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A falha de rotação e a vibração de asma são uma falha de vibração em compressores centrífugos de alta velocidade. Esta falha é causada pela separação do fluxo de fluido, o próprio dispositivo geralmente não tem defeitos estruturais óbvios e, portanto, não precisa de manutenção de parada, através da regulação do fluxo pode reduzir a vibração ao valor permitido.
Quando a separação de rotação se desenvolve ainda mais para a respiração, não só causa uma redução da eficiência da unidade, mas também causa sérios danos à máquina. A respiração pode causar danos na vedação interna da máquina, rolamentos e outros danos, que podem até levar à curvatura do rotor e danos no acoplamento. Asma é uma das condições mais perigosas de operação mecânica de fluidos, como compressores centrífugos, e é muito perigoso para a máquina. Esta falha extremamente perigosa, mas que não requer parada, pode melhor mostrar o papel e a eficácia do trabalho de monitoramento de estado e diagnóstico de falhas.
Mecanismo e características da falha de rotação 1 Falta de velocidade de rotação O mecanismo de falha de rotação foi proposto pela primeira vez por H.W. Emmons em 1995. O processo de formação da falha de rotação é aproximadamente o seguinte. A estrutura e o tamanho da roda do compressor centrífugo são projetados de acordo com o fluxo nominal, quando o compressor trabalha sob o fluxo normal, o gás entra na direção da rodaβ1 Ângulo de montagem com a lâmina de importaçãoβSConsistentemente, o gás pode entrar suavemente na roda, como mostrado na Figura 1 (a), neste momento, a velocidade relativa do fluxo de ar éω1A velocidade radial de entrada éO C1Quando o fluxo de gás na roda é menor do que o fluxo nominal, a velocidade radial do gás na roda é reduzida paraO C1' O ângulo direcional da velocidade relativa do gás que entra na roda de rodas diminui correspondentemente paraβ1', portanto, com o ângulo de instalação da importação da lâminaβSInconsistente. Neste momento, o gás impactará a superfície de trabalho (convexo) da lâmina, formando um vortex de fluxo de ar perto da concavidade da lâmina, o vortex aumentará gradualmente para reduzir a área de circulação efetiva do canal. Devido à manufatura, instalação, manutenção ou condições operacionais, o fluxo de ar que entra no compressor não é distribuído uniformemente em cada canal, e a quantidade de vortex de fluxo de ar também difere. Se o fluxo de ar em um canal (canal 2 na Figura 1 (b)) for maior, a quantidade de ar que passa por esse canal será reduzida e o excesso de ar será direcionado para os canais vizinhos (canais 1 e 3). Quando se dobra para a frente do canal (canal 1), porque o gás entrante é escorregado na concave da lâmina, o vortex de fluxo de ar na concave original é parcialmente escorregado, e o fluxo de ar neste canal tende a fluir. E o fluxo de ar dobrado para o canal traseiro (canal 3) é empurrado sobre a superfície convexa da lâmina, fazendo com que o fluxo de ar na concave da lâmina produza mais vortices, bloqueando a área de circulação eficaz do canal, forçando o fluxo de ar no canal a dobrar para o canal vizinho. Desta forma, um grupo de bloqueio de fluxo de ar composto por vortices (chamado de grupo de falha ou zona de falha) aparecerá em rotação dentro de cada canal ao longo da direção oposta em que a roda gira. Como a velocidade de propagação da zona de falha na direção oposta é menor do que a velocidade de rotação da roda, a partir do sistema de referência fora da roda, a zona de falha ainda gira ao longo da direção de rotação da roda, esse é o mecanismo de falha de rotação. Apesar da complexidade real do fluxo de ar, o mecanismo de falha de rotação proposto por H.W. Emmons forneceu a base para a investigação futura.
2 Frequência de falha de rotação A velocidade de propagação ou a frequência de falha da zona de rotação é uma questão de maior preocupação para todos, porque é importante no diagnóstico de se a vibração do compressor é causada pela falha de rotação. Para isso, instituições científicas nacionais e estrangeiras, além de realizar um grande número de pesquisas teóricas, também realizaram um grande número de testes práticos em laboratórios. B.F.J. Cossar e outros fizeram muitos testes em compressores de fluxo axial, mostrando que a área de falha de rotação aparece primeiro na cauda da lâmina e depois se move para a frente, girando cerca de 20 ° relativamente antes de chegar à borda frontal da lâmina.
