基于叶片通过频率的机理研究和减振方法

工业现场的泵类设备类型种类较多,其中离心泵占比超过70%,数量庞大、故障占比高。在对10个典型石化现场近300台泵类设备长达一年的故障跟踪分析后发现,以振动信号中叶片通过频率为主的故障占比高达15%,会降低设备的工作效率,同时也是现场发生未知事故的风险点。介绍产生叶片通过频率的故障机理,并针对不同的故障机理给出典型的现场闭环处理案例,为确保工业现场的安全性和经济性发挥重要作用。

叶片通过频率振动引起轴承多发故障的分析

风机是将电动机的机械能用于输送气体能量的机械。针对风机在机组运行中出现的叶片通过频率振动,指出了流体的压力脉动是其激振源,而加剧叶片通过频率振动故障会导致风机和电机轴承故障。以工程实例,可为类似振动故障的处理提供参考,提出防治对策。

电站轴流引风机叶片通过频率振动超标问题机理分析及治理

在广泛调研及查阅文献的基础上,系统研究了国内燃煤发电机组轴流引风机在环保改造后普遍存在的叶片通过频率振动超标问题,通过以国内某电厂引风机叶片通过频率振动治理的典型案例为研究对象,对叶片通过频率振动超标现象的内在机理及治理过程进行了详细分析。研究结果表明,叶顶间隙均匀度、机壳圆度、叶片同步性、叶片形态一致性、叶轮平衡状态、出口烟道形式等多种因素均会对该振动问题产生影响。最后对不同原因引起的叶片通过频率超标问题给出了相应的治理方案。该研究结果及治理经验可用于治理电站轴流引风机叶片通过频率振动超标问题。

叶片通过频率振动的分析及治理

针对泵或风机在运行中屡屡出现的叶片通过频率振动,指出了流体的压力脉动是其激振源,而加剧叶片通过频率振动故障的主要原因是:叶片通过频率共振,进出口管线设计不合理,叶片未在设计工况下运行以及安装偏差或运行磨损等。最后给出了相应的工程实例,可为类似振动故障的处理提供参考。

管道共振引起叶片通过频率振动故障的诊断及处理

某凝结水泵在并列运行时,出口管道振动十分剧烈,分析认为管道固有频率与叶片通过频率重合,引起了共振,在激烈的振动激励下,又导致了出口管道之间的拍振.现场通过改变凝结水泵出口管道的结构,并将水泵叶轮叶片数量由6片改型为7片,成功解决了管道共振引起的叶片通过频率振动故障,可为同类故障治理提供参考.

流场脉动下引风机叶片断裂分析与试验研究

针对某型汽动静叶可调引风机叶片断裂故障开展计算分析和试验研究。通过振动试验和模态实验,获取不同转速和开度下风机振动信号以及叶片固有频率,根据相似理论绘制风机不同转速下性能曲线,求得与流量对应的转速-开度曲线,由失速线划定风机运行禁区。试验结果表明,转速一定时,随着静叶开度增大,叶片通过频率及其谐波分量幅值增大,结合模态实验发现风机在796~912 r/min转速区间运行时,叶片固有频率和叶片通过频率及其谐波分量重合,引发叶片共振。风机应避开共振转速区间运行并避免在转速禁区内运行。

基于OCSVM的燃气轮机叶片断裂故障诊断方法

针对管道、发电等行业使用的燃气轮机转子叶片断裂故障问题,开展了叶片断裂故障诊断方法研究。首先,基于燃气轮机叶片尾流激振力产生机理和转子叶片断裂进一步引发的突发不平衡振动机理,提出了基于转子叶片通过频率(BPF)成分振动幅值、转子工频振动幅值及同截面不同方向的转子工频振动相对相位的燃气轮机叶片断裂故障敏感特征集。然后,以各级BPF振动幅值为输入参数,基于单分类支持向量机(OCSVM)建立了叶片故障识别模型;进一步地,将该识别模型与叶片断裂引发的突发不平衡故障诊断规则结合,构建了一种燃气轮机叶片断裂故障诊断方法。最后,利用某型燃气轮机叶片断裂故障案例数据,验证了提出的特征参数和叶片断裂故障诊断方法的有效性。

静叶可调轴流式引风机叶片断裂原因分析及对策

某600 MW机组静叶可调轴流式引风机采用小汽轮机驱动,运行中发生叶片断裂问题,断裂面启裂位置为叶轮与调频环焊接位置。通过分析风机运行参数及断裂叶片理化检测结果发现,风机叶轮与调频环焊缝处存在疲劳导致叶片断裂。为解决叶轮与调频环处焊缝开裂问题,对叶轮进气侧调频环位置及结构进行优化改进,新调频环焊接在叶片根部,并更改为口圈结构;为避开新调频环位置改变后叶片的固有频率,通过叶片测频工作测试引风机叶片在设计转速范围内叶片通过频率发生共振的转速约为752、1098 r/min,引风机实际运行转速应与共振转速保持一定的避开率。

