4.往復(fù)式壓縮機(jī)的故障分析和管道振動(dòng)第1頁，共119頁。1雙作用往復(fù)活塞壓縮機(jī)第2頁，共119頁。2往復(fù)式壓縮機(jī)故障率壓縮機(jī)的大量故障是在使用中由于管理不當(dāng)產(chǎn)生的，尤其是不善于檢測(cè)、分析各種參數(shù)，不善于從參數(shù)的不正常變化中辨別故障產(chǎn)生的苗頭，以致一旦發(fā)生或嚴(yán)重時(shí)才不得不停機(jī)處理，而有些故障可能會(huì)釀成機(jī)器損壞，有毒、易燃、易爆氣體外泄等嚴(yán)重事故，因此需要重視對(duì)往復(fù)式壓縮機(jī)的故障監(jiān)測(cè)與診斷。第3頁，共119頁。3學(xué)習(xí)本章的目的與主要內(nèi)容目的：了解往復(fù)式壓縮機(jī)的故障類型、原因、診斷方法本章主要內(nèi)容往復(fù)式壓縮機(jī)的故障類型與故障原因示功圖及閥片運(yùn)動(dòng)規(guī)律的測(cè)量與故障分析壓縮機(jī)的氣流壓力脈動(dòng)與管道振動(dòng)第4頁，共119頁。4往復(fù)式壓縮機(jī)的工作原理第5頁，共119頁。5往復(fù)式壓縮機(jī)發(fā)生故障的部位基本上是由下列三部分組成：①傳遞動(dòng)力部分一曲軸、連桿、十字頭、活塞銷、活塞等零部件的故障:②氣體的進(jìn)出及其密封部分—?dú)飧住⑦M(jìn)氣和排氣閥門、彈簧、閥片、活塞環(huán)、填料函及排氣量調(diào)節(jié)裝置等部分的故障；③輔助部分—包括水、氣、油三路的各種冷卻器、緩沖器、分離器、油泵、安全閥及各種管路系統(tǒng)方面的故障。從反映故障狀態(tài)的監(jiān)測(cè)參數(shù)(征兆參數(shù))上可分為兩大類:一類故障征兆表現(xiàn)在機(jī)器的熱力參數(shù)變化上，如機(jī)器的排氣量變化，吸、排氣壓力變化，各部分溫度變化以及油路、水路故障所表現(xiàn)出來的熱力參數(shù)變化;另一類故障征兆表現(xiàn)在在機(jī)器的動(dòng)力性能參數(shù)變化上，如壓縮機(jī)主要零部件的缺陷、磨損、損壞和斷裂故障所表現(xiàn)出來的機(jī)器振動(dòng)和不正常聲音，還有各種原因引發(fā)的管道振動(dòng)。第6頁，共119頁。6由于往復(fù)機(jī)械通常需要利用一系列機(jī)構(gòu)將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成往復(fù)運(yùn)動(dòng)（如往復(fù)壓縮機(jī)）或?qū)⑼鶑?fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（如內(nèi)燃機(jī)），因而其機(jī)械結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，運(yùn)動(dòng)形式也較為復(fù)雜。 與旋轉(zhuǎn)機(jī)械相比，往復(fù)機(jī)械具有以下特點(diǎn)：1)運(yùn)動(dòng)比較復(fù)雜，振動(dòng)既有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)引起的振動(dòng)，又有往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)，還有燃燒時(shí)沖擊產(chǎn)生的振動(dòng)，眾多的頻率，范圍寬廣的激勵(lì)比較難以識(shí)別；2)振動(dòng)隨負(fù)荷變化，在轉(zhuǎn)速一定時(shí)，其負(fù)荷又隨外界情況變化；往復(fù)機(jī)械的振動(dòng)及診斷分析特點(diǎn)第7頁，共119頁。73)同時(shí)發(fā)生多種振動(dòng)，相互干擾大。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)部件出現(xiàn)不同程度的機(jī)械故障時(shí)，難以從振動(dòng)信號(hào)中檢測(cè)出相應(yīng)的激勵(lì)變化情況；

如氣體壓力引起燃燒室組件的振動(dòng); 活塞撞擊連桿引起的振動(dòng) 活塞撞擊氣缸引起的振動(dòng)等幾乎在同一時(shí)刻發(fā)生4)缸數(shù)多，互相耦合，相互干擾，鄰缸對(duì)本缸以及本缸中各運(yùn)動(dòng)部件之間的相互干擾不易區(qū)分；5)敏感測(cè)點(diǎn)的選擇及判斷依據(jù)的確定比較困難。往復(fù)機(jī)械的振動(dòng)及診斷分析特點(diǎn)第8頁，共119頁。8往復(fù)機(jī)械的故障類型結(jié)構(gòu)性的故障：指零件磨損、裂紋、裝配不當(dāng)、動(dòng)靜部件間的碰磨等。性能方面的故障：機(jī)器性能指標(biāo)達(dá)不到要求，如功率不足、油耗量大、轉(zhuǎn)速波動(dòng)較大等。結(jié)構(gòu)性的故障會(huì)反映在機(jī)器的性能中。往復(fù)機(jī)械的振動(dòng)及診斷分析特點(diǎn)第9頁，共119頁。9 在實(shí)際工作中，由于采用性能分析法診斷故障屬于間接診斷，一方面不直接，影響因素較多； 另一方面，采用性能分析法難度也比較大。所用傳感器價(jià)格昂貴，壽命較短，因此對(duì)于往復(fù)機(jī)械的監(jiān)測(cè)和診斷，一般以振動(dòng)診斷法應(yīng)用較多。由于絕大多數(shù)故障都會(huì)在振動(dòng)方面有所反映，因此對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析處理，可以診斷出絕大多數(shù)設(shè)備故障。往復(fù)機(jī)械的振動(dòng)及診斷分析特點(diǎn)第10頁，共119頁。10

考慮到往復(fù)機(jī)械的復(fù)雜性，對(duì)往復(fù)機(jī)械的故障診斷不僅需要在理論上進(jìn)行研究，還要做大量的實(shí)驗(yàn)研究和經(jīng)驗(yàn)的積累，同時(shí)在檢測(cè)方法上也不能單一化和簡(jiǎn)單化。 在應(yīng)用診斷檢測(cè)的同時(shí)，還需應(yīng)用溫度監(jiān)測(cè)、鐵譜分析以及性能參數(shù)的測(cè)定。盡可能采用多種檢測(cè)手段進(jìn)行綜合檢測(cè)，并進(jìn)行謹(jǐn)慎細(xì)致的分析，以便盡可能早的發(fā)現(xiàn)故障，確診故障的原因，采取切實(shí)可行的處理對(duì)策。往復(fù)機(jī)械的振動(dòng)及診斷分析特點(diǎn)第11頁，共119頁。11有關(guān)工業(yè)用柴油機(jī)410次停機(jī)故障的分類統(tǒng)計(jì)。反映了往復(fù)機(jī)械故障的復(fù)雜性。故障分類發(fā)生率故障分類發(fā)生率噴油設(shè)備及供油系統(tǒng)27.0調(diào)速器齒輪故障3.9漏水故障17.3燃油泄漏3.5氣門及氣門座故障11.9漏氣3.2軸承故障7.0機(jī)座故障0.9活塞組件故障6.6曲軸0.2漏油及潤(rùn)滑系統(tǒng)故障5.2其他5.0渦輪增壓故障4.4齒輪傳動(dòng)裝置故障3.9總計(jì)100往復(fù)機(jī)械的振動(dòng)及診斷分析特點(diǎn)第12頁，共119頁。12啟動(dòng)性能的檢測(cè) 啟動(dòng)性能是柴油機(jī)的重要指標(biāo)，主要影響因素有：?jiǎn)?dòng)動(dòng)力源性能，汽缸壓縮性能，供油系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)以及環(huán)境溫度等。 為此啟動(dòng)性能檢測(cè)包括了：動(dòng)力源（蓄電池）性能、汽缸壓縮性能、供油壓力波、進(jìn)氣壓力波、啟動(dòng)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速等，據(jù)此進(jìn)行單項(xiàng)或者多項(xiàng)相關(guān)性診斷。動(dòng)力性能的檢測(cè) 動(dòng)力性能是柴油機(jī)的核心，主要影響因素包括：汽缸的氣密性、供油量、噴油提前角、進(jìn)氣量等?？梢岳脙?nèi)燃機(jī)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速變化對(duì)氣密性和動(dòng)力性進(jìn)行監(jiān)測(cè)和診斷。往復(fù)機(jī)械的動(dòng)力性能監(jiān)測(cè)第13頁，共119頁。13增壓系統(tǒng)的檢測(cè)目前，大部分柴油機(jī)（除高速小型柴油機(jī)外）都裝有廢氣渦輪增壓器，增壓器工作好壞直接影響主機(jī)工作的狀態(tài)，因此，為了監(jiān)測(cè)渦輪與壓氣機(jī)的效率，需要測(cè)量渦輪進(jìn)出口壓力、溫度及其轉(zhuǎn)速，對(duì)于壓氣機(jī)也要測(cè)量相應(yīng)的溫度與壓力參數(shù)。

對(duì)中間冷卻器中增壓空氣壓降的監(jiān)測(cè)可以了解冷卻器的污染程度，對(duì)空氣過濾器前后壓降的監(jiān)測(cè)可以確定過濾器有否堵塞現(xiàn)象。往復(fù)機(jī)械的動(dòng)力性能監(jiān)測(cè)第14頁，共119頁。14進(jìn)排氣系統(tǒng)的檢測(cè) 內(nèi)容有：進(jìn)排氣壓力、各缸排氣溫度及排氣的成分等，

