Mécanisme et diagnostic du décrochage rotatif et du défaut de pompageRéseau-Instrument

Le décrochage rotatif et le pompage sont une défaillance vibratoire du compresseur centrifuge à grande vitesse. Cette défaillance est due à la séparation de l'écoulement du fluide, l'équipement lui - même n'a généralement pas de défauts structurels évidents, il n'est donc pas nécessaire de procéder à un arrêt de travail et de révision, les vibrations peuvent être réduites à une valeur admissible en ajustant le débit.

Lorsque le décollement rotatif se développe davantage en vibration sifflante, il peut non seulement provoquer une baisse de l'efficacité de l'unité, mais également causer de graves dommages à la machine. Le sifflement peut entraîner des dommages aux joints internes de la machine, aux roulements, etc., et même des dommages graves au rotor, à l'accouplement. Le sifflement est l'une des conditions de fonctionnement les plus dangereuses du fonctionnement mécanique des fluides tels que le compresseur centrifuge, ce qui est très dangereux pour la machine. Les défaillances extrêmement dangereuses, mais qui ne nécessitent pas de temps d'arrêt, montrent le mieux le rôle et les avantages de la surveillance de l'état et du diagnostic.

I. mécanisme et caractéristiques du décrochage en rotation

Décrochage de rotation

Le mécanisme de décrochage en rotation a été proposé pour la première fois par H.W. Emmons en 1995. Le processus de formation du décrochage rotatif est approximativement le suivant. La structure de la roue à aubes du compresseur centrifuge, la taille sont toutes conçues selon le débit nominal, lorsque le compresseur fonctionne à un débit normal, le gaz entre dans la direction de la roue à aubesbêta1 Angle de montage avec les lames importéesbêtaSEn accord, le gaz peut être introduit en douceur dans la roue humaine, comme le montre la figure 1 (A), à ce stade, la vitesse relative du flux d'air estω1Le débit entrant estC1.lorsque le débit de gaz entrant dans la roue est inférieur au débit nominal, la vitesse radiale du gaz entrant dans la roue est réduite àC1′ réduction correspondante de l'angle de direction de la vitesse relative d'entrée des gaz dans la roue à aubesbêta1′, donc angle de montage avec l'importation de lamesbêtaSNon conforme. À ce moment - là, le gaz va frapper la face de travail (convexe) de l'aube, formant un tourbillon d'écoulement d'air près de la face concave de l'aube, l'augmentation progressive du tourbillon réduit la zone de circulation effective du canal.

Pour des raisons telles que la fabrication, la maintenance de l'installation ou les conditions de fonctionnement, le flux d'air entrant dans le compresseur n'est pas réparti uniformément dans les différents canaux d'écoulement, et la quantité de tourbillons de flux d'air varie également. S'il y a plus de tourbillons d'air dans un canal (canal 2 sur la figure 1 (b)), la quantité d'air passant par ce canal est réduite et l'excès d'air est détourné vers les canaux adjacents (canaux 1 et 3). En se rabattant vers le canal précédent (canal 1), parce que le gaz entrant se précipite sur la surface concave de la pale, une partie du tourbillon de flux d'air sur la surface concave d'origine est balayée, le flux d'air dans ce canal aura tendance à se dégager. Alors que le flux d'air replié vers le canal arrière (canal 3) se précipite sur la face convexe de la pale, de sorte que le flux d'air au niveau de la concavité de la pale crée plus de tourbillons, obstruant la zone de circulation effective du canal, forçant le flux d'air dans le Canal à se replier vers le canal voisin. Ainsi évoluant en rotation, des masses d'obstruction du flux d'air constituées de tourbillons (appelées masses de décrochage ou zones de décrochage) apparaîtront à tour de rôle dans les différents canaux d'écoulement dans le sens inverse de la rotation de la roue. Puisque la zone de décrochage se propage à une vitesse inférieure à la vitesse de rotation de la roue dans le sens inverse, la zone de décrochage tourne toujours dans le sens de rotation de la roue à partir d'un repère autre que la roue, c'est le mécanisme de décrochage en rotation. Malgré la complexité de la situation réelle du flux d'air, le mécanisme de décrochage rotatif proposé par H.W. Emmons fournit une base pour les travaux de recherche ultérieurs.

Fréquence de décrochage rotatif

La vitesse de propagation ou la fréquence de décrochage de la zone de décrochage en rotation est une préoccupation majeure, car elle est importante pour diagnostiquer si les vibrations du compresseur sont causées par le décrochage en rotation. À cet égard, les instituts de recherche scientifique nationaux et étrangers, en plus de mener de nombreuses études théoriques, ont également effectué de nombreux tests pratiques dans les salles d'essai. De nombreux essais sur Compresseurs axiaux ont été effectués par b.f.j. cossar et al., qui ont montré que la zone de décrochage rotatif émergeait d'abord à la queue de la pale, puis avançait, tournant relativement d'environ 20° pour atteindre le bord d'attaque de la pale.