燃气轮机压气机动叶片断裂故障振动特征及其诊断方法

动叶片断裂是燃气轮机的主要故障模式之一,研究叶片断裂故障的振动特征及诊断方法对保障燃气轮机安全可靠运行至关重要。基于叶片尾流激振力产生机理,研究了燃气轮机叶片振动响应传递路径及尾流激振力变化规律,构建了静子叶片振动响应模型,推导了转子叶片断裂后振动响应的变化规律。基于叶片通过频率及工频振动分量的响应特征,提出了基于改进启发式分割算法(IHSA)的叶片断裂故障识别方法,可实现叶片断裂的故障类型判断与及时告警。进一步根据振动响应特征及实际燃气轮机运行控制原理,构造了叶片断裂位置识别因子γ,通过同一转子上各级叶片γ值的对比可实现断裂位置的辨识。结合故障识别方法与断裂位置辨识方法,提出了一种燃气轮机压气机动叶片断裂故障的诊断方法。某型燃气轮机故障案例分析证实了振动特征与诊断方法在工程应用中的有效性。

脱庚烷塔底泵特征频率振动超标分析与解决

芳烃联合装置异构化脱庚烷塔底泵振动烈度超标,通过对泵的设计工况和实际工况的对比,经排查和频谱分析发现,泵的振动主要是叶轮通过特征频率引起的。经过叶轮改造及切削处理,降低了压力脉动,使泵的振动烈度从9.1 mm/s最终降低到1.9 mm/s,消除了困扰设备和装置安全生产的风险。

卧式单吸悬臂式离心油泵振动原因及解决方案

某化工装置的2台卧式悬臂离心泵在运行时,联轴器侧的水平方向振动超标。通过对泵的运行数据、支撑结构、工况条件等进行综合分析,确定振动的主要原因是泵支撑固定刚度不足、偏工况运行及内部压力脉动。为解决这一问题,在联轴器侧轴承箱增加了刚性固定装置,成功消除了泵的振动超标故障。

混流泵压力脉动特性及其对流动诱导噪声的影响

为了研究不同工况下混流泵内部压力脉动特性及其对流动诱导噪声的影响,基于RANS方程和SST k-ω湍流模型,对混流泵进行非定常数值计算,在此基础上取叶片表面非定常压力脉动作为声源,采用间接边界元法对由叶片旋转偶极子源所引起的外场噪声进行数值计算。结果表明:混流泵叶轮进出口处的压力脉动幅值均是沿着轮缘到轮毂逐渐减小,叶轮进口处压力系数的最大值是出口处的2倍;沿着蜗壳周向,隔舌部位处压力脉动最为剧烈,随着监测点的位置远离隔舌,其压力脉动情况逐步改善;不同工况下,混流泵内各处的压力脉动主频均保持叶片通过频率不变;混流泵叶轮和蜗壳之间的动静干涉作用是引发流动诱导噪声的主要原因;流动诱导噪声的主频是由压力脉动主频以及泵体结构的固有频率综合决定的;不同工况下,混流泵内部压力脉动程度越强,该工况对应的流动诱导噪声辐射水平越强。该文对混流泵机组的稳定运行以及流动诱导噪声的控制提供了参考。

离心泵叶轮出口宽度对泵腔内压力脉动分布的影响

在试验和数值模拟相互验证的基础上,开展叶轮出口宽度对离心泵泵腔内压力脉动分布影响的研究.通过试验和数值计算获得离心泵的外特性、泵腔内静压分布、泵腔内压力脉动分布及泵体表面的压力脉动幅值分布,并进行对比分析,结果表明:前泵腔内静压和压力脉动幅值随出口宽度的增大而增大,随半径的减小而增大;后泵腔内静压和压力脉动随出口宽度和半径的变化不十分明显.综合考虑外特性和压力脉动,在比转数ns=97时叶轮出口宽度与叶轮出口直径之比应小于0.06;为了使压力脉动在泵腔内有效地衰减,出口宽度与前腔间隙的比值在1.81附近时最佳.研究结果可用于指导离心泵叶轮的优化设计.

离心泵压力脉动对流动噪声影响的试验研究

为了研究离心泵内部压力脉动和流动噪声在不同工况下的变化规律及其关系,采用试验方法,用高频压力传感器和水听器分别采集离心泵出口脉动压力和流动噪声信号,并进行时频域和自功率谱分析.结果表明:各工况下,叶片通过频率是压力脉动和流动噪声的主频,这是由叶轮和蜗舌之间的动静干涉引起的,而流动噪声在轴频二倍频(44.8 Hz)和224.8 Hz处也有明显峰值,这是由叶轮叶片数和蜗壳壳体振动引起的.小流量和设计流量下,流动噪声频谱与压力脉动频谱形状比较相符,流动噪声可以近似看作是由压力脉动引起的;随着流量的增大,流动噪声频谱除了包括压力脉动的主频外,还包括汽蚀和湍流等引起的500 Hz以上的高频部分.