各缸排氣溫度的變化將反映進(jìn)排氣閥及噴油器工作狀況瞬時(shí)排氣溫度的測(cè)定能監(jiān)測(cè)噴油器的故障。對(duì)于往復(fù)式空壓機(jī)性能監(jiān)測(cè)參數(shù)，除各缸溫度、壓力外，尚應(yīng)監(jiān)測(cè)排氣量及汽缸的漏氣量，以了解氣閥、活塞等的工作狀態(tài)。因此，利用往復(fù)機(jī)械性能的監(jiān)測(cè)來判別故障是一種方便、實(shí)用的診斷方法。往復(fù)機(jī)械的動(dòng)力性能監(jiān)測(cè)第15頁，共119頁。154.1往復(fù)式壓縮機(jī)的故障類型與故障原因4.1.1壓縮機(jī)熱力參數(shù)異常及其故障原因排氣量降低吸、排氣壓力不正常溫度不正常工況改變對(duì)壓縮機(jī)主要參數(shù)的影響油路故障壓縮機(jī)主要零部件的機(jī)械故障氣閥故障活塞桿斷裂連桿螺栓斷裂曲軸斷裂活塞卡住、咬住或撞裂壓縮機(jī)故障振動(dòng)第16頁，共119頁。16壓縮機(jī)熱力參數(shù)異常-排氣量降低原因壓縮機(jī)排氣量降低的原因很多.大部分屬于氣流通道受阻，內(nèi)、外泄漏，余隙過大、轉(zhuǎn)速降低等方面的問題第17頁，共119頁。17壓縮機(jī)熱力參數(shù)異常-吸、排氣壓力不正常第18頁，共119頁。18壓縮機(jī)熱力參數(shù)異常-溫度不正常溫度不正常包括壓縮機(jī)吸、排氣溫度過高，氣缸、軸承、活塞桿、機(jī)體等各部件過熱。前者屬于介質(zhì)在壓縮過程中的狀態(tài)不正常產(chǎn)生氣體溫度過高，帶來氣缸、閥門積炭、磨耗和零部件變形、損壞。后者發(fā)生過熱的原因是摩擦發(fā)熱過大，或者摩擦副潤(rùn)滑、冷卻狀態(tài)惡化。摩擦過熱情況可引起兩種后果：一是在較高溫度下使摩擦副加快磨損;二是熱量不斷積聚，直至燒毀摩擦表面.釀成重大事故。因此需要用測(cè)溫儀器或手摸、眼看等方法，加強(qiáng)對(duì)壓縮機(jī)各部位的溫度監(jiān)測(cè)。壓縮機(jī)主軸瓦溫度的允許范圍

第19頁，共119頁。19壓縮機(jī)熱力參數(shù)異常-壓縮機(jī)各部位溫度不正常的原因第20頁，共119頁。20壓縮機(jī)熱力參數(shù)異常-工況改變對(duì)壓縮機(jī)主要參數(shù)的影響在流程工業(yè)中使用的多級(jí)壓縮機(jī)，常因工藝參數(shù)的變化改變了壓縮機(jī)的工作條件，從而影響到壓縮機(jī)的某些性能參數(shù)。經(jīng)常遇到的工藝參數(shù)變化有:壓縮機(jī)吸氣壓力變化、排氣壓力變化以及各級(jí)吸氣溫度變化，這些參數(shù)的變化直接影響到壓縮機(jī)的各級(jí)壓力、排氣終了壓力、排氣溫度、排氣量和功率消耗。

（1）吸氣壓力變化a.對(duì)各級(jí)排氣壓力影響

進(jìn)人壓縮機(jī)的氣體壓力變高或變低.引起壓縮機(jī)各級(jí)排氣壓力、排氣溫度、排氣量和功率的變化。各級(jí)排氣壓力與第1級(jí)吸氣壓力的關(guān)系為Pdi——第i級(jí)排氣壓力，Ps1,Psi——第1級(jí)和第i級(jí)吸氣壓力:Vs1,Vsi——第1級(jí)和第i級(jí)活塞行程容積。在活塞行程容積不變情況下，各級(jí)排氣壓力與第1級(jí)吸氣壓力成正比例增減。第21頁，共119頁。21b對(duì)各級(jí)排氣溫度影響單級(jí)壓縮機(jī)排氣溫度是隨吸氣壓力的上升而降低。多級(jí)壓縮機(jī)吸氣壓力變化產(chǎn)生壓比變化，同時(shí)也引起排氣溫度變化，但影響最大的是末級(jí)。因此如果吸氣壓力下降，末級(jí)壓比增大最明顯，末級(jí)排氣溫度最容易超出允許范圍。C對(duì)排氣量影響當(dāng)排氣壓力不變時(shí)，吸氣壓力下降，則壓比上升.對(duì)于單級(jí)壓縮機(jī)，由于容積系數(shù)F降，排氣量下降;對(duì)于多級(jí)壓縮機(jī)，主要導(dǎo)致末級(jí)壓比上升，依次影響到第1級(jí)，使第1級(jí)吸氣量下降，最終排氣量也下降。但級(jí)數(shù)愈多，影響愈小.第22頁，共119頁。22D對(duì)功率影響

壓比較低〔壓比<1.2)的壓縮機(jī)，吸氣壓力下降，指示功上升，功耗也上升;壓比較大(壓比>1.2)的壓縮機(jī)，吸氣壓力下降，指示功下降，功耗下降。反之指示功上升，功耗也上升。其原因可從示功圖上看出，如圖所示，當(dāng)壓比較小時(shí)，吸氣壓力由原來的Ps下降到Ps’,則指示功由L增大到L’.當(dāng)壓比較大時(shí)，吸氣壓力由Ps’下降到Ps’’，則指示功由L’減小到L’’。吸氣壓力變化對(duì)功耗的影響

第23頁，共119頁。23(2)排氣壓力變化由于工藝條件變化，使壓縮機(jī)排氣終了壓力變高或變低，影響到壓縮機(jī)的排氣量、排氣溫度、各級(jí)級(jí)間壓力和功率消耗、a.對(duì)排氣量影響單級(jí)壓縮機(jī)的排氣壓力上升，壓比增大，容積系數(shù)下降，排氣量下降；多級(jí)壓縮機(jī)的排氣壓力上升，首先是末級(jí)壓比上升，直至影響到第1級(jí)，使第i級(jí)排氣量減少，級(jí)數(shù)較多時(shí)對(duì)排氣量的影響較小。b.對(duì)排氣溫度影響排氣壓力上升，主要引起末級(jí)排氣溫度上升，對(duì)其余各級(jí)的影響依次減小。反之，排氣壓力下降，也只使末級(jí)排氣溫度下降。c.對(duì)級(jí)間壓力影響排氣壓力上升，壓比增大。容積系數(shù)下,.從末級(jí)起吸入壓力上升；使所有級(jí)的級(jí)間壓力上升;排氣壓力下降，使所有級(jí)的級(jí)間壓力下降。但是在多級(jí)壓縮中只有末級(jí)的壓比變化較為明顯，隨著級(jí)數(shù)前移，壓比變化迅速減弱。d對(duì)功率影響多級(jí)壓縮機(jī)的排氣壓力上升，僅使末級(jí)和末前級(jí)的功率消耗增大，其他級(jí)的功耗基本不變。第24頁，共119頁。24(3)吸氣溫度變化中間冷卻器工作情況的好壞，會(huì)影響到各級(jí)吸氣溫度的高低，從而影響到壓縮機(jī)的排氣量、排氣壓力、排氣溫度和功率消耗，a.對(duì)排氣量影響氣溫度的變化改變了氣體的比體積，使吸入氣體的體積有變化。吸氣溫度愈高，吸入氣體愈少。吸入氣體的體積差為式中△V—由于級(jí)溫度變化而引起吸人容積變化量;V—原來的吸人容積;Ts,△Ts—分別為原來的吸氣絕對(duì)溫度、吸氣溫度變化量。例如，壓縮機(jī)原來吸氣溫度為270C，如果氣缸尺寸不變，則吸氣溫度每升高1’c，供氣量就減少0.33﹪。另外，吸氣溫度變化以后，吸人氣體與氣缸壁的熱交換情況也發(fā)生了變化，影響到壓縮機(jī)的溫度系數(shù)和排氣量。吸氣溫度變化對(duì)排氣量的影響主要在第1級(jí)，第1級(jí)的吸氣溫度升高，則第1級(jí)的容積系數(shù)下降，吸氣量減少，排氣量也減少。往后各級(jí)的變化是愈到高壓級(jí)影響愈小。第25頁，共119頁。25

b.對(duì)排氣壓力影響單級(jí)壓縮機(jī)的吸氣溫度變化不影響排氣壓力;多級(jí)壓縮機(jī)的終了壓力仍不受吸氣溫度影響，但是級(jí)間壓力將隨吸氣溫度的變化而變化。級(jí)間溫度變化，將影響到前一級(jí)的排氣壓力和下一級(jí)的吸氣壓力，如級(jí)間溫度下降，使前一級(jí)的排氣壓力和壓比降低，但后一級(jí)壓比上升。

