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1、大型空分装备运行稳定性的影响因素总结空分装备的运行稳定性是指空分装备在运行过程中，内部构件在外部载荷下，其振幅保持在一定范围内。其失稳的主要表现形式为部件工作异常，动力系统出现振荡、分叉以及混沌等动力学行为。影响稳定性的部件主要有转子——轴承系统、叶轮、管道等。由于大型空分设备中使用的大多是离心压缩机【1】，离心压缩机在工作工程中不会引起明显的气流脉动，所以管道的振动主要是由空气压缩机的振动引起的。而转子轴承系统和叶轮则为空气压缩机的核心部件，因此空分装备的运行稳定性的核心问题即使空气压缩机的振动问题。引起空气压
2、缩机运行不稳定的主要因素有：1.转子的不平衡【2】旋转机械的转子由于受到材料质量和加工技术等各方面的影响,转子上的质量分布与中心线不可能绝对地轴对称,固此任何一个转子不可能做到绝对平衡,转子质量中心与旋转中心线之间总是有偏心距存在【3】。这就使得转子旋转时形成周期性离心力干扰,在轴承上产生动载荷,使机器产生振动。转子质量不平衡的原因有:设计问题、材料缺陷、加工与装配误差、工艺过程等问题。转子不平衡故障特征是:在转子径向测检的频谱图上,转速频率成分具有凸出的峰值;转速频率的高次谐波值很低，因此反映在时域波形图上是一
3、个正弦波;对于普通两端支撑的转子,轴向测点上的振值并不明显。2.转子的不对中转子不对中类型有平行不对中、角度不对中和组合不对中。其不对中的原因有:设计过程中热膨胀计算与实际有误差、安装或检修对中误差、导向系统未锁紧等。转子不对中引起的故障及特征：1)改变了轴承的油膜压力,负荷较小的轴承可能引起油膜失稳。往往是紧靠联轴器两端的轴承出现最大振动。2)不对中引起的振幅与转子的负荷有关,随负荷的增大而增大,位置低的轴承振幅比位置高的轴承振幅大,因为低位轴承被架空,油膜稳定性下降。3)平行不对中主要引起径向振动,角不对中主
4、要引起轴向振动。4)不对中使联轴节两侧产生相位差。5)从振动频率上分析,不同形式的不对中产生不同的频率。3.转子与气封之间的摩擦为了提高离心压缩机的效率,往往把密封间隙、叶轮顶间隙做得很小,以减小气体的泄漏。但是小间隙除了会引起流体动力激振外还容易发生转子与气封的碰磨。发生局部碰磨的特征：碰磨时,接触力和转子运动之间为非线性关系,使转子产生次谐波和高次谐波振动。局部碰磨一般是不对称的非线性振动,因此多数情况下产生转速频率的1/2次谐波振动,当转速高于转子一阶自振频率的2倍时,就会产生共振。4.裂纹裂纹是由于加工误
5、差，安装误差，意外冲击和疲劳破损造成，难发现，其造成的后果极为严重。5.油膜振荡有些轻载转子,半速涡动在较低转速就产生了,使得转子变为不稳定,但由于油膜的刚性和阻尼作用,抑制了涡动幅度,使转子仍能平衡工作。随着转速的升高,半速涡动幅值逐渐增加,直到转速升高到第一临界转速的两倍附近时,涡动频率与转子一阶自振频率重合。转子轴承系统发生强烈的油膜共振,这种共振涡动称为油膜振荡,其频率为转子的一阶自振频率。油膜振荡的特征：油膜振荡往往十分剧烈,瞬时振幅突然升高,很快发生局部油膜破裂。引起轴颈与轴瓦间的磨擦,发出吼叫声,严
6、重损坏轴承和转子。判别是否发生油膜振荡首先要看振动频率是否接近转速的1/2,但必须与动静磨擦区分开来,动静磨擦也发生半频振动。频谱、轴心轨迹及波形特征是:(1)较大的径向振动。频谱中有明显而稳定的涡动频率分量可能有高次谐波分量;(2)轴向振动在涡动频率处的分量较小;(3)若在一阶临界转速频率处出现峰值,则表明已出现油膜振荡;(4)轴心轨迹呈现双椭圆或紊乱不重合,轴心轨迹呈现内“8”字形;(5)时域波形中稳定的周期信号占优势,每转一周少于一个峰值,没有较大的加速度冲击现象1.气流激振【4】气流激振产生的振动属密封间
7、隙动力失稳的范畴，引起气流激振主要是在高速旋转的转子与定子小间隙处，由于密封间隙内压力径向分布不均产生激振力，导致转子运行失稳，发生异常振动。由于气流进人密封腔后动能并不完全损失掉，还有一定余速，它不仅使气流沿轴向流动，而且还以很大的圆周速度分量围绕转子转动，形成螺旋形流动。如果密封腔内径向间隙不均匀(加工精度偏差或转子弯曲所致)，则气流在密封腔中从进口流向出口时随着截面间隙的不断变化，气流沿着流动方向上的压力不断发生变化，因而在转子周围形成分布不均匀的激振力。当到达一定转速，随着工作介质压力及负荷的变化，转子会
8、突然失稳发生强烈振动。气流激振发生时振动特征与油膜振荡相似，其振动波形、频谱轴心轨迹、进动方式及相位变化与油膜振荡很难区分，两者的主要区别是敏感系数不同。密封间隙动力失稳对设备工作介质的压力及负荷变化更为敏感，当工作转速达到某一值(一般为工作转速大于或等于一阶临界转速的2倍)时，会突然失稳。2.叶轮积垢由于气流中含有水分、杂质、灰尘等，长期运行后叶轮表面会产生积垢。叶轮积
