旋轉(zhuǎn)失速與喘振是高速離心壓縮機(jī)的一種振動故障。這種故障是由于流體流動分離造成的，設(shè)備本身一般沒有明顯的結(jié)構(gòu)缺陷，因而不需要停工檢修，通過調(diào)節(jié)流量即可使振動減至允許值。

當(dāng)旋轉(zhuǎn)脫離進(jìn)一步發(fā)展為喘振時，不僅會引起機(jī)組效率下降，而且還會對機(jī)器造成嚴(yán)重危害。喘振會導(dǎo)致機(jī)器內(nèi)部密封件、軸承等損壞，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致轉(zhuǎn)子彎曲、聯(lián)軸器損壞。喘振是離心壓縮機(jī)等流體機(jī)械運行、最危險的工況之一，對機(jī)器危害很大。對這種危害性極大但又不需要停機(jī)即可處理的故障，最能顯示出狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷工作的作用與效益。

事實上，失速區(qū)的形成是一個相當(dāng)復(fù)雜的流體動力過程。失速頻率還與葉片進(jìn)口氣流是否存在畸變、入口氣流方向角β1 與葉片入口安裝角βS 之間的差值（稱為沖角）大小，以及壓縮機(jī)的級數(shù)等因素有密切關(guān)系。B.F.J.Cossar 在試驗中利用在壓縮機(jī)進(jìn)口處安裝低孔率金屬絲網(wǎng)的方法，測得失速頻率為轉(zhuǎn)速頻率的1/2，與理論研究計算的失速頻率為轉(zhuǎn)速頻率的1/3有一定差異。

N.A.Cumpsty 的試驗?zāi)Ｐ椭赋?，旋轉(zhuǎn)失速頻率在轉(zhuǎn)速頻率的1/5～1/2的范圍內(nèi)，隨壓縮機(jī)級數(shù)的增加，旋轉(zhuǎn)失速區(qū)的傳播速度逐漸接近于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的40％。

日本振動專家白木萬博介紹，根據(jù)機(jī)器種類不同，旋轉(zhuǎn)失速區(qū)傳播速度為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的0.2～0.5。意大利NUOVO PIGNOVE 公司的壓縮機(jī)組在我國石化行業(yè)應(yīng)用較多，該公司對于按他們圖紙制造的在大化肥尿素裝置使用CO2 壓縮機(jī)，提出旋轉(zhuǎn)失速區(qū)的傳播速度可以按下面的經(jīng)驗公式計算：

式中，Q0p 為發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速時的實際流量，Q0 為壓縮機(jī)設(shè)計工況流量，u 為轉(zhuǎn)子的周向速度。

據(jù)此公式計算出的旋轉(zhuǎn)失速區(qū)傳播速度約為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度的0.3～0.45。另外，輪轂比（即葉輪流道的內(nèi)徑與外徑之比）對失速區(qū)的傳播速度有很大影響。大輪轂比葉輪會出現(xiàn)整個半徑方向失速，即失速區(qū)從葉片根部到葉片頂部的整個范圍內(nèi)都出現(xiàn)，稱為全半徑失速（圖2(a)）；小輪轂比葉輪一般只在半徑方向上的部分失速，即失速區(qū)只占據(jù)流道長度的一部分（圖2(b)）。就失速狀態(tài)來說，全半徑失速比部分半徑失速要嚴(yán)重，即葉柵內(nèi)的流體會引起較強(qiáng)的壓力脈動。

從固定于葉輪上的相對坐標(biāo)系來看，旋轉(zhuǎn)脫離團(tuán)以角頻率ωs 在機(jī)器流道間傳播，由于壓力波動激勵轉(zhuǎn)子的振動頻率為ωs，其振動頻率小于轉(zhuǎn)子的角頻率ω。而從葉輪之外的坐標(biāo)系來看，旋轉(zhuǎn)脫離團(tuán)是以 (ω～ωs) 的頻率旋轉(zhuǎn)的，其方向與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相同。因此，流體機(jī)械發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速時，轉(zhuǎn)子的異常振動同時有ωs 和 (ω～ωs) 兩個次諧波特征頻率。

機(jī)組發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速時，可能是在某一級葉輪上有一個氣體脫離團(tuán)，也可能是在某級葉輪上存在幾個脫離團(tuán)；脫離團(tuán)可能在某一級葉輪上發(fā)生，也可能同時在幾級葉輪上同時發(fā)生。一般機(jī)器發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速故障時常有兩個或兩個以上氣體脫離團(tuán)。實際生產(chǎn)中，機(jī)器發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速的角頻率ωs 參考上式，可按下式計算：