C．對(duì)排氣溫度影響壓縮機(jī)各級(jí)的排氣溫度在壓比一定時(shí)，完全取決于各級(jí)的吸氣溫度，吸氣溫度上升，排氣溫度也上升。

d.對(duì)功率影響單級(jí)壓縮機(jī)所消耗功率與吸氣溫度無關(guān)，但多級(jí)壓縮機(jī)的吸氣溫度上升，使壓縮過程偏離等溫壓縮線，因而功耗增加。第26頁，共119頁。26壓縮機(jī)熱力參數(shù)異常-油路故障壓縮機(jī)油路包括油泵、注油器以及油路系統(tǒng)中的過濾器、冷卻器、管路壓力表等部分。故障主要表現(xiàn)在油壓偏低、偏高、油溫過高，油量不足，局部潤(rùn)滑不良，注油不正常等方面。油路系統(tǒng)的故障會(huì)引發(fā)機(jī)器摩擦、發(fā)熱、燒損、咬死等一系列間題，必須查明原因，及時(shí)處理。第27頁，共119頁。27油路故障原因第28頁，共119頁。28壓縮機(jī)主要零部件的機(jī)械故障氣閥故障氣閥工作狀態(tài)的好壞是壓縮機(jī)技術(shù)發(fā)展的核心問題之一，往復(fù)式壓縮機(jī)有60%以上的故障發(fā)生在氣閥上。據(jù)某石化公司煉油廠對(duì)循環(huán)氫壓縮機(jī)的故障統(tǒng)計(jì)，氣閥故障引起的停機(jī)次數(shù)占總停機(jī)次數(shù)的85%以上。氣閥一旦發(fā)生故障，馬上影響壓縮機(jī)的產(chǎn)氣量，降低效率，浪費(fèi)能源。閥件破損后碎塊落人氣缸，引起氣缸拉毛，活塞和活塞環(huán)損壞，帶來更為嚴(yán)重的問題。往復(fù)式壓縮機(jī)為了提高產(chǎn)氣量，技術(shù)上的發(fā)展方向是高速、短行程。但是轉(zhuǎn)速提高后帶來的后果，一是在閥隙中的氣流速度增大。閥片兩側(cè)壓差上升，閥在開啟和關(guān)閉過釋中對(duì)閥座和閥擋的沖擊速度、沖擊力增大，這使閥片受力情況惡化，磨損加劇;二是單位時(shí)間內(nèi)閥片對(duì)閥座和閥檔的沖擊次數(shù)增多，閥片和彈簧更快地發(fā)生疲勞破壞，這些問題的解決需要在氣閥結(jié)構(gòu)上、閥片的動(dòng)力特性上和閥片、彈簧的材料上進(jìn)行研究。第29頁，共119頁。29目前對(duì)氣閥的研究主要包括如下幾方面內(nèi)容:①氣閥中流動(dòng)氣流壓力損失的研究;②閥片材料沖擊應(yīng)力和疲勞的研究;③閥片的振動(dòng)應(yīng)力、腐蝕疲勞強(qiáng)度的研究;④閥片運(yùn)動(dòng)規(guī)律的數(shù)學(xué)模擬和計(jì)算機(jī)求解方法的研究:⑤閥片和彈簧磨損、斷裂故障診斷方法的研究。第30頁，共119頁。30（1）氣閥故障原因氣閥故障，主要是閥片、彈簧破損，氣閥密封性差，閥片的開啟時(shí)間和高度不對(duì)以及安裝中產(chǎn)生的問題。第31頁，共119頁。31(2)氣閥漏氣鑒別方法①在多級(jí)壓縮機(jī)中，若某一級(jí)排氣閥漏氣，排出氣缸的氣體又部分泄漏回氣缸，不僅使該級(jí)排氣溫度升高，排氣壓力下降，而且該級(jí)的排出氣量不足，使前級(jí)的排氣壓力上升。因此判別某級(jí)排氣閥是否漏氣，可測(cè)量該級(jí)閥蓋上的溫度是否升高，本級(jí)排氣壓力是否下降，前級(jí)排氣壓力是否上升的方法來識(shí)別。此外，還可以用金屬棒或泄漏檢測(cè)儀檢查。氣閥漏氣嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)出吱吱的聲音。②某一級(jí)吸氣閥漏氣，則該級(jí)吸氣閥部位溫度升高。同時(shí)由于該級(jí)吸人氣體又在壓縮過程中泄漏出去，使前級(jí)排氣壓力上升，而后面各級(jí)因吸人氣量不足，排氣壓力下降。因此同樣可用測(cè)量溫度、壓力和聲音的方法來判別。③如果第1級(jí)吸氣閥漏氣，則隨后各級(jí)氣量下降，各級(jí)排氣壓力也相應(yīng)下降，因此可從各級(jí)排氣壓力和氣量是否下降來加以辨別。第32頁，共119頁。32（3）提高氣閥耐用性的措施a.校核閥片運(yùn)動(dòng)規(guī)律

各種壓縮機(jī)閥片在活塞運(yùn)動(dòng)過程中都有一定的開啟時(shí)間和關(guān)閉時(shí)間，因此有人想到，正常閥片的啟閉時(shí)間應(yīng)該符合一般統(tǒng)計(jì)規(guī)律.戴維斯根據(jù)大量氣閥使用結(jié)果.提出了一個(gè)判別氣閥可靠性的準(zhǔn)則。如圖所示，圖中有三個(gè)曲柄轉(zhuǎn)角參數(shù)θ1,θ2和θ3，它們都是從行程止點(diǎn)倒回過來度量的角度。圖校驗(yàn)彈簧力的三個(gè)特征角一--—閥片自由關(guān)閉曲線?！y片典型運(yùn)動(dòng)軌跡

第33頁，共119頁。33由統(tǒng)計(jì)得到，當(dāng)與閥的特征角符合下列條件時(shí)，氣閥的壽命都比較長(zhǎng):式中——?dú)忾y假想關(guān)閉角，即假定無氣體推力時(shí)，閥片在彈簧力作用下，從全開位置降落到閥座上所需時(shí)間對(duì)應(yīng)的曲柄轉(zhuǎn)角，(。);——關(guān)閉角。指閥片開始脫離升程限制器，直到活塞到達(dá)止點(diǎn)的時(shí)間所對(duì)應(yīng)的曲柄轉(zhuǎn)角，（。);——開啟角。指閥片在氣體推力作用下克服彈簧力到達(dá)全開的瞬時(shí)位置開始，到活塞運(yùn)動(dòng)止點(diǎn)這段時(shí)間所對(duì)應(yīng)的曲柄轉(zhuǎn)角，(。)。物理意義:閥片在實(shí)際關(guān)閉過程中，既受到彈簧力的作用。又受到氣體的阻擋，因此閥片關(guān)閉時(shí)，θ2必須大于θ1，否則將產(chǎn)生較大的延時(shí)關(guān)閉，降低閥片使用壽命。另外，如果出現(xiàn)θ2>θ3的情況，表示氣閥沒有充分開啟，產(chǎn)生顫抖現(xiàn)象，同樣也會(huì)降低閥片使用可靠性。因此符合上述要求的氣閥基本上都是良好的;不符合上述要求的氣閥雖然不一定不好，但如果背離此關(guān)系較遠(yuǎn)時(shí)，其工作狀態(tài)肯定有問題第34頁，共119頁。34建立這兩個(gè)可靠性準(zhǔn)則的主要意義在于用來分析和修正一些故障很多的氣閥。如果這些氣閥不符合該準(zhǔn)則，而且經(jīng)常出現(xiàn)故障時(shí)，處理的方法有:①調(diào)整關(guān)閉狀態(tài)時(shí)彈簧的預(yù)壓縮量;②調(diào)整彈簧的剛度系數(shù)K;③調(diào)整閥片升程h;④改變閥片厚度和設(shè)置緩沖片。第35頁，共119頁。35b.改變氣閥結(jié)構(gòu)對(duì)于轉(zhuǎn)速較高的壓縮機(jī)，為了提高氣閥耐用期，需采用較小的閥片開啟高度，這樣可以減小閥片的撞擊速度，確保氣閥及時(shí)關(guān)閉，改善氣閥的運(yùn)動(dòng)頻率特性。閥片開啟高度降低后，氣閥的流通縫隙面積將減小，氣流阻力增大，補(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ窃黾娱y座的通道數(shù)、采用多環(huán)窄通道氣閥。這樣既可增大氣流在閥隙中流通的面積，又可改善閥片的受力狀態(tài)。第36頁，共119頁。36c.調(diào)整彈簧力

提高閥片壽命的措施，除了降低閥片開啟高度之外，還需要采用待性較硬的彈簧或變剛性彈簧。使閥片在開啟過程中增加其緩沖能力。對(duì)于轉(zhuǎn)速較高的壓縮機(jī),閥片彈簧應(yīng)采用鋼絲直徑較粗、中徑較大，工作圈數(shù)較多，閥片全開后總變形最較小的彈簧，這樣，彈簧的工作應(yīng)力就較小，耐用期較長(zhǎng)，同時(shí)因?yàn)殚y片的撞擊速度降低后閥片的壽命也得到了提高。但是氣閥彈簧力也不能過強(qiáng)，否則氣閥會(huì)過早關(guān)閉。彈簧力過強(qiáng)的極端情況.將導(dǎo)致氣閥產(chǎn)生振顫現(xiàn)象。第37頁，共119頁。37d.閥片邊緣倒圓角由于閥片的破壞主要是在撞擊載荷下由閥片邊緣開始的徑向斷裂，所以閥片邊緣應(yīng)倒圓角，以消除產(chǎn)生在邊緣的應(yīng)力集中。如圖所示，對(duì)環(huán)狀閥片，倒圓角的半徑較小，一般取r=0.2~0.5mm.對(duì)于網(wǎng)狀閥片，由于破壞多數(shù)發(fā)生在外圈邊緣，因此在外緣應(yīng)倒大圓弧，一般取R=5~7mm.其余為小圓角。第38頁，共119頁。38e.改善閥片制造工藝

據(jù)資料介紹，閥片磨削的殘余應(yīng)力可達(dá)200MPa以上。閥片殘余應(yīng)力的存在將縮短閥片的使用壽命。為此可采用小磨削量，精磨后進(jìn)行補(bǔ)充回火處理。f.控制壓縮氣體中的油水含量