离心压缩机进口导叶/叶轮动静相干的数值研究

对不同预旋角度下进口导叶/叶轮的相干进行了非定常的数值模拟,讨论了动静相干效应的主要因素,分析了非定常效应对叶轮内流场结构的影响.结果表明,在较大的负预旋角度下,叶轮流动呈现出周期性;造成叶轮内非定常性的主要因素是上游进口导叶的尾迹区,尤其是大尺度分离涡团导致叶轮的进口流动不稳定.导叶尾流的影响只涉及到叶轮通道的一部分(约30%叶片长度),而叶轮的势影响范围从进口导叶尾缘到约20%左右叶片弧长处.叶轮叶片通过频率和叶片旋转频率同时影响着进口导叶内部的非定常流动.

水泵水轮机无叶区压力脉动产生机理研究

抽水蓄能电站厂房振动问题是影响电站及电网安全稳定运行的关键技术难题。本文首先介绍了水泵水轮机无叶区压力脉动的幅值和频率特性,总结出无叶区压力脉动幅值大于其它位置、水轮机工况无叶区压力脉动幅值大于水泵工况、水泵水轮机水轮机工况大于常规混流式水轮机等规律性特征,指出了无叶区压力脉动的主频为叶片通过频率。其次,本文应用自由涡环量等于常数原理,通过对水泵水轮机水轮机最优工况远离运行区、水轮机工况转轮叶片进口速度三角形、飞逸转速工况压力脉动幅值最大等问题的深入分析,提出了水泵水轮机水轮机工况无叶区高幅值压力脉动源自于转轮叶片进水边正面脱流产生的自由涡这一机理性认识。

海上风力发电单立柱支撑结构拟静力分析

海上风电支撑结构不同于一般海洋结构物,它受到复杂的风机气动荷载、机械控制荷载和海洋环境荷载的多重作用。文章针对海上某单立柱风电支撑结构,通过分析其结构固有频率的约束限制以及外环境荷载的动力特性,综合考虑外环境荷载尤其是风机荷载的动力放大影响,给出海上单立柱风电支撑结构的拟静力分析思路。并进行极端及操作工况下支撑结构在风、浪、流环境荷载组合作用的应力计算和强度分析。提出该种结构在使用现有海洋结构物设计规范和风机设计规范时的注意事项。该分析比较结果及结论可作为海上类似风电支撑结构的设计参考。

多级压气机喘振边界点的通道流动特征

进行台架试验,获取了试验发动机喘振边界点的压气机通道压力信号。对压力信号进行了频谱分析,以确定喘振边界点的通道流动特征。分析结果表明,与高转速时流动状态较好的情形相比,发动机工作点处于喘振边界时,压气机第1级静子通道压力信号频率成分中,第1、2级转子叶片通过频率信号BPF1、BPF2和以550 Hz为中心的谐波成分幅值显著增强,在550Hz附近出现多根强幅值的谱线;从较高转速减速时,BPF1、BPF2的幅值先是迅速增大,随后随工作转速减小而逐渐减小,与此不同的是,550 Hz附近频率成分则是随转速减小而逐渐增强的。对试验发动机而言,所获得的喘振边界点通道流动特征可望用于压气机工作稳定性的实时监控和预警。

高比转速斜流泵内部压力脉动特性的实验研究

为了研究不同工况下高比转速斜流泵内部压力脉动特性和规律,选取某高比转速斜流泵模型为研究对象,在斜流泵叶轮进口段至导叶出口段设置7个压力脉动监测点,采用微型压力脉动传感器采集不同工况下的压力脉动时域信号,并进行频域特性分析。实验结果表明,不同流量工况下,叶轮进口到导叶出口的压力脉动幅值依次降低,同时压力脉动所呈现出的周期性相似波动规律也依次减弱。叶轮进口压力脉动周期性相似波动规律较好,压力脉动幅值也最大,而叶轮出口受叶轮进口流动分离形成的低频大尺度漩涡及叶顶泄漏涡的影响,在小流量工况下的压力脉动周期性相似波动规律相对减弱。导叶进口只有在额定工况1.0Q_(opt)下压力脉动才有动静相干周期性相似波动规律,而导叶出口处的压力脉动幅值最小且在受到导叶数及其发生失速可能产生的低频大尺度漩涡和叶轮出口回流等漩涡的影响,在小流量工况下呈现较弱的周期性相似波动规律。此外,不同工况下叶轮进出口及导叶进口的压力脉动主频都是叶片通过频率,同时叶轮进出口还存在叶片通过频率的高阶谐波,但在导叶出口处的压力脉动主频随流量的变化而变化。

航空发动机压气机静子通道压力信号时频特征

进行发动机整机试验,获取了压气机第一级静子通道内的压力信号.通过时频分析,从压力信号中辨识出了以550 Hz和2200 Hz为中心的时频结构;辨识出了压气机前3级转子叶片通过频率信号及它们的一些和频、差频信号.同时,还观察到在试验发动机减速过程中,放气带打开前,压气机前3级转子的叶片通过频率信号及它们的一些和频、差频信号幅度显著增强,这表明减速过程中压气机第一级转子尖区的流动分离逐渐趋于严重.因此,监控压气机静子通道压力信号时频特征的变化,可以获得特定的压气机转子的流场信息,从而为压气机稳定性控制提供重要依据.