加的，脈動最大。對于相連兩個級的氣缸，任何型式的雙作用氣缸，由于對于相連兩個級的氣缸，任何型式的雙作用氣缸，由于I I級缸排出的同時級缸排出的同時IIII級級缸吸入，其進、排氣激發力是相互抵消的缸吸入，其進、排氣激發力是相互抵消的, ,但是對于雙級單作用氣缸，只有對但是對于雙級單作用氣缸，只有對置式和曲柄錯角為置式和曲柄錯角為180180的立式，激發力才能相互抵消。的立式，激發力才能相互抵消。 Chap 4 往復壓縮機故障分析和管道振動2021-12-28工業裝備故障診斷技術364.3 壓縮機的氣流壓力脈動與管道振動壓縮機的氣流壓力脈動與管道振動4.3.2 管道壓

36、力脈動的防治措施 2) 裝設緩沖器裝設緩沖器 緩沖器實際上是個蓄能器，它像水緩沖器實際上是個蓄能器，它像水庫那樣能夠起到調節能量的作用。當上庫那樣能夠起到調節能量的作用。當上游處在壓力波的峰值時，由于氣體的彈游處在壓力波的峰值時，由于氣體的彈性作用，壓力波進入緩沖器后壓縮其中性作用，壓力波進入緩沖器后壓縮其中氣體，壓力波的動能變為緩沖器內氣體氣體，壓力波的動能變為緩沖器內氣體被壓縮后的彈性勢能。而當上游處在壓被壓縮后的彈性勢能。而當上游處在壓力波的波谷時，緩沖器內壓縮氣體膨脹，力波的波谷時，緩沖器內壓縮氣體膨脹，勢能變為動能，彌補了管道內瞬時壓力勢能變為動能，彌補了管道內瞬時壓力的下降。這樣，

37、通過能量轉換，緩沖器的下降。這樣，通過能量轉換，緩沖器就等于一個氣體彈簧，起到對振源的隔就等于一個氣體彈簧，起到對振源的隔振作用，從而把出緩沖器后的壓力脈動振作用，從而把出緩沖器后的壓力脈動峰值降低了很多。峰值降低了很多。 Chap 4 往復壓縮機故障分析和管道振動2021-12-28工業裝備故障診斷技術374.3 壓縮機的氣流壓力脈動與管道振動壓縮機的氣流壓力脈動與管道振動4.3.2 管道壓力脈動的防治措施 實例實例: :氨制冷壓縮機出口管道的減振措施氨制冷壓縮機出口管道的減振措施 某石化公司煉油廠輕質酮苯脫蠟裝置中一臺某石化公司煉油廠輕質酮苯脫蠟裝置中一臺2AD15-35/50型氨制冷壓縮

38、機。該機為型氨制冷壓縮機。該機為雙缸、兩段、雙作用、對稱平衡式，一段出口排氣量雙缸、兩段、雙作用、對稱平衡式，一段出口排氣量Q0=3360m3/h，轉速，轉速n=300r/min，一段入口壓力一段入口壓力P0=0.074MPa（絕壓），一段出口壓力（絕壓），一段出口壓力P1=0.47MPa(絕壓絕壓)，二段出口壓力，二段出口壓力P2=1.585MPa(絕壓絕壓)。運轉中發現壓縮機二段出口管道振動很大，最大振幅達。運轉中發現壓縮機二段出口管道振動很大，最大振幅達400，管道管道上的閥門、壓力表均被振壞，管卡被振松振斷。經過初步計算，認為氣流的壓力脈動在上的閥門、壓力表均被振壞，管卡被振松振斷。經過初步計算，認為氣流的壓力脈動在出口管道的彎頭處產生的沖擊是造成管道振動的主要原因。為了減弱氣流激振力，他們出口管道的彎頭處產生的沖擊是造成管道振動的主要原因。為了減弱氣流激振力，他們在壓縮機出口處安裝了一臺緩沖器，緩沖器的容積計算如下：在壓縮機出口處安裝了一臺緩沖