實(shí)際操作證明，壓縮氣體中油水含量較多時(shí)，閥片使用壽命迅速下降.因?yàn)樽⑷藲飧椎臐?rùn)滑油和氣體壓縮時(shí)析出的水分混合，流過氣閥時(shí)就粘附在閥座和閥擋上，閥片和密封口接觸時(shí)液膜產(chǎn)的附著力將阻礙閥片運(yùn)動(dòng)，引起閥片的開啟和關(guān)閉滯后。當(dāng)閥片克服附著力而脫離密封口后.以很大加速度撞擊閥座或閥擋，從而降低了閥片的使用壽命。第39頁，共119頁。39（4）氣閥故障診斷方法的研究氣閥故障主要表現(xiàn)為閥片損壞、彈簧折斷和氣閥漏氣方面，其實(shí)這三種故障常常互為因果的，閥片損壞可導(dǎo)致氣閥漏氣，彈簧折斷使得閥片對(duì)閥擋和閥座的沖擊速度和撞擊力增大，導(dǎo)致閥片碎裂。因此，利用閥片沖擊力的變化、氣閥有否產(chǎn)生泄漏等特征參數(shù)來判斷閥片和彈簧故障。是當(dāng)前研究利用振動(dòng)信號(hào)診斷氣閥故障的主要方法之一。監(jiān)測(cè)氣閥的故障信號(hào)，除了觀察壓縮機(jī)的熱力參數(shù)變化之外〔如壓縮機(jī)各級(jí)吸、排氣壓力變化、氣量變化、閥腔內(nèi)溫度變化以及壓力脈動(dòng)變化等)，更主要的是希望從氣閥工作過程中產(chǎn)生的動(dòng)力性能變化來診斷放障。目前對(duì)氣閥故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)和診斷的主要方法如下：第40頁，共119頁。40①在壓縮機(jī)氣閥閥蓋上用傳感器拾取振動(dòng)信號(hào)或噪聲信號(hào)，然后對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析處理和故障識(shí)別。②在氣閥閥室內(nèi)用位移傳感器拾取閥片運(yùn)動(dòng)規(guī)律信號(hào)，校核閥片運(yùn)動(dòng)規(guī)律。③引出氣缸的壓力，作出氣缸內(nèi)的P-V示功圖，從示功圖的變化上判別氣閥故障，④測(cè)量吸、排氣腔內(nèi)的脈動(dòng)壓力和溫度變化診斷氣閥故障。第41頁，共119頁。41第①種方法使用很方便，不需要在閥體上開孔安裝傳感器。但是在閥蓋上的測(cè)振傳感器接收到的信號(hào)中混有很多機(jī)器其他運(yùn)動(dòng)部件的信號(hào)，對(duì)信號(hào)的處理和識(shí)別難度較大，需要對(duì)各種型式的壓縮機(jī)進(jìn)行深人研究。第②種方法雖然能直接測(cè)到閥片的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，而且還能得到閥片位移隨曲柄轉(zhuǎn)角或時(shí)間變化的關(guān)系，信號(hào)受環(huán)境的影響很少。但是對(duì)閥片位移測(cè)量需要在閥座或升程限制器上開孔安裝傳感器，這在實(shí)際應(yīng)用中有一定困難。對(duì)閥片運(yùn)動(dòng)規(guī)律的測(cè)錄主要用來分析氣閥工作的好壞，指導(dǎo)氣閥的設(shè)計(jì)和改進(jìn)。第③種方法已在一些大型的、重要的壓縮機(jī)上獲得應(yīng)用，已有不少人設(shè)計(jì)出各種形式的氣缸壓力引出裝置，有些壓縮機(jī)出廠時(shí)已在機(jī)體上預(yù)留出氣缸測(cè)壓孔，可用來作氣缸示功圖的測(cè)量。利用示功圖來識(shí)別故障，對(duì)不同類型的壓縮機(jī)也需要作深入的研究分析，從正常和異常兩種情況的示功圖對(duì)比上確定對(duì)哪一類故障是敏感的。第④種方法對(duì)診斷氣閥故障的有效性還需作進(jìn)一步研究。第42頁，共119頁。424.1.2.2活塞桿故障往復(fù)式壓縮機(jī)的活塞桿斷裂事故也較常見，據(jù)報(bào)道約占重大事故的25%左右，對(duì)于中、小型化肥廠使用比較普遍的對(duì)稱平衡型氮?dú)鋲嚎s機(jī)，活塞桿斷裂的事故率達(dá)到51.5﹪在石化行業(yè)，重整氫氣壓縮機(jī)也屢有活塞桿斷裂事故發(fā)生。活塞桿斷裂，不僅損壞活塞和氣缸，而且還由于其他零部件的連鎖性破壞，使易燃、易爆或有毒氣體向外泄漏，帶來人員傷亡、生產(chǎn)裝置毀壞等一系列嚴(yán)重事故，因此在操作中必須予以足夠重視?；钊麠U發(fā)生斷裂的地方多數(shù)是在活塞連接處與十字頭連接處，其原因如下。第43頁，共119頁。43①活塞桿的螺紋由于螺紋牙型圓角半徑小，應(yīng)力集中嚴(yán)重，容易在循環(huán)載荷下產(chǎn)生裂紋和斷裂。因此對(duì)大型壓縮機(jī)需用滾壓加工。用以消除應(yīng)力集中。②退刀糟、卸荷槽、螺紋表面的粗糙度達(dá)不到要求，容易產(chǎn)生表面裂紋。③活塞桿的材質(zhì)和熱處理有問題，例如存在粗晶、魏氏體組織、偏析以及強(qiáng)度和塑性不符合要求:④連接螺紋松動(dòng)或連接螺紋的頂緊力不足。⑤某一級(jí)因其他故障原因而嚴(yán)重超載。⑥活寒桿跳動(dòng)量過大。⑦工藝氣體腐蝕。第44頁，共119頁。44為了降低活塞桿與十字頭、活塞桿與活塞連接處的主應(yīng)力幅和螺紋根部嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象，德國(guó)BORSIG公司在國(guó)際上率先開發(fā)了一種機(jī)械-液壓連接方式的技術(shù)，該技術(shù)的活塞桿端為無螺紋結(jié)構(gòu)，采用三次施加并釋放達(dá)150MPa的超高油壓，把活塞桿壓配人十字頭內(nèi)，便受力零件產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，從而有效地降低大直徑活塞桿傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中螺紋根部存在嚴(yán)重的應(yīng)力集中問題，極大地提高了活塞桿工作的可命性。第45頁，共119頁。454.1.2.3連桿螺栓斷裂連桿螺栓是壓縮機(jī)最重要的零件之一。它的斷裂將造成嚴(yán)重事故.由于連桿螺栓在工作時(shí)承受很大的交變載荷和幾倍于活塞力的預(yù)緊力，因此對(duì)它不僅要求具有足夠的靜強(qiáng)度.更重要的是要有較高的耐疲勞能力。對(duì)其結(jié)構(gòu)形狀，應(yīng)力集申情況和裝配精度等方面都有嚴(yán)格要求。連桿螺栓斷裂的原因如下.①連桿螺拴擰得太緊或太松。擰得太緊，螺拴承受過大拉力而折斷;擰得太松，工作時(shí)螺母松動(dòng)，連桿大頭瓦在連桿體內(nèi)晃動(dòng)，螺栓承受過大的沖擊力而折斷。因此擰緊螺母時(shí)要用扭力扳手按要求力矩上緊。或者用測(cè)量螺栓伸長(zhǎng)量的方法來控制拉緊力。②開口銷折斷引起連桿螺栓松動(dòng)、斷裂。③連桿螺栓疲勞斷裂。④連桿螺栓的材質(zhì)、鍛壓、熱處理、加工，探傷和裝配有問題(特別要注意螺栓的過渡圓角、退刀槽、螺紋表面的粗糙度是否符合技術(shù)要求)。⑤連桿大頭瓦過熱，活塞卡住或超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。連桿螺栓因承受過大應(yīng)力而折斷。⑥運(yùn)動(dòng)部件出現(xiàn)故障，對(duì)連桿螺栓產(chǎn)生較大沖擊載荷(例如曲軸、卜字頭、活塞桿斷裂)。⑦長(zhǎng)期使用達(dá)5000~8000h，未對(duì)連桿螺栓進(jìn)行磁粉探傷和殘余變形測(cè)量。如果螺栓有萬分之一以上殘余變形者均應(yīng)報(bào)廢。第46頁，共119頁。464.1.2.4曲軸斷裂曲軸是壓縮機(jī)中傳遞動(dòng)力的重要運(yùn)動(dòng)件。由于承受較大的交變載荷和摩擦磨損，所以對(duì)疲勞強(qiáng)度和耐磨性要求較高。曲軸一旦斷裂，將使曲軸箱、連桿、十字頭或活塞等發(fā)生一系列連鎖性破壞。曲軸多數(shù)發(fā)生拐臂處斷裂，曲軸斷裂的原因如下。①壓縮機(jī)地基與電動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)發(fā)生不均勻沉降，使聯(lián)軸器嚴(yán)重不對(duì)中附加載荷。曲軸承受巨大的附加載荷②壓縮機(jī)超載或在緊急停機(jī)時(shí)產(chǎn)生的劇烈沖擊。③安裝不正確或工作中氣缸軸線發(fā)生變化，與曲軸軸線不垂直，使曲軸承受附加彎矩。④軸瓦在曲軸上裝配不良，支承面貼合不均，間隙過小，軸承發(fā)熱，軸頸拉溝、咬住或彎曲變形。⑤軸頸與曲拐過渡圓角是最嚴(yán)重的應(yīng)力集中點(diǎn)，該處最容易發(fā)生疲勞斷裂。圓角半徑一般取r=(0.05~0.09)d(d為曲拐軸直徑)，其表面粗糙度不大于0.4um如果過渡圓角不圓，表面粗糙，此處易產(chǎn)生裂紋而斷裂。⑥由于設(shè)計(jì)不合理、材質(zhì)不良、熱處理不合要求，探傷不及時(shí)等因素產(chǎn)生裂紋和斷裂。第47頁，共119頁。474.1.2.5活塞卡住、咬住或撞裂活塞發(fā)生卡住、咬住或撞裂的原因如下。①潤(rùn)滑油質(zhì)量低劣，注油器供油中斷，發(fā)生干摩擦，因摩擦發(fā)熱，阻力增大被卡住、咬住。②氣缸冷卻水供應(yīng)不足或氣缸過熱狀態(tài)下突然通冷卻水強(qiáng)烈冷卻，使氣缸急劇收縮，(抱缸)，把活塞咬住。③氣缸帶液(例如，制冷壓縮機(jī)吸人蒸發(fā)器中的液體造成“沖缸”;壓縮機(jī)吸人氣體太潮濕，氣體被壓縮后有水分析出，發(fā)生氣缸“水擊），可撞裂活塞，甚至擊破氣缸。④氣缸與活塞間隙太小。⑤氣缸內(nèi)掉入活塞螺母、氣閥碎片等堅(jiān)硬物，活塞撞擊時(shí)碎裂。⑥活塞材質(zhì)不良、鑄件質(zhì)量低劣，強(qiáng)度達(dá)不到要求。第48頁，共119頁。484.1.3壓縮機(jī)故障振動(dòng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)慣性力往復(fù)式壓縮機(jī)的運(yùn)動(dòng)部件是一整套曲柄連桿機(jī)構(gòu)，這套機(jī)構(gòu)在工作時(shí)既有加速和減速運(yùn)動(dòng)，又有旋轉(zhuǎn)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)。壓縮機(jī)在工作負(fù)荷下，作用在活塞、連桿、十字頭和曲軸上的力有慣性力、氣體力和摩擦力。慣性力有兩種，即曲柄旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)慣性力和活塞、十字頭組件往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的往復(fù)慣性力，連桿運(yùn)動(dòng)時(shí)則兼有這兩種慣性力的作用。在這些力中，氣體力和摩擦力屬于機(jī)器的內(nèi)力，不會(huì)傳遞到基礎(chǔ)上去，只影響到機(jī)身、中體、缸體、缸蓋以及各運(yùn)動(dòng)零部件的受力狀況和機(jī)器的磨損和功耗狀況。但是旋轉(zhuǎn)慣性力、往復(fù)慣力、旋轉(zhuǎn)阻力矩都是隨曲柄轉(zhuǎn)角變化的自由力和力矩，它們作用于機(jī)體軸承座上，通過地腳螺栓傳給基礎(chǔ)，使基礎(chǔ)產(chǎn)生振動(dòng)。而基礎(chǔ)對(duì)機(jī)體的反作用力也同樣使機(jī)器產(chǎn)生振動(dòng)。另外從壓縮機(jī)的受力分析中可知，活塞力通過連桿，作用在曲軸上的一個(gè)垂直于氣缸軸線分力與十字頭作用在滑道上的側(cè)向力，構(gòu)成一個(gè)有使壓縮機(jī)傾倒趨勢(shì)的傾覆力矩，該力矩也是一個(gè)隨曲柄轉(zhuǎn)角而周期性變化的自由力矩，傳遞到基礎(chǔ)，也會(huì)引起基礎(chǔ)振動(dòng)。第49頁，共119頁。49在壓縮機(jī)的幾個(gè)自由力及力炬中，慣性力的周期性變化是壓縮機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)的主要原因，下面簡(jiǎn)要介紹這兩種慣性力的形成。第50頁，共119頁。50(1)活塞的位移、速度和加速度當(dāng)曲柄軸轉(zhuǎn)過α角時(shí)，連桿的擺角為，β活塞的位移量為令式中λ——稱為連桿的長(zhǎng)徑比，活塞式壓縮機(jī)的λ值一般在1/3.5~1/0.6范圍內(nèi)。因?yàn)橛疫叞炊?xiàng)式公式展開，并略去人高次項(xiàng)可得則第51頁，共119頁。51對(duì)時(shí)間t求導(dǎo)數(shù)，可得活塞的運(yùn)動(dòng)速度