式中，ω 為轉(zhuǎn)子角頻率，N 為氣體脫離團(tuán)數(shù)量，Q0p 為實際工作流量，Q0 為設(shè)計流量。

流體機(jī)械的旋轉(zhuǎn)失速故障一般來說總是存在的，但它并不一定能激勵轉(zhuǎn)子使機(jī)組發(fā)生強(qiáng)烈振動，只有當(dāng)旋轉(zhuǎn)失速的頻率與機(jī)組的某一固有頻率耦合時，機(jī)器才有可能發(fā)生共振，出現(xiàn)危險振動。

如圖3所示，離心式壓縮機(jī)具有這樣的特性，對于一個確定的轉(zhuǎn)速，總對應(yīng)一個流量值，壓縮機(jī)效率達(dá)到點。當(dāng)流量大于或小于此值時，效率都將下降。一般常以此流量的工況點為設(shè)計工況點。

壓縮機(jī)的性能曲線左邊受到喘振工況 (Qmin) 的限制，右邊受到堵塞工況 (Qmax) 的限制，在這二者之間的區(qū)域，稱為壓縮機(jī)的穩(wěn)定工況區(qū)域。穩(wěn)定工況區(qū)域的大小，是衡量壓縮機(jī)性能的重要指標(biāo)。

當(dāng)壓縮機(jī)在運行過程中，若因外部原因使流量不斷減小達(dá)到Qmin 值時，就會在壓縮機(jī)流道中出現(xiàn)嚴(yán)重的旋轉(zhuǎn)脫離，若氣量進(jìn)一步減小時，壓縮機(jī)葉輪的整個流道被氣流旋渦區(qū)所占據(jù)，這時壓縮機(jī)的出口壓力將突然下降。但是，壓縮機(jī)出口所連接的較大容量的管網(wǎng)系統(tǒng)中壓力并不馬上下降，此時會出現(xiàn)管網(wǎng)中氣體向壓縮機(jī)倒流的現(xiàn)象。當(dāng)管網(wǎng)中壓力下降到低于壓縮機(jī)出口排氣壓力時，氣體倒流會停止，壓縮機(jī)又恢復(fù)向管網(wǎng)排氣。然而，因為進(jìn)氣量的不足，壓縮機(jī)在出口管網(wǎng)恢復(fù)到原來的壓力以后，又會在流道內(nèi)出現(xiàn)旋渦區(qū)。如此周而復(fù)始，機(jī)組和管道內(nèi)的流量會發(fā)生周期性變化，機(jī)器進(jìn)出口壓力會大幅度脈動。由于氣體在壓縮機(jī)進(jìn)出口處吞吐倒流，會伴隨有巨大周期性的氣流吼聲和劇烈的機(jī)器振動，這些波動在儀表操作盤的壓力、流量、振動信號顯示等記錄中可以清楚地反映出來，在操作現(xiàn)場也可以立即覺察得到。

由喘振引起的機(jī)器振動頻率、振幅與管網(wǎng)容積大小密切相關(guān)，管網(wǎng)容積越大，喘振頻率越低，振幅越大。一些機(jī)器的排氣管網(wǎng)容量非常大，此時喘振頻率甚至小于1Hz。

• 壓縮機(jī)接近或進(jìn)入喘振工況時，缸體和軸承都會發(fā)生強(qiáng)烈的振動，其振幅要比正常運行時大大增加，喘振頻率一般都比較低，通常為1～30Hz。

  
  

• 壓縮機(jī)在穩(wěn)定工況下運行時，其出口壓力和進(jìn)口流量變化不大，所測得的數(shù)據(jù)在平均值附近波動，幅度很小。當(dāng)接近或進(jìn)入喘振工況時，出口壓力和進(jìn)口流量的變化都很大，會發(fā)生周期性大幅度的脈動，有時甚至?xí)霈F(xiàn)氣體從壓縮機(jī)進(jìn)口倒流的現(xiàn)象。

  
  

• 壓縮機(jī)在穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時，其噪聲較小且是連續(xù)性的。當(dāng)接近喘振工況時，由于整個系統(tǒng)產(chǎn)生氣流周期性的振蕩，因而在氣流管道中，氣流發(fā)出的噪聲也時高時低，產(chǎn)生周期性變化。當(dāng)進(jìn)入喘振工況時，噪聲增劇，甚至有爆聲出現(xiàn)。

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