多级离心压缩机满负荷试验中的流体激振问题

摘  要

摘要

在离心压缩机的FAT(注：FAT = Factory Acceptance Test工厂验收测试， SAT = Site Acceptance Test现场验收测试）过程中，观察到非同步振动。主频率与a）转子系统固有频率和b）扩压器中的典型旋转失速频率不同。调查发现，下游流量控制阀产生压力脉动，导致转子振动。作为实际解决方案，对流量控制阀的位置进行了修改，从而降低了压力波动和振幅。CFD分析定性地说明了实际现象。

出厂测试配置

基础信息

压缩机：8 级，2 段 

测试条件 Gas = CO2(100%) 

入口Ps=1 barG，出口 Pd=63 barG 

N= 8910rpm(100%) 9356rpm(105%) 

Power = 6900kW(approx)

次同步振动（SSV）特征 

     随着排放压力的增加观察到 SSV。

     几个频率占主导地位。

     某些频率随着排放压力的变化而变化。

根本原因

• 典型频率不是系统固有频率（70Hz）并且 log dec 足够大（大约= 0.7，）——实际不排除某原因激起转子共振，因为65Hz

注：评估系统稳定性的指标叫对数递减率log dec，是波形前一个峰的振幅与后一个峰的振幅的比值的自然对数。如果系统稳定，log dec>0，否则<0.

• 旋转失速？——流动角符合 Senoo 标准。下图表明机组以合理的余量满足 Senoo 标准

  

  
  

• 管道系统？——弯管和/或阀门有时会产生强烈的涡流，这可能会激发转子。

  注：采集压力波形并做FFT!压力脉动测量，观察到压力脉动，主导为0.052MPa，65Hz。与振动谱中65Hz一致。

  

• 由于车间空间有限，车间管道布置复杂，弯头、阀门、孔口之间的距离很近。可在车间管道系统中产生激振力。主阀与孔口调换位置进行测试。

交换后的 SSV，大幅降低 SSV 振动幅度。因此，激振力产生于车间管道系统，而不是压缩机。FAT 成功完成！

非定常 CFD 分析验证

非定常 CFD 分析验证

1 推测的根本原因

   ✓ 压缩机下游产生压力波动。

   ✓ 它传播到压缩机排气，并导致转子振动。

2. 验证程序 

   ✓ 对 1) 管道和 2) 压缩机进行单独的 CFD。

   ✓ 确认 1) 管道系统产生激振力 2) 压缩机可以被管道系统产生的  

      力激振

管道CFD分析结果

管道系统CFD总结 ：

• 根据非定常CFD分析，通过调换主阀和孔板，可以改善静压波动水平。

• CFD 结果显示；观察到 10、25、40 Hz 的压力波动。这些波动可以减少 30% - 50%。

• CFD 定性地说明了实际现象。CFD 和测量之间的压力波动幅度不同。这是因为压缩机排气给了恒定压力作为边界条件。

压缩机排气CFD分析模型

[Case-1] 压缩机 Pd = 6.7 Mpa（恒定）

[Case-2] 基于压力脉动测量，压缩机 Pd 随流量波动。

压缩机CFD分析结果：

激振力和合成振动幅值

在第 8 个叶轮上由 Fr 以 60Hz 激发，

计算激励，其合成振动幅度为 7.3um (p-p)，与实际 SSV 幅度相似。

总 结

总结

• 根据 CFD，如果压缩机排气压力因车间管道的外力而波动，作用在转子上的力会增加。

• Case 2 分析表明观察到不同的频率，例如 110Hz，即使压缩机排气仅在 65Hz 波动。

• 振动幅值由第 8 级叶轮 65Hz 的激振力计算得出，在探头位置产生 7.3μm，与实际水平（6.5μm）非常相似。

教 训 

教训 

在高压试验条件下，即使是车间下游管道系统也可能产生激振力，从而导致压缩机转子振动。

应充分考虑车间管道系统

文章来源：VIBOSS振呼