活塞運(yùn)動(dòng)的加速度為上式對(duì)時(shí)間t求導(dǎo)數(shù)第52頁，共119頁。52（2)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)慣性力和往復(fù)慣性力旋轉(zhuǎn)慣性力主要是由曲軸的質(zhì)量不平衡產(chǎn)生，另外連桿的剛體平面運(yùn)動(dòng)有一部分質(zhì)量可轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量.一部分轉(zhuǎn)化為往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量。整個(gè)機(jī)械的旋轉(zhuǎn)慣性力可表示為式中mr一旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部分的總質(zhì)量、它包括由曲軸產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量和連桿大頭部分轉(zhuǎn)化過來的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量；

r—曲柄旋轉(zhuǎn)半徑;—曲柄旋轉(zhuǎn)角速度。旋轉(zhuǎn)慣性力引起機(jī)器的振動(dòng)像不平衡振動(dòng)一樣，產(chǎn)生每轉(zhuǎn)一次的轉(zhuǎn)速頻率振動(dòng)，這種振動(dòng)可以通過平衡方法把旋轉(zhuǎn)慣性力基本消除掉，即在旋轉(zhuǎn)‘慣性力所指的相反方向上施加平衡質(zhì)量。

第53頁，共119頁。53往復(fù)運(yùn)動(dòng)的慣性力是由往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件的加速度產(chǎn)生。假定往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件的總質(zhì)量為ms(它包括了活塞組件和連桿小頭部分的轉(zhuǎn)化質(zhì)量)，則往復(fù)運(yùn)動(dòng)的慣性力為:上式中往復(fù)運(yùn)動(dòng)的慣性力F;由兩部分組成:稱為一階往復(fù)慣性力，力的變化周期等于曲軸旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間，且在=時(shí)為最大，因此一階往復(fù)慣性力引起的振動(dòng)頻率為機(jī)器的轉(zhuǎn)速頻率。稱為二階往復(fù)慣性力，力的變化周期相當(dāng)于曲軸旋轉(zhuǎn)半周的時(shí)間，且在和時(shí)為最大，因此二階慣性力引起的振動(dòng)頻率為轉(zhuǎn)速頻率的2倍。第54頁，共119頁。54幾種型式壓縮機(jī)的不平衡往復(fù)慣性力的大小和方位第55頁，共119頁。55

壓縮機(jī)故障振動(dòng)和不正常聲音(1)故障振動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)由于存在旋轉(zhuǎn)慣性力、往復(fù)慣性力及力矩，將會(huì)引起機(jī)器和基礎(chǔ)的振動(dòng)。除了這種機(jī)械運(yùn)動(dòng)引起的振動(dòng)之外，往復(fù)式壓縮機(jī)由于間歇性吸氣和排氣，氣流的壓力脈動(dòng)還會(huì)引起管路振動(dòng)。如果氣流脈動(dòng)頻率恰好與氣柱或管道自振頻率相同，就會(huì)產(chǎn)生管道共振，這種共振將帶來嚴(yán)重的后果，不僅引起壓縮機(jī)和基礎(chǔ)、管道各連接部分松動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)窳压艿?。?6頁，共119頁。56往復(fù)式壓縮機(jī)故障振動(dòng)的部位及原因第57頁，共119頁。57壓縮機(jī)機(jī)體振幅的大小與機(jī)器的結(jié)構(gòu)型式有關(guān)，在同樣的激振力下。一般立式、臥式、移動(dòng)式的壓縮機(jī)振幅要大于角度式、固定式的壓縮機(jī)。中國(guó)現(xiàn)行《往復(fù)式壓縮機(jī)機(jī)械振動(dòng)測(cè)量與評(píng)價(jià)》標(biāo)準(zhǔn)(GB/T777-87)是通過對(duì)壓縮機(jī)機(jī)體外表面不同高度和不同方向上(X,Y、Z三個(gè)方向)進(jìn)行振動(dòng)測(cè)最.取其最大的振動(dòng)速度有效值作為壓縮機(jī)振動(dòng)烈度的評(píng)定值。振動(dòng)烈度的分檔方法見表4-10。表中各檔的比例是1：1.6,即每?jī)蓚€(gè)烈度的級(jí)差值為4dB。壓縮機(jī)按不同結(jié)構(gòu)型式分為四類，各類壓縮機(jī)的振動(dòng)烈度不允許超過規(guī)定的極限值。對(duì)于天然氣工業(yè)用的壓縮機(jī)標(biāo)準(zhǔn)則以美國(guó)石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)API618為基礎(chǔ)。第58頁，共119頁。58壓縮機(jī)的振動(dòng)烈度〔GB/T7777-87)第59頁，共119頁。59各類壓縮機(jī)的振動(dòng)烈度(GB/T7777-873第60頁，共119頁。60壓縮機(jī)的基礎(chǔ)振動(dòng)可引起基礎(chǔ)下沉，機(jī)器結(jié)構(gòu)部件損壞，與機(jī)器連接的管道振動(dòng)，管件損壞等一系列嚴(yán)重事故，因此對(duì)基礎(chǔ)的振幅有一定限止測(cè)量振動(dòng)大都采用測(cè)振儀。對(duì)于基礎(chǔ)振動(dòng)的測(cè)量，可用速度式傳感器;對(duì)于機(jī)體各部位振動(dòng)的測(cè)量可用速度式、加速度式傳感器。如果測(cè)出的振幅超過允許值，則需要根據(jù)上述所列各類可能發(fā)生的振動(dòng)原因?qū)ふ夜收?，否則帶病運(yùn)轉(zhuǎn)，將會(huì)加速機(jī)器的損壞或出現(xiàn)人身事故。第61頁，共119頁。61(2)不正常聲音往復(fù)式壓縮機(jī)運(yùn)行過程中，各運(yùn)動(dòng)部件會(huì)發(fā)出有節(jié)奏的與轉(zhuǎn)速一致的正常響聲，有經(jīng)驗(yàn)的工人能從不同響聲中判斷出壓縮機(jī)運(yùn)行是否正常。當(dāng)響聲有刺耳的噪聲、撞擊聲和不規(guī)則的節(jié)奏時(shí)，他們可立即判定機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)不正常，甚至能判斷故障發(fā)生的大致部位。第62頁，共119頁。62往復(fù)式壓縮機(jī)故障聲音的部位及其原因