Na verdade, a formação de uma zona de falha é um processo de dinâmica de fluidos bastante complexo. Frequência de falha também com a distorção do fluxo de ar de entrada da lâmina, ângulo de direção do fluxo de ar de entradaβ1 Angulo de montagem com a entrada da lâminaβSA diferença entre o tamanho do valor (chamado de ângulo de punção) e fatores como a hierarquia do compressor estão intimamente relacionados.- É.B.F.J.Cossar experimentou usando o método de instalação de fio metálico de baixa porosidade na entrada do compressor, medindo a frequência de falha de 1/2 da frequência de rotação, com a frequência de falha calculada por estudos teóricos de 1/3 da frequência de rotação.
O modelo experimental de N.A. Cumpsty aponta que a frequência de perda de rotação está na faixa de 1/5 a 1/2 da frequência de rotação, com o aumento da série de compressores, a velocidade de propagação da zona de perda de rotação aproxima-se gradualmente de 40% da velocidade de rotação do rotor.
O especialista em vibração japonês Miki Wanbo apresentou que, de acordo com o tipo de máquina, a velocidade de propagação da zona de falha de rotação é de 0,2 a 0,5 da velocidade de rotação do rotor. Os compressores da empresa italiana NUOVO PIGNOVE são mais utilizados na indústria petroquímica do nosso país, que usa CO para grandes unidades de uréia de fertilizantes fabricadas de acordo com seus desenhos.2 Compressor, propor a velocidade de propagação da zona de falha de rotação pode ser calculado de acordo com a seguinte fórmula de experiência:
no estilo,O Q0ppara o fluxo real em caso de falha de rotação,O Q0 Projeto de fluxo de trabalho para compressores,uVelocidade periférica do rotor.
De acordo com esta fórmula, a velocidade de propagação da área de falha de rotação calculada é de aproximadamente 0,3 a 0,45 da velocidade de rotação do rotor. Além disso, a relação de rodas (ou seja, a relação entre o diâmetro interno e o diâmetro externo do canal da roda da lâmina) tem um grande impacto na velocidade de propagação da zona de falha. As rodas grandes apresentam uma falha de velocidade em toda a direção do raio, isto é, a área de falha ocorre em toda a faixa da raiz da lâmina ao topo da lâmina, chamada falha de raio total (Figura 2 (a)); As rodas pequenas geralmente perdem velocidade apenas parcialmente na direção do raio, ou seja, a área de perda de velocidade ocupa apenas uma parte do comprimento do canal (Figura 2 (b)). Em termos de estado de falha, a falha de raio total é mais grave do que a falha de raio parcial, isto é, o fluido dentro da grade da folha pode causar pulsações de pressão mais fortes.
3 Mecanismo de vibração de falha de rotação A oscilação de pressão gerada pela falha de rotação na roda é a força de estimulação do rotor para vibrações anormais, o tamanho da força de estimulação está relacionado ao peso molecular do gás, se o peso molecular do gás é maior, a força de estimulação também é maior, o efeito na operação da máquina também é maior.
De acordo com o sistema de coordenadas relativas fixadas na roda de rodas, a desligação rotativa em frequência angularωsA frequência de vibração do rotor de estimulação devido à flutuação da pressão éωsSua frequência de vibração é menor que a frequência angular do rotor.ωe do sistema de coordenadas fora da roda, a separação rotativa é (ω～ωsa rotação com a mesma frequência que o rotor. Portanto, quando a velocidade de rotação mecânica do fluido ocorre, a vibração anormal do rotorωse (ω～ωsDuas frequências características subharmônicas.
Quando a velocidade de rotação da unidade ocorre, pode haver uma desligação de gás em uma roda de roda de determinado nível, ou pode haver várias desligações em uma roda de roda de determinado nível; A desintegração pode ocorrer em uma roda de um determinado nível, ou pode ocorrer simultaneamente em várias rodas de um mesmo nível. Em geral, a falha da velocidade de rotação da máquina ocorre frequentemente com dois ou mais desligamentos de gás. Frequência angular da falha de rotação da máquina na produção realωsReferindo-se à fórmula acima, pode ser calculado da seguinte forma:
no estilo,ωpara a frequência angular do rotor,Npara o número de desligações de gás,O Q0ppara o fluxo de trabalho real,O Q0 para projetar o fluxo.