En effet, la formation de la zone de décrochage est un processus hydrodynamique assez complexe. La fréquence de décrochage est également liée à la présence de distorsions dans le flux d'air d'entrée des pales, l'angle de direction du flux d'air d'entréebêta1 Angle de montage avec entrée de lamebêtaSLa différence entre les tailles (appelées angles de poinçonnage), ainsi que des facteurs tels que la progression du compresseur, ont une relation étroite- Oui.B.f.j. cossar, utilisant la méthode d'installation d'un treillis métallique à faible porosité à l'entrée du compresseur, a mesuré une fréquence de décrochage de 1 / 2 de la fréquence de la vitesse de rotation, avec une certaine différence avec la fréquence de décrochage de 1 / 3 de la fréquence de la vitesse de rotation calculée par l'étude théorique.

Le modèle d'essai de N.A. cumpsty indique que la fréquence de décrochage en rotation est comprise entre 1 / 5 et 1 / 2 de la fréquence de rotation, et que la vitesse de propagation de la zone de décrochage en rotation est progressivement proche de 40% de la vitesse de rotation du rotor avec l'augmentation du nombre de compresseurs.

L'expert japonais en vibrations baimu Wambo a présenté que, selon le type de machine, la vitesse de propagation de la zone de décrochage rotatif est de 0,2 à 0,5 de la vitesse de rotation du rotor. Les unités de compression de la société italienne Nuovo pignove sont plus utilisées dans l'industrie pétrochimique de notre pays, la société utilise du Co pour les grandes unités d'urée d'engrais fabriquées selon leurs dessins2 Un compresseur, proposant que la vitesse de propagation de la zone de décrochage en rotation puisse être calculée selon la formule empirique suivante:

Dans la formule,Q0pPour le débit réel en cas de décrochage en rotation,Q0 Concevoir le flux de condition de travail pour le compresseur,uPour la vitesse circonférentielle du rotor.

La vitesse de propagation de la zone de décrochage en rotation calculée à partir de cette formule est d'environ 0,3 à 0,45 de la vitesse de rotation du rotor. De plus, le rapport moyeu (c'est - à - dire le rapport entre le diamètre intérieur et le diamètre extérieur de la veine de roue) a une grande influence sur la vitesse de propagation de la zone de décrochage. Un décrochage dans toute la direction du rayon se produit avec une grande roue de rapport de moyeu, c'est - à - dire que la zone de décrochage apparaît sur toute l'étendue du pied de pale au Sommet de la pale, appelée décrochage dans tout le rayon (Figure 2 (A)); Le petit moyeu ne décroche généralement qu'une partie de la roue dans le sens du rayon, c'est - à - dire que la zone de décrochage n'occupe qu'une partie de la longueur de la veine (Figure 2 (b)). En ce qui concerne l'état de décrochage, le décrochage à rayon complet est plus grave que le décrochage à rayon partiel, c'est - à - dire que le fluide à l'intérieur de la grille provoque une forte pulsation de pression.

Mécanisme de vibration du décrochage rotatif

Les fluctuations de pression générées par le décrochage rotatif à l'intérieur de la roue à aubes sont la force d'excitation qui excite le rotor pour des vibrations anormales, la taille de la force d'excitation est liée au poids moléculaire du gaz, si le poids moléculaire du gaz est plus grand, la force d'excitation est également plus grande, l'impact sur le fonctionnement de la machine est également plus grand.

Vu d'un repère relatif fixé à la roue à aubes, les masses de dégagement rotatives sont à la fréquence angulaireωsSe propageant entre les canaux de la machine, la fréquence de vibration du rotor d'excitation due aux fluctuations de pression estωs, dont la fréquence de vibration est inférieure à la fréquence angulaire du rotor,ω. et à partir d'un système de coordonnées au - delà de la roue à aubes, la rotation de la masse détachée est de (ωàωs), dont la fréquence tourne dans le même sens que le sens de rotation du rotor. Ainsi, lors d'un décrochage en rotation de la machine à fluide, les vibrations anormales du rotor ont simultanémentωsEt (ωàωs), deux fréquences caractéristiques sous - harmoniques.

En cas de décrochage en rotation de l'unité, il peut s'agir d'une masse de dégagement de gaz sur un certain étage de roue ou de plusieurs masses de dégagement sur un certain étage de roue; Le détachement peut se produire sur un certain niveau de roue ou simultanément sur plusieurs niveaux de roue en même temps. Généralement, les machines ont un défaut de décrochage rotatif, il y a souvent deux ou plusieurs masses de gaz qui se détachent. Fréquence angulaire à laquelle la machine subit un décrochage rotatif dans la production réelleωsEn référence à l'équation ci - dessus, on peut calculer:

Dans la formule,ωLa fréquence angulaire du rotor,NLe nombre de dégazages gazeux,Q0pPour le flux de travail réel,Q0 Pour la conception des flux.