第63頁，共119頁。63利用壓縮機(jī)在運(yùn)行中發(fā)出的不正常聲音來判別故障，常用的監(jiān)測(cè)手段是用聽棒測(cè)聽機(jī)器各個(gè)部位，也可用機(jī)械故障聽診器，它是利用加速度傳感器拾取的信號(hào)經(jīng)過濾波、放大，通過耳機(jī)測(cè)聽，比聽棒有更高的靈敏度和信噪比。第64頁，共119頁。64往復(fù)式壓縮機(jī)由于運(yùn)動(dòng)部件機(jī)構(gòu)復(fù)雜，零部件，產(chǎn)生故障振動(dòng)和故障聲音是由多多種原因產(chǎn)生的，而且各種激勵(lì)力對(duì)機(jī)器外殼上某測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)響應(yīng)，由于傳輸途徑的干擾也往往難以識(shí)別故障。有些報(bào)道認(rèn)為，往復(fù)式壓縮機(jī)的故障頻譜圖不同于旋轉(zhuǎn)機(jī)械，它除了工頻成分之外，往往伴有許多高倍頻成分，而且它們的幅值也較高。高倍頻成分上的能量集中可能是反映出主軸承磨損、活塞撞擊、閥片碰撞等故障。因此對(duì)往復(fù)式壓縮機(jī)進(jìn)行故障振動(dòng)和故障聲音的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，相對(duì)其他旋轉(zhuǎn)機(jī)械來說難度較大，故障診斷的研究工作開展得還不很普遍，診斷方法多數(shù)還停留于依賴人的五官感覺，或者用一些簡(jiǎn)單的測(cè)試儀器。國(guó)內(nèi)外也有一些工廠和研究機(jī)構(gòu)注重對(duì)往復(fù)式壓縮機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)進(jìn)行開發(fā)研究，已研制出有一定特色的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。例如，有些在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)能對(duì)機(jī)器進(jìn)行多測(cè)點(diǎn)、多參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)參數(shù)有壓縮機(jī)的氣體壓力、溫度、流量、油溫、振動(dòng)、位移，電動(dòng)機(jī)的電壓、電流、功率等。有些監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還輔以氣缸的示功圖監(jiān)測(cè)，閥片運(yùn)動(dòng)規(guī)律監(jiān)測(cè)，潤(rùn)滑油磨損顆粒監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)壓縮機(jī)運(yùn)行中是否發(fā)生氣缸下沉、活塞、活塞桿和填料磨損、氣閥損壞、主軸承磨損、曲軸不平衡和運(yùn)動(dòng)部件連接松動(dòng)等方面的故障。。第65頁，共119頁。65【實(shí)例]對(duì)稱平衡式空壓機(jī)的故障振動(dòng)診斷。某鋼鐵廠空壓機(jī)站有多臺(tái)2DI2-100/8型空氣壓縮機(jī)，曾出現(xiàn)過多起一、二級(jí)氣缸十字頭連桿斷裂事故和基礎(chǔ)底腳螺栓松動(dòng)引起振動(dòng)的故障。該機(jī)型為2列、對(duì)稱平衡式，結(jié)構(gòu)布置如圖所示。I一一級(jí)缸;2一曲軸箱;3一二級(jí)缸;4一基礎(chǔ);5一二級(jí)十字頭導(dǎo)板;6一一級(jí)十字頭導(dǎo)板;7一電動(dòng)機(jī)測(cè)振點(diǎn)①②—布置在曲軸兩端軸承座上，主要檢測(cè)電動(dòng)機(jī)同曲軸的連接狀態(tài)信號(hào)、曲軸旋轉(zhuǎn)部件故障的振動(dòng)信號(hào)，也可為其他測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)信號(hào)分析提供參考。測(cè)振點(diǎn)③、④、⑤、⑥—布置在一、二級(jí)氣缸體和一、二級(jí)十字頭導(dǎo)板部位，主要檢測(cè)氣缸體、活塞、連桿、十字頭等往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件工作過程中的振動(dòng)信號(hào)。測(cè)振點(diǎn)⑦—布置在曲軸箱底座上.主要檢側(cè)曲軸箱機(jī)身底座的振動(dòng)信號(hào)。第66頁，共119頁。664.2示功圖及閥片運(yùn)動(dòng)規(guī)律的測(cè)量與故障分析4.2.1壓縮機(jī)示功圖顯示的故障示功圖的測(cè)量壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)，氣缸內(nèi)的氣體體積和壓力是在不斷變化的，通常利用示功器觀察和記錄不同活塞位置或曲軸轉(zhuǎn)角時(shí)氣缸內(nèi)部氣體壓力的變化，所得到的就是p-V示功圖。示功器的原理是把活塞移動(dòng)或曲軸旋轉(zhuǎn)時(shí)的位置信號(hào)(用行程S、曲軸轉(zhuǎn)角a或時(shí)間t)作橫坐標(biāo)，氣缸內(nèi)的壓力信號(hào)作縱坐標(biāo)，同時(shí)輸人到光線示波器等一類顯示或記錄裝置，然后描繪出氣缸內(nèi)壓力和活塞行程體積的關(guān)系曲線。示功圖的測(cè)量包括如下幾個(gè)部分:①壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換;②曲軸轉(zhuǎn)角信號(hào)轉(zhuǎn)換;③轉(zhuǎn)速測(cè)量;④壓力標(biāo)定;⑤指示圖顯示。常用的示功器有機(jī)械式、氣電式和電子式第67頁，共119頁。67測(cè)試示功圖的微機(jī)系統(tǒng)第68頁，共119頁。68測(cè)試示功圖的微機(jī)系統(tǒng)示功圖的微機(jī)系統(tǒng)。圖中應(yīng)變式壓力傳感器送出的壓力信號(hào)由動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀調(diào)制成士1V范圍內(nèi)的電壓信號(hào)，經(jīng)過采樣放大器放大和零電平移動(dòng)，由A/D變換器變換成數(shù)字量后輸入微機(jī)。同時(shí)，光電傳感器送出氣缸內(nèi)活塞止點(diǎn)信號(hào)(可在飛輪上某一相應(yīng)點(diǎn)貼上一條狀鋁箔紙，產(chǎn)生反光脈沖信號(hào)代替活塞止點(diǎn)位置)，此信號(hào)經(jīng)放大，一路送往數(shù)字轉(zhuǎn)速顯示儀測(cè)定轉(zhuǎn)速;另一路經(jīng)采樣放大器調(diào)制后，作為開關(guān)量直接輸人微機(jī)外設(shè)接口，控制A/D變換器的啟動(dòng)及采樣循環(huán)的終了。系統(tǒng)可完成數(shù)據(jù)采集、處理、作圖、打印及數(shù)據(jù)文件存貯。每次可顯示連續(xù)的256點(diǎn)數(shù)據(jù)，作出p-t曲線圖或p-a曲線圖。第69頁，共119頁。69用示功圖判別壓縮機(jī)的幾種故障利用示功圖形狀變化，可以顯示壓縮機(jī)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、管道配置以及操作運(yùn)行中的故障和問題。例如:測(cè)量壓縮機(jī)的指示功率，氣閥上的壓力損失和功率損失，氣缸余隙容積的大小，氣閥和管道截面積是否太小，氣閥、活塞環(huán)、密封填料是否泄漏.氣閥彈簧力過大或過小，以及閥片顫振、氣流脈動(dòng)等故障情況。故障的判別一般采用正常示功圖與不正常示功圖作對(duì)比的方式進(jìn)行，井且要有一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。第70頁，共119頁。70第71頁，共119頁。71第72頁，共119頁。72氣閥某些故障的示功圖形狀圖(f>、圖(g)圖(h)的吸、排氣線呈多次波動(dòng)狀態(tài)，分別表示閥片發(fā)生顫振、閥片升程高度太高和氣流壓力脈動(dòng)。三者情況有時(shí)較難區(qū)分，可以通過測(cè)量吸、排氣腔或管道中的動(dòng)態(tài)壓力，把氣流壓力脈動(dòng)情況區(qū)別開來。而閥片顫振情況與升程高度是有聯(lián)系的，屬于哪一類故障原因較難區(qū)分。第73頁，共119頁。734.2.2閥片運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線圖

對(duì)一個(gè)性能良好的氣閥來說，要求它在氣缸內(nèi)壓力超過排氣壓力或低于吸氣壓力時(shí)能夠迅速打開，亦即氣流在閥上的壓力損失要小;當(dāng)閥片到達(dá)閥擋(升程限制器)時(shí)，沒有太多的反彈，能夠穩(wěn)定地貼在閥擋上;閥片在開啟和關(guān)閉過程中波動(dòng)要小，關(guān)閉后不應(yīng)有多次開啟現(xiàn)象;當(dāng)活塞到達(dá)上、下死點(diǎn)位置后，閥片能及時(shí)返回閥座。這對(duì)一臺(tái)正常運(yùn)行的壓縮機(jī)來說，這些性能要求都應(yīng)該能夠做到。但是當(dāng)運(yùn)行工況發(fā)生變化，氣流發(fā)生壓力脈動(dòng)，氣閥出現(xiàn)故障或者氣閥本身存在設(shè)計(jì)不合理等問題時(shí)，上述要求就不能滿足了。氣閥產(chǎn)生的故障現(xiàn)象集中表現(xiàn)在閥片的啟閉運(yùn)動(dòng)上，因此測(cè)定閥片運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，可以幫助診斷氣閥故障，提高壓縮機(jī)效率。第74頁，共119頁。744.2.2.1閥片運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線的測(cè)量測(cè)定氣閥閥片的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，亦即側(cè)量閥片在離開閥座后的位移量隨曲柄轉(zhuǎn)角(或時(shí)間〕之間的變化關(guān)系。閥片位移量的檢測(cè)傳感器有光電式、電感式、電容式和電阻式等.與之相應(yīng)的測(cè)量方法就有光電法、電感法、電容法和電阻法等，第75頁，共119頁。75圖為電感法測(cè)量中的非接觸式電感位移傳感器。其原理是在閥座或閥擋上裝有電感線圈(其中一個(gè)為工作線圈。另一個(gè)為補(bǔ)償線圈，用以補(bǔ)償由溫度引起的誤差)。當(dāng)閥片作開閉運(yùn)動(dòng)時(shí)，閥片與線圈之間產(chǎn)生相對(duì)位移。改變了線圈的磁通量，因而引起感抗的變化。通過交流電橋電路的調(diào)制，把電感量變化轉(zhuǎn)換為電壓變化，然后把電壓的變化信一號(hào)輸人放大器，經(jīng)過放大后進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣和記錄，便可得到閥片運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線。但是電感式位移傳感器是非線性的.即直接輸出的電壓信號(hào)與閥片位移量不成正比，為此需用一偏心輪作靜態(tài)標(biāo)定試驗(yàn)，標(biāo)定后的曲線才是真正的閥片位移量與時(shí)間或曲柄轉(zhuǎn)角的變化關(guān)系圖