A falha da velocidade de rotação da maquinaria de fluidos geralmente sempre existe, mas não necessariamente pode estimular o rotor para vibrar fortemente na unidade, somente quando a frequência da falha de rotação é acoplada a uma determinada frequência inerente à unidade, a máquina pode ter ressonância e vibrações perigosas.
Mecanismo e características da falha 1 Aspiração Asma é uma das falhas comuns na operação de compressores centrífugos e axiais e é um desenvolvimento adicional da falha de rotação.
Como mostrado na Figura 3, o compressor centrífugo tem a característica de que, para uma determinada velocidade de rotação, o total corresponde a um valor de fluxo e a eficiência do compressor atinge o ponto. Quando o tráfego é maior ou menor que esse valor, a eficiência cai. Geralmente, esse ponto de fluxo é usado como ponto de projeto.
Curva de desempenho do compressor à esquerda (O QminLimitação, à direita está bloqueada (O QmáximoA área entre os dois é chamada de área de estável do compressor. Estabilizar o tamanho da área de trabalho é um indicador importante para medir o desempenho do compressor.
Quando o compressor está em funcionamento, se por razões externas o fluxo diminui constantementeO Qmin Quando o valor, haverá uma grave separação de rotação no fluxo do compressor, se o volume de ar diminuir ainda mais, todo o fluxo da roda do compressor é ocupado pela região do vortex do fluxo de ar, então a pressão de saída do compressor cairá repentinamente. No entanto, a pressão no sistema de tubulação de grande capacidade conectado à saída do compressor não cai imediatamente, neste momento, o fenômeno de refluxo de gás na rede de tubulação para o compressor ocorrerá.Quando a pressão na rede cai para abaixo da pressão de escape da saída do compressor, o refluxo do gás pára e o compressor retorna à saída da rede. No entanto, devido à insuficiência do volume de entrada de ar, o compressor aparecerá novamente em uma área de vortex dentro do canal após a rede de saída voltar à pressão original. Desta forma, o fluxo dentro da unidade e do tubo varia periodicamente e a pressão de importação e exportação da máquina aumenta drasticamente. Como o gás flui de volta na entrada e saída do compressor, será acompanhado por um enorme ruído de fluxo de ar e vibrações de máquina intensas, essas flutuações podem ser claramente refletidas no registro da pressão, fluxo e sinal de vibração do painel de operação do instrumento, e também podem ser imediatamente percebidas no local de operação.
A frequência e a amplitude da vibração da máquina causada pela vibração de asma estão estreitamente relacionadas ao tamanho da rede de tubos, quanto maior o volume da rede de tubos, menor a frequência da vibração de asma, maior a amplitude. Algumas máquinas têm uma grande capacidade de rede de tubos de escape, com frequências de vibração até menores de 1Hz.
2 Características da falha da respiração As principais características do compressor são as seguintes:
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Quando o compressor se aproxima ou entra em condições de vibração, o corpo do cilindro e os rolamentos ocorrerão fortes vibrações, sua amplitude aumentará significativamente do que a operação normal, e a frequência de vibração é geralmente baixa, geralmente de 1 a 30 Hz.
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Quando o compressor funciona em condições estáveis, a pressão de saída e o fluxo de importação variam pouco, e os dados medidos flutuam perto da média em pequenas amplitudes. Quando a pressão de saída e o fluxo de importação variam muito quando se aproximam ou entram em condições de vibração, ocorrem pulsações significativas periódicas e, às vezes, até mesmo o refluxo do gás da importação do compressor.
Quando o compressor funciona de forma estável, o ruído é menor e contínuo. Quando se aproxima das condições de vibração, devido à oscilação cíclica do fluxo de ar em todo o sistema, o ruído emitido pelo fluxo de ar também é alto e baixo, gerando mudanças cíclicas. Ao entrar em uma condição de asfixia, o ruído aumenta e até há explosões.
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