流体引起的振动知多少?

来源：SKF公司《Flow-Induced Vibration（流体引起的振动）》PPT

与不平衡、不对中以及共振等许多问题不同，流体引起的振动往往与设备的工艺运行状态密切相关。这就是说，依照设备类型的不同，设备的负荷以及设备承担的工艺角色对振动的影响会很大。

流体引起的振动包括以下几种情况：

• 流体动力

  
  

• 气蚀和抽空

  
  

• 回流

  
  

• 紊流

  
  

• 喘振

  
  

• 流体堵塞

很多类别的设备，包括泵、风机、透平机、真空泵等等，均会不可避免地因为它们的叶片作用在输送的流体（液体或气体）上而产生流体动力。

一般，流体动力的产生遵从下面的等式：

叶片通过频率＝BPF＝叶片数×叶轮转速（cpm或Hz）

叶片通过频率

流体动力振动的特点：

1. 若叶轮在机壳中偏心或相对于蜗壳的位置不正确，会产生较大的BPF及其倍频的振动。

   
   

2. 需要尽力避免BPF及其倍频与转子或支撑结构的固有频率临近，否则会引起较大的振动。

   
   

3. 若导叶片的焊接处发生失效，使扩压器相对叶轮产生轻微位移，它会导致BPF频率处的振动大幅上升；

   
   

4. 若泵口轮摩擦轴，会导致BPF频率振动的大幅上升；

   
   

5. 对有些类型的风机，其叶片通过频率对阻尼设置情况非常敏感。

   
   

6. 叶片比频率 （BRF）按下式计算：

BRF = (转速)(叶轮叶片数)(导叶叶片数)/K

其中：K＝叶轮叶片数和导叶叶片数的最大公约数。

若两个叶片数不互质，则会产生较大的BRF频率的振动。

气蚀是离心泵的常见问题，经常造成泵内部件的严重损坏。遭受连续气蚀问题的泵叶轮会产生严重的点蚀，在一些案例中，气蚀会彻底蚕食掉叶轮叶片。

在泵输送量过大或入口压力偏低条件下，泵容易产生气蚀。

典型的气蚀/抽空频谱

气蚀特点：

1. 通常在300Hz至2000Hz的频率范围内有随机宽带的振动。

   
   

2. 气蚀会引起超声能量的上升，可用加速度包络检测。

   
   

3. 气蚀通常会产生很奇特的现场噪声。中等程度的气蚀产生的噪声象沙子在泵中流动，而严重的气蚀产生的噪声象小石子在泵中通过。

   
   

4. 抽空与气蚀差不多一样，只不过它是风机的问题。典型的抽空频谱与气蚀频谱几乎完全一样。

对于泵来讲，回流是与气蚀相反的问题。泵输送量太小或入口压力太高时，泵会发生回流现象。

回流发生时，一部分流体会从出口回流到叶轮中，因为泵实际上在输送过多的流体。这样会引起反向的液流。两个或多个反向的液流会引起噪声和振动。

回流特点：

1. 回流频谱与气蚀频谱非常相似，也有随机宽带振动，有时还有叶片通过频率。

   
   

2. 与气蚀不同，回流不会产生泵部件的腐蚀。然而，若回流引起的振动过高，会损坏轴承、磨损环、阀和其它相关部件。

当有某种东西干扰或阻碍流体在泵、风机、压缩机或真空泵中正常流动时，紊流就会发生。紊流可能是管道中的障碍物、直角弯角以及急剧的直径改变等引起的。

典型的紊流频谱

紊流特点：

1. 虽然紊流会产生随机的较高频率的振动，它通常产生在1xRPM以下频率范围内地随机振动，大约在50CPM 至2000CPM。

   
   

2. 紊流引起的振动的幅值和频率是不稳定的，有时会在一个很宽的范围内波动。

   
   

3. 有时紊流引起的噪声非常高，而机器的振动却相对较低，其原因是这时紊流发生在机器以外的管道中。

对高速离心式和轴流压缩机而言，危害更大的问题是喘振。发生喘振问题的压缩机通常是工作在设计范围以外。在特定的运转速度下，当出口压力太高或输送介质的分子量较设计工况小时，压缩机会遇到喘振问题。

喘振发生时，压缩机中的气流会改变方向。当喘振问题轻微时，仅叶轮叶片边界层附近的气流会改变方向；当喘振完全发生时，全部气流都会改变方向，从出口流向入口。压缩机的喘振问题必须得到排除，因为它会产生很大的破坏。

喘振特点：

1. 轻微喘振仅在数秒的时间内，使叶片通过频率及其倍频明显上升。叶片通过频率幅值会上升一倍或两倍。

   
   

2. 完全的喘振会提高整个频谱的底脚，即引起宽频段、大幅值的随机响应。

   
   

3. 若不加以校正，喘振能在短时间内损坏压缩机。

流体堵塞本质上来说是与喘振相反的故障。当出口压力太低导致流体速度太高时，压缩机会发生流体堵塞问题。

流体堵塞频谱与喘振频谱相同。因此故障分析人员必须监测其它工艺参数如压力、流量等，以确认发生的是哪种问题。