非接觸式電感位移傳感器1-閥片;2-閥座或升程限制器;3.70-絕緣板。

4一工作線圈;5-線圈鐵心;6-安裝螺釘;7-鐵支架;8一補(bǔ)償線圈;9-鐵磁體外殼;11-引線鉚釘;12一引線第76頁，共119頁。76傳感器與動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀配合使用時(shí)的交流電路如圖所示。圖中是工作線圈，是補(bǔ)償線圈.用以補(bǔ)償由溫度引起的誤差。R1和R2是應(yīng)變儀電橋盒內(nèi)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻。第77頁，共119頁。77圖為閥片的運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線。圖中縱坐標(biāo)為閥片的開啟高度，橫坐標(biāo)為時(shí)間(也可表示為活塞行程)。閥片運(yùn)動(dòng)曲線上各點(diǎn)的斜率表示閥片各運(yùn)動(dòng)階段在各個(gè)位置時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度。圖4-11閥片運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線t1-閥片開啟過程時(shí)間;t2-閥片全開過程時(shí)間;t3-閥片關(guān)閉過程時(shí)間;t4-閥片全關(guān)過程時(shí)間;t5-閥片從開啟到關(guān)閉終了經(jīng)過的時(shí)間;t6-閥片從開啟到第一次撞擊閥擋之間的時(shí)間第78頁，共119頁。78閥片開啟過程的平均速度為h——閥片升程高度;t6——閥片從開啟到第一次接觸閥擋的時(shí)間。閥片關(guān)閉過程的平均速度為式中t3——閥片關(guān)閉過程時(shí)間。某一點(diǎn)的瞬時(shí)速度為第79頁，共119頁。794.2.2.2閥片運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線在故障診斷方面的作用（1)判斷閥片開閉是否及時(shí)如果閥片滯后開閉或開閉時(shí)間過長(zhǎng)，則可能的故障原因有以下幾點(diǎn)。①?gòu)椈闪Σ缓线m。②閥座上帶有過多的油水，對(duì)閥片產(chǎn)生黏著作用，使閥片開啟和關(guān)閉均發(fā)生滯后。例如，有一臺(tái)使用中的壓縮機(jī)，它的三級(jí)吸氣閥使用壽命恃別低.經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，二級(jí)抽水分離器內(nèi)的油水總是排不干凈，而且液位經(jīng)常很高，由于油水被氣體帶人三級(jí)缸，引起三級(jí)吸氣閥損壞。后來在二級(jí)油水分離器上增添了一根排污管以后，分離器內(nèi)液位迅速下降，一級(jí)吸氣閥的使用壽命就有了明顯提高。③間隙通流面積太小，氣流阻力太大。④氣流存在壓力脈動(dòng)。第80頁，共119頁。80(2〕判斷是否存在氣流壓力脈動(dòng)管路中或者壓縮機(jī)吸、排氣腔中存在氣流壓力脈動(dòng)，將會(huì)增加壓縮機(jī)的功率損失，降低效率?？s短氣閥壽命。氣流壓力脈動(dòng)在閥片運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線圖上不僅表現(xiàn)為閥片開閉不及時(shí)，而且還出現(xiàn)大幅度的波動(dòng)、高頻率的顫振和多次開啟現(xiàn)象。(3)判斷氣閥流通截面大小閥片運(yùn)動(dòng)曲線包圍的面積表示氣閥的實(shí)際通流能力，稱為“時(shí)間一截面”。閥片運(yùn)動(dòng)曲線的“時(shí)間一截面”太小，表示氣閥流通截面太小。氣流阻力大，相應(yīng)在氣閥上的壓力損失也大，第81頁，共119頁。81壓縮機(jī)氣閥的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是氣缸內(nèi)壓力、管路壓力、氣閥彈簧力、閥片開啟高度、潤(rùn)片重且等綜合因素作用的結(jié)果。因此綜合研究分析各個(gè)作用力與氣閥彈簧力及氣閥運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，有助于杳找氣閥故障的原因和選擇合適的氣閥彈黃。為了便于分析氣閥中的一些故障間題，最好是把壓縮機(jī)示功圖上氣缸內(nèi)的壓力變化、管路內(nèi)的壓力變化以及閥片運(yùn)動(dòng)曲線畫在同一張圖上進(jìn)行比較，有利于對(duì)幾種典型故障作出判別。有關(guān)這方面的內(nèi)容還需要作深入的研究工作。第82頁，共119頁。824.3壓縮機(jī)的氣流壓力脈動(dòng)與管道振動(dòng)氣流壓力脈動(dòng)引起的故障分析4.3.1.1壓力脈動(dòng)的起因活塞式壓縮機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，由于吸氣、排氣是間斷性的，兩者交替著進(jìn)行;另外，活塞運(yùn)動(dòng)速度又是隨時(shí)間而變化的，這種現(xiàn)象就會(huì)引起管道內(nèi)氣流的不穩(wěn)定流動(dòng)，產(chǎn)生流體壓力脈動(dòng)。壓力脈動(dòng)會(huì)給壓縮機(jī)工作帶來不利影響，例如。可能使壓縮機(jī)級(jí)的指示功率增加;降低氣閥的使用壽命;使得排氣量增大或減小;破壞安全閥的嚴(yán)密性以及引起管道和設(shè)備很大振動(dòng).第83頁，共119頁。83圖單缸雙作用壓縮機(jī)的氣流速度與曲柄轉(zhuǎn)角關(guān)系αax——軸側(cè)缸氣閥開啟角度αcx——蓋側(cè)缸氣閥開啟角度

第84頁，共119頁。84圖4-12表示1臺(tái)單缸雙作用壓縮機(jī)管道與氣缸相連處的氣流速度μt與曲柄轉(zhuǎn)角α之間關(guān)系(假定氣缸內(nèi)氣體速度等于活塞速度)。圖中:軸側(cè)缸氣閥開啟前氣閥開啟時(shí)蓋側(cè)缸氣閥開啟前氣閥開啟時(shí)式中A—?dú)飧淄髅娣e/管道通流面積;r—曲柄旋轉(zhuǎn)半徑。第85頁，共119頁。85壓縮機(jī)吸氣、排氣的間歇性，使管道內(nèi)氣流呈脈動(dòng)狀態(tài)，壓力隨時(shí)間的變化如圖所示。壓力脈動(dòng)的幅度大小，可用壓力不均勻度來表示，其定義為式中—脈動(dòng)最大壓力

—脈動(dòng)最小壓力

—平均壓力，=（+）。脈動(dòng)壓力的幅度是指偏離平均壓力的最大幅度，即（-）=第86頁，共119頁。86顯然，管道中壓力脈動(dòng)的不均勻度愈大，振動(dòng)頻率愈高，則振動(dòng)能量愈大，愈有可能對(duì)管道帶來破壞作用，尤其是氣流經(jīng)過管道彎頭、閥門、噴嘴等處，較大的壓力不均勻度將成為管道振動(dòng)的主要激振力。在管道各連接處產(chǎn)生的振動(dòng)應(yīng)力，又可能成為整個(gè)結(jié)構(gòu)疲勞破壞的重要原因。因此對(duì)使用中的管道，氣流壓力不均勻度要有一定限制。一般說來，在壓縮機(jī)與緩沖器之間的管道內(nèi)，壓力不均勻度δ在5%~7%以下是合適的。對(duì)于進(jìn)氣管道和連接管道，許用值[δ]=4%~8%;對(duì)于排氣管道，許用值[δ]=2%~4%。排氣量大、壓力較高時(shí)取小值。圣波得堡化工機(jī)械研究院（原列寧格勒化工機(jī)械研究院)對(duì)大型對(duì)置式壓縮機(jī)的壓力不均勻度許用值提出的標(biāo)準(zhǔn)

第87頁，共119頁。87美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)推薦，在管道內(nèi)的壓力不均勻度許用值[δ]（%)為:式中P0——管道內(nèi)氣體的平均絕對(duì)壓力，MPa。D——管道內(nèi)徑，m;f——激發(fā)頻率，Hz；，其中，m為激發(fā)諧波的主要階次（m=1,2,…..）n為壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min.氣缸與緩沖器之間的管道內(nèi)，壓力不均勻度許用值[δ](%〕為——壓縮級(jí)的壓縮比第88頁，共119頁。88對(duì)于壓縮機(jī)外圍管道振動(dòng)，在某一振動(dòng)頻率范圍內(nèi)的總振幅，日本西南研究所作出了個(gè)容許的振動(dòng)基準(zhǔn)，這個(gè)基準(zhǔn)值可用下圖表示。管道振動(dòng)容許基準(zhǔn)

第89頁，共119頁。89氣柱固有頻率與氣柱共振現(xiàn)象管路系統(tǒng)內(nèi)所容納的氣體稱為氣柱。氣體像任何振動(dòng)物體一樣，具有一定的質(zhì)量，可以壓縮、膨脹，具有一定彈性、所以氣柱本身就像一個(gè)彈簧，在一定激發(fā)力作用下會(huì)發(fā)生振動(dòng)。壓縮機(jī)裝在管路的始端，活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)周期性地向管路吸氣、排氣，時(shí)管路中的氣柱產(chǎn)生激發(fā)力，引起氣柱振動(dòng)。氣柱是一個(gè)連續(xù)的彈性體.在接受了激發(fā)后，就把振動(dòng)能量以聲速向管道遠(yuǎn)方傳播。氣柱彈性系統(tǒng)本身，根據(jù)配管情況，管路始端、末端的邊界條件，有其自己的一系列固有頻率。對(duì)于簡(jiǎn)單管道，可由下面的基本方程導(dǎo)出多種邊界條件下的各階氣柱固有頻率。第90頁，共119頁。90圖4-15表示管道內(nèi)一氣柱，其截面積為A,任取一微段dx，其運(yùn)動(dòng)方程為:或式中u—微元體的脈動(dòng)速度;p—脈動(dòng)壓力;—?dú)怏w平均密度。第91頁，共119頁。91根據(jù)連續(xù)性方程—單位時(shí)間內(nèi)通過微元體的質(zhì)量等于質(zhì)量對(duì)時(shí)間的變化率，可得:微元體的微小密度變化是由壓力變化引起的，而壓力波是以聲速傳播，聲速的計(jì)算式由物理學(xué)中可知代入，可得第92頁，共119頁。92消去u對(duì)x和t的偏導(dǎo)數(shù)后可得稱為聲學(xué)波動(dòng)方程，其解為