Un défaut de décrochage en rotation d'une machine à fluide est généralement toujours présent, mais il n'excite pas nécessairement le rotor pour provoquer une vibration intense de l'unité, ce n'est que lorsque la fréquence du décrochage en rotation est couplée à une certaine fréquence propre de l'unité que la machine est susceptible de résonner, des vibrations dangereuses apparaissent.

II. Mécanisme et caractéristiques de défaillance du sifflement

Halètement

Le sifflement est l'un des défauts courants dans le fonctionnement des compresseurs centrifuges et axiaux et constitue un développement ultérieur du décrochage rotatif.

Comme le montre la figure 3, le compresseur centrifuge présente la caractéristique que pour une vitesse de rotation déterminée, correspondent globalement à une valeur de débit, le rendement du compresseur atteint un point. Lorsque le trafic est supérieur ou inférieur à cette valeur, l'efficacité diminue. Généralement, ce point de situation du trafic est conçu comme point de situation.

Courbe de performance du compresseur soumis à des conditions de fonctionnement haletantes à gauche (Qmin), la restriction de la droite est bloquée (Qmax), dans la zone entre les deux, appelée Zone de fonctionnement stable du compresseur. La taille de la zone de condition de travail stable est un indicateur important de la performance du compresseur.

Lorsque le compresseur est en fonctionnement, si pour des raisons externes, le débit est constamment réduit pour atteindreQmin À la valeur, il y aura un dégagement de rotation sévère dans le canal du compresseur, si la quantité d'air diminue encore, tout le canal de la roue du compresseur est occupé par la zone de tourbillon de flux d'air, lorsque la pression de sortie du compresseur chutera soudainement. Mais la pression dans le système de réseau de plus grande capacité auquel est raccordée la sortie du compresseur ne diminue pas immédiatement et il se produit alors un phénomène de reflux de gaz dans le réseau vers le compresseur.Lorsque la pression dans le réseau descend en dessous de la pression d'échappement à la sortie du compresseur, le reflux des gaz s'arrête et le compresseur reprend l'échappement vers le réseau. Cependant, en raison de l'insuffisance de la quantité d'air d'admission, le compresseur, une fois que le réseau de sortie est revenu à sa pression d'origine, une zone de Tourbillon apparaît à nouveau dans le canal d'écoulement. Ainsi de semaine en semaine, le débit à l'intérieur de l'unité et de la tuyauterie changera périodiquement, et la pression d'entrée et de sortie de la machine pulsera considérablement. Comme le gaz avale le reflux à l'entrée et à la sortie du compresseur, il sera accompagné d'un énorme rugissement périodique du flux d'air et de vibrations violentes de la machine, ces fluctuations peuvent être clairement reflétées dans l'enregistrement de la pression, du débit, de l'affichage du signal de vibration, etc. du tableau de bord de l'instrument, et peuvent également être détectées immédiatement sur le site d'exploitation.

La fréquence de vibration de la machine, l'amplitude causée par le halètement est étroitement liée à la taille du volume du réseau de tubes, plus le volume du réseau de tubes est grand, plus la fréquence de halètement est faible, plus l'amplitude est grande. Certaines machines ont un réseau d'échappement de très grande capacité, à ce moment - là, la fréquence de pompage est même inférieure à 1 Hz.

Caractéristiques de défaillance de wheezing

Les principales caractéristiques de l'apparition d'un pompage du compresseur sont les suivantes:

Lorsque le compresseur approche ou entre dans une situation de fonctionnement haletant, le bloc - cylindres et les roulements subiront de fortes vibrations, leur amplitude sera considérablement augmentée par rapport au fonctionnement normal, la fréquence de halètement est généralement relativement faible, généralement de 1 à 30 Hz.
Lorsque le compresseur fonctionne dans des conditions de fonctionnement stables, sa pression de sortie et son débit d'importation ne changent pas beaucoup et les données mesurées fluctuent autour de la moyenne avec une faible amplitude. Lors de l'approche ou de l'entrée dans une situation de fonctionnement haletant, la pression de sortie et le débit d'importation varient considérablement, des pulsations périodiques de grande amplitude se produisent et parfois même le phénomène de reflux de gaz importés du compresseur se produit.
Le compresseur est moins bruyant et continu lorsqu'il fonctionne de manière stable. Lorsque l'on se rapproche d'une situation de fonctionnement haletant, en raison des oscillations périodiques du flux d'air générées par l'ensemble du système, le bruit émis par le flux d'air dans le conduit de flux d'air est également élevé et faible, produisant des variations périodiques. Lorsque vous entrez dans une situation de travail haletant, le bruit augmente et il y a même des explosions qui apparaissent.

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