chap往复压缩机的故障分析和管道振动.ppt

* 工业装备故障诊断技术 * 4.3 压缩机的气流压力脉动与管道振动 4.3.1 气流脉动引起的故障分析 往复式压缩机在运转过程中，吸气、排气是间断性的，活塞运动速度也是随时间而变化的，这种现象会引起管道内气流的不稳定流动，产生流体压力脉动。 管路系统内所容纳的气体称为气柱。气体像任何振动物体一样，具有一定的质量，可以压缩、膨胀，具有一定弹性，所以气柱本身就像一个弹簧，压缩机装在管路的始端，活塞运动时周期性地向管路吸气、排气，对管路中的气柱产生激发力，引起气柱振动。气柱是一个连续的弹性体，在接受了激发后，就把所形成的振动能量以声速向管道远方传播。简单管道的气柱固有频率： * 工业装备故障诊断技术 * 4.3 压缩机的气流压力脉动与管道振动 4.3.1 气流脉动引起的故障分析 (i=1,3,5,……) (1).管道一端封闭（如压缩机端），另一端为开口（如连接缓冲器、膨胀容器）。只要容器的容积大于管道容积的10倍以上，就可以把容器视为开口端。 (2). 两端封闭的管道（如两台压缩机并联，中间用管道连接） (i=2,4,6, ……) (3).两端均为开口的管道（如两个大容器之间用管道连接） (i=2,4,6, ……) * 工业装备故障诊断技术 * 4.3 压缩机的气流压力脉动与管道振动 4.3.1 气流脉动引起的故障分析 管路中的气柱是否会发生共振，取决于气流的激发频率。压缩机气流的压力脉动波形并不是一种简谐波，而是包含了多种频率成分的复合波形。我们可以通过谐波分析方法，把气流脉动波形分解为数阶谐波，其中幅值最大的谐波称为主谐波。当激发频率在气柱固有频率的共振区内，就会使管道中的气柱处于共振状态，此时气流压力脉动非常严重，引起管道、压缩机和基础的强烈振动。气柱共振状态下的管道长度称为共振管长，共振管长区为： 转速: n 单作用: m=1 双作用: m＝2 * 工业装备故障诊断技术 * 4.3 压缩机的气流压力脉动与管道振动 4.3.1 气流脉动引起的故障分析 实例 某汽车制造厂一台型号为L8-60/70型双缸双作用空气压缩机，该机使用中发现当二级排气压力达到额定值0.7MPa时，一级排气压力超过额定值约18.5%。压缩机参数： 转速 n=428r/min 吸入温度 t=20℃ 一级排气额定压力 p1=0.2～0.23MPa 二级排气额定压力 p2=0.7MPa 一级进气管实测长度l=3.468m 声速: 双缸双作用压缩机的激发频率 一阶共振管长 一般对于避免管道气柱共振的措施有两种：其一是取消进气管，这样一级排气压力可以恢复到正常的设计压力；其二是把进气管加长。最后采取了第二种措施，把进气管加长至 l=6.5m，从而恢复到正常压力，管道振动现象也随之减弱。 * 工业装备故障诊断技术 * 4.3 压缩机的气流压力脉动与管道振动 4.3.2 管道压力脉动的防治措施 管道压力脉动实质上是一种周期性的气流冲击波浪，消减压力脉动就是消减压力的不均匀度，减小其脉动幅度，通常的防治措施是在管路系统中加装各种类型的消振器，例如缓冲器、声学滤波器、孔板等。当然，管道中气流压力的不均匀度首先与激发源有关，在多缸压缩机中，缸体的布置方式和各缸曲柄的错角位置将会直接影响到压力波的波长和波动的均匀性。 采用合理的吸排气顺序 气阀开启时间长短与压比有关，而开启的相位差，取决于气缸的结构与曲柄错角的配置。对同一级压缩的二个缸来说，双作用气缸比单作用气缸的气流连续性好，压力脉动相对要小，同样为单作用气缸，曲柄错角a=90°的配置优于a=0°的配置，对动式单作用气缸的激发力是相互叠加的，脉动最大。对于相连两个级的气缸，任何型式的双作用气缸，由于I级缸排出的同时II级缸吸入，其进、排气激发力是相互抵消的,但是对于双级单作用气缸，只有对置式和曲柄错角为180°的立式，激发力才能相互抵消。 * 工业装备故障诊断技术 * 4.3 压缩机的气流压力脉动与管道振动 4.3.2 管道压力脉动的防治措施 2) 装设缓冲器 缓冲器实际上是个蓄能器，它像水库那样能够起到调节能量的作用。当上游处在压力波的峰值时，由于气体的弹性作用，压力波进入缓冲器后压缩其中气体，压力波的动能变为缓冲器内气体被压缩后的弹性势能。而当上游处在压力波的波谷时，缓冲器内压缩气体膨胀，势能变为动能，弥补了管道内瞬时压力的下降。这样，通过能量转换，缓冲器就等于一个气体弹簧，起到对振源的隔振作用，从而把出缓冲器后的压力脉动峰值降低了很多。 * 工业装备故障诊断技术 * 4.3 压缩机的气流压力脉动与管道振动 4.3.2 管道压力脉动的防治措施 实例:氨制冷