(4-22)式中—?dú)庵逃袌A頻率;A,B—積分常數(shù)，由邊界條件確定。設(shè)微元體脈動(dòng)速度為將u與聲學(xué)波動(dòng)方程解代入運(yùn)動(dòng)方程，得第93頁，共119頁。93因此(4-24)式(4-22)、式((4-24)為氣體微元體的壓力P和脈動(dòng)速度u的運(yùn)動(dòng)方程。從式中看出，p和u在給定位置點(diǎn)上在作諧振動(dòng)，它們的振幅是隨著位置的不同而不同。如果單獨(dú)研究各點(diǎn)的振幅，則由式(4-22)、式(4-24)可知（4-25）（4-26）管道端部的p和u值由該處的邊界條件決定，一個(gè)管道的聲學(xué)閉端是指該端P=1;u=0;聲學(xué)開端是指該端p=0,u=1。下面分別用三種邊界條件求得簡(jiǎn)單管道的氣柱固有頻率。第94頁，共119頁。94①管道一端封閉(如壓縮機(jī)端)，另一端為開口（如連接緩沖器、膨脹容器)。只要容器的容積大于管道容積的10倍以上，就可以把容器視為開口端，根據(jù)研究，這樣處理得到的計(jì)算頻率，其誤差不超過4%。這類管道，在x=0處為閉端，以u(píng)=0。代人式(4-26)得B=0在x=l為開口端。以p=0代入式(4-25)得式中A不能為零，因此

式中i—?dú)庵逃蓄l率的階次。當(dāng)i=1時(shí)，計(jì)算的頻率稱為基頻;當(dāng)i=3時(shí)，計(jì)算頻率稱為第二階固有頻率，余類推。

a—?dú)怏w聲速，;K—?dú)怏w絕熱指數(shù);R—?dú)怏w常數(shù)，J/kg·KT—?dú)怏w絕對(duì)溫度，K;l—管道長(zhǎng)度，m。第95頁，共119頁。95②兩端封閉的管道(如兩臺(tái)壓縮機(jī)并聯(lián),中間用管道連接)。在x=0處為閉端，以u(píng)=0代人式〔4-26)得B=0在處為閉端.以u(píng)=0代人式(4-26)得因?yàn)锳不能為零，則氣柱固有頻率方程為或（4-28）第96頁，共119頁。96③兩端均為開口的管道(如兩個(gè)大容器之間用管道連接)。管道在x=0處為開口端，以P=0代人式(4-25)，得到A=0在x=l處也為開口端，以P=0。代人式(4-25)得

=0同理，.當(dāng)B時(shí)，氣柱的固有頻率方程與式(4-28)相同。第97頁，共119頁。97復(fù)雜管道的氣柱固有頻率計(jì)算可借助計(jì)算機(jī)用轉(zhuǎn)移矩陣法求解。如圖(a)所示的管道系統(tǒng)可將其簡(jiǎn)化成圖(b)所示一系列管道元件組成的管系。管系元件的組成如下:

I等截面管子元件，1-2,3-4,5-6,7-8,9-10,11-12,13-14,15-16;II.體積元件，V1(2-3)、V2(8-9),V3(12-13);III.變截面管子元件，4-5,6-7;IV.流人點(diǎn)元件，10-11第98頁，共119頁。98管系又分為主線和支線。通常取氣流流動(dòng)的主方向?yàn)橹骶€，管系的支線通常是放空管道、旁通管道等。管系分解成各個(gè)元件以后，就需要確定管系的邊界條件，如活塞、關(guān)閉的閥門、急轉(zhuǎn)彎彎頭、盲板等這樣的端點(diǎn)邊界，被視為聲學(xué)閉端，邊界條件為u=0。儲(chǔ)氣罐、大緩沖器、接通大氣等這樣的端點(diǎn)邊界，被視為聲學(xué)開端，邊界條件為p=0各個(gè)計(jì)算元件前、后邊界的p,u值是通過相應(yīng)元件的轉(zhuǎn)移矩陣來確定的。上一元件的后邊界即是下一元件的前邊界，這樣就可用下面的關(guān)系式把整個(gè)管系連接起來:當(dāng)管道元件較多時(shí)，氣柱固有頻率方程只能寫成隱式格式，其解也只能借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行第99頁，共119頁。99第100頁，共119頁。100管路中的氣柱是否會(huì)發(fā)生共振，還取決于氣流的激發(fā)頻率。壓縮機(jī)氣流的壓力脈動(dòng)波形并不是一種簡(jiǎn)諧波，而是包含了多種頻率成分的復(fù)合波形。可以通過諧波分析方法，把氣流脈動(dòng)波形分解為數(shù)階諧彼，其中幅值最大的諧波稱為主諧波。主諧波的頻率稱為激發(fā)主頻率，可用下式計(jì)算式中n—壓縮機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速，r/min.m—曲軸每旋轉(zhuǎn)一周,向管道吸氣或排氣的次數(shù)，對(duì)于單作用壓縮機(jī)，m=1;對(duì)于雙作用壓縮機(jī)，m=2第101頁，共119頁。101氣柱共振是指壓縮機(jī)的激發(fā)頻率落入氣柱固有頻率附近的一個(gè)區(qū)域內(nèi)，通常稱為共振區(qū)，這個(gè)共振區(qū)一般定為當(dāng)激發(fā)頻率在氣柱固有頻率的共振區(qū)內(nèi)，就會(huì)使管道中的氣柱處于共振狀態(tài)，此時(shí)氣流壓力脈動(dòng)非常嚴(yán)重，引起管道、壓縮機(jī)和基礎(chǔ)的強(qiáng)烈振動(dòng)。氣柱共振狀態(tài)下的管道長(zhǎng)度稱為共振管長(zhǎng)，共振管長(zhǎng)區(qū)為對(duì)一端封閉一端開口的管道，當(dāng)i=1時(shí)按計(jì)算得到的管長(zhǎng)稱為第一階共振管長(zhǎng);i=3時(shí)計(jì)算得到的管長(zhǎng)稱為第二階共振管長(zhǎng)。處于二階共振管長(zhǎng)的管道其振動(dòng)程度雖然不像一階共振那樣劇烈，但是在設(shè)計(jì)配管時(shí)也要避開這個(gè)區(qū)域。第102頁，共119頁。102【實(shí)例4-2]某汽車制造廠有一臺(tái)型號(hào)為L(zhǎng)8-60/70型空氣壓縮機(jī)，該機(jī)使用中發(fā)現(xiàn)當(dāng)二級(jí)排氣壓力達(dá)到額定值0.7MPa時(shí)，一級(jí)排氣壓力超過額定值約18.5%，造成這種不正常的原因是一級(jí)進(jìn)氣管發(fā)生氣柱共振。該廠技術(shù)人員利用共振管長(zhǎng)的概念成功地解決了這個(gè)問題。①壓縮機(jī)參數(shù):

轉(zhuǎn)速n=428r/min

吸人溫度t=20一級(jí)排氣額定壓力P1=0.2~0.23MPa

二級(jí)排氣額定壓力P2=0.7MPa

一級(jí)進(jìn)氣管實(shí)測(cè)長(zhǎng)度l=3.468m

結(jié)構(gòu)型式雙缸雙作用第103頁，共119頁。103②計(jì)算共振管長(zhǎng):

求聲速式中K—絕熱指數(shù)，空氣為1.4;R—?dú)怏w常數(shù)，空氣為287J/kg·K;T—絕對(duì)溫度，T=273+20=293K.對(duì)于雙缸雙作用壓縮機(jī)的激發(fā)頻率為

一階共振管長(zhǎng)為

=一級(jí)進(jìn)氣管實(shí)際管長(zhǎng)為l=3.468m，正是在一階共振管長(zhǎng)范圍內(nèi)，因此是氣柱共振的結(jié)果，導(dǎo)致一級(jí)排氣壓力超過額定壓力

第104頁，共119頁。104③處理方法:一般對(duì)于避免管道氣柱共振的措施有兩種;其一是取消進(jìn)氣管，這樣一級(jí)排氣壓力可以恢復(fù)到正常的設(shè)計(jì)壓力;其二是把進(jìn)氣管加長(zhǎng)。最后采取了第二種措施，把進(jìn)氣管加長(zhǎng)至l=6.5m，從而恢復(fù)到正常壓力，管道振動(dòng)現(xiàn)象也隨之減弱。第105頁，共119頁。105

4.3.1.3氣流壓力脈動(dòng)引起故障的原因活塞式壓縮機(jī)的氣流壓力脈動(dòng)除了有可能會(huì)引起氣柱共振之外，管道中的壓力和速度波動(dòng)，像波浪一樣，在管道的轉(zhuǎn)彎處、截面變化處和各種閥件，盲板處產(chǎn)生沖擊作用，引起管道振動(dòng)和噪聲。此外，管道中壓力脈動(dòng)的波峰和波谷又會(huì)影響到氣閥的不正常啟閉。使壓縮機(jī)排氣量發(fā)生變化，增加壓縮機(jī)的功率消耗和縮短閥片的工作壽命，下面分別對(duì)這幾種情況進(jìn)行分析。第106頁，共119頁。106（1)壓力脈動(dòng)引起管道振動(dòng)的原因管道中的流體如果沒有壓力和速度波動(dòng)，則流體對(duì)管道只有靜力作用而無動(dòng)力作用，并不會(huì)引起管道振動(dòng)口但如果存在壓力脈動(dòng)，在管道中的流速和方向突變處，流體對(duì)管道的沖擊力將可能是很大的，今以常見的管道沖擊部位作力的分析。a.等截面管彎頭圖4-l8（a)為一段等截面管彎頭，如果管內(nèi)流體是穩(wěn)定流動(dòng)的，則彎頭兩端的作用力均為（P0為管內(nèi)流體平均壓力;為管子內(nèi)徑第107頁，共119頁。107此兩力的合力可由幾何關(guān)系求得如果管內(nèi)流體是脈動(dòng)的，壓力脈動(dòng)的不均勻度為，則壓力脈動(dòng)幅值流體對(duì)彎頭發(fā)生沖擊作用，沖擊力的幅值管道在△R沖擊力作用下將發(fā)生振動(dòng)。第108頁，共119頁。108例題小化肥廠合成氣壓縮機(jī)第六級(jí)出口壓力為P0=32MPa，管道內(nèi)徑d0=60mm，假如