离心压缩机叶片扩压器诱发管道高频振动的原因及处理.pdf
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1、C l 咖C A L G I N E E R I NG D E IG N 化工设计 2 0 1 4 , 2 4 ( 2 ) 离心压缩机叶片扩压器诱发管道高频 振动的原因及处理 刘文明 沈阳透平机械股份有限公司沈阳1 1 0 8 6 9 摘要 分析离心压缩机由于叶片扩压器压力脉动引发管道高频振动的案例, 提出有效解决方案。 关键词 离心压缩机有叶扩压器高频振动 1 问题引出 管道振动的类型及原因较多,离心压缩机叶 片扩压器压力脉动也会引起管道高频振动。 离心压缩机是一种叶片旋转式机械。气体经 过其吸气室吸人,通过叶轮对气体做功,使气体 压力、速度、温度提高,然后进入扩压器,将气 体动能转化为压力
2、能,使气体速度降低、压力升 高 。离心压缩机 的扩压器可 分为有叶扩压 器和无 叶扩压器两 种。与 叶片扩压 器相 比,无 叶扩压器 的结构简单,造价低,性能曲线平坦,稳定工作 范围大;缺点是气体流动路程较长,摩擦损失较 大,其工作效率比叶片扩压器低。叶片扩压器有 扩压程度大、尺寸小的优点,在设计工况下,损 失比无叶扩压器小,效率较高;缺点是由于叶片 的存在,变工况时冲击损失大,效率下降较多。 随着石化、化工等行业装置规模的不断扩大, 为了提高离心压缩机的工作效率,压缩机的扩压 器较多采用叶片扩压器。而叶片扩压器压力脉动 易诱发管道产生高频振动。 2实例 介绍 下面通过两个 大型离心压缩机管道
3、实例 ,阐 述由于有叶扩压器压力脉动引发管道高频振动 现象。 2 1 实例 1 该离心压缩机机 型为整 体式齿轮压缩机 ,由 四级叶轮组成,其中叶轮叶片数为 1 3个,扩压器 为叶片扩压器。机组额定转速为6 o 4 2 r p m。在开车 时各级出口管道发生程度不同的高频振动,经测 试发现主要振动频率为叶片通过频率 ( 即 1 3 倍的 额定转速) ,对此振动问题设备制造商经过多次改 进处理 ,最后采取 的措施 是将 有叶扩压器 改为无 叶扩压器,管道振动幅值减少非常明显。图 1 、图 2 为测得的高频振动功率谱及振动速度频谱图。 宕 一 遥 1孽 图 1 速度信号高频部分细化功率谱图 ,崭
4、2 钾 m t w J H L一 图2 振动速度频谱图 2 2实例 2 该离心压缩机机 型为 M C 0 1 4 ,压缩机 额定 转速为4 9 o o r p m,叶轮叶片数为 1 3 个 ,叶片通过 频率 B P F为 1 0 6 1 7 H z ,进 口导叶为 1 2个,扩压 器叶片为 2 2 个。运行时出口管路处出现较大振动。 管道振动的最后解决方案依然是把叶片扩压器改 刘文明:高级工程师 1 9 8 8 年毕业于沈阳机械工业职工大学。从事压缩机设计工作。 联系电话:( 0 H )2 5 8 0 o l 6 7 , E t n a i l : w e b u 1 2 6 c o m o
5、学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m刘文明 离心压缩机叶片扩压器诱发管道高频振动的原因及处理 3 1 为无叶扩压器,修改前后测试点振动数据见表 1 。 测试点的振动速度为不同运行工况下采集所得, 从表 1 可知,流量小则振动速度小,无叶扩压器下 的振动速度 比任何流量下的有叶扩压器振动速度 低 ,效果非常明显。测点 7 处测得的震动频率谱图 见图 3 。 善 。 : 。 。 - F 。 图3 测点 7处振动频谱图 表 1 不同流量和不同扩压器下测点的振动速度表 3问题处理 两个实例均说明管道的高频振动原因是离心 压缩机的扩压器压力脉动诱发 了管道高频振动。 在管道振动
6、早期 ,由于没有对扩压器叶片脉动引 起注意,主要对管道结构进行优化,例如对管壁 加厚、更换管道材料、增设 限位支架等来提高管 道强度及刚度的改进措施,但均未取得实质效果 , 不能解决管道严 重的高频振 动问题。最后 把原来 常规叶片扩压器取消,改为无叶扩压器,机组效 率降低约 3 一 5 。为保证机组效率,后来改用 半高叶片扩压器,基本成功解决管道振动及效率 降低的问题。 基于此修改方案可有效解决该类问题的情况, 有必要研究扩压器对管路振动的影响,经大量调 研发现 ,在大型离 心压缩 机组 中,由叶片扩压 器 非定常流场产生的压力脉动诱发的管路振动问题 十分突出。扩压器 叶片结构形式 的不 同
7、,可大 幅 影响因转定子耦合引起的压力脉动的大小,对此 需要进行深入的非定常流场分析及管路振动分析。 从管道振动技术资料的调研中发现,离心压 缩机管道振动大都为高频振动,其频率为叶轮叶 片通过频率 ,幅值主要 与叶轮叶片和扩压 器叶片 之间的距离有关,距离越小,激励幅值越大,反 之亦然。国外解决此类问题同样主要是改动扩压 器叶片,即把有叶扩压器改为无叶扩压器,或者 在管道内加入阻尼材料。德莱赛兰 ( D r e s s e r R a n d ) 公司采取 了一种基于声场 的全新 方法 ,在 扩压器 上加入声学管道,不但能成功解决管道振动问题 , 还可大幅减少压缩机噪声 。 从结构和声学两方面
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