旋转机械的 5 种速度相关故障

涡轮机、泵和压缩机等旋转机械持续承受着巨大的机械力。由于这些机械大多对工艺流程至关重要，因此系统都具有保护和/或监控功能，以防止故障发生。本文将重点介绍旋转机械可能发生的几种常见速度相关故障。

Speed 保护

1.超速

旋转机械的结构设计可承受一定的旋转速度，即结构速度。当发生超速时，机器轴的旋转速度会超过机器结构所能承受的速度。力随转速呈指数增长，可能导致部件松动。这可能会对工艺、人员和环境造成灾难性的影响。因此，风险分析表明，在大多数情况下，必须安装超速保护系统。通过速度测量可以测量转速（RPM）。超速保护系统可确保转速保持在一定范围内，以防止损坏机器。如果超过预定的极限值，机器会立即关闭（图 1）。这些机器跳闸需要在很短的时间内发生。根据现行的机器指南（API 670），超速保护系统的响应时间不得超过 40 毫秒。

*图 1*.该图显示了跳闸功能的工作原理。当转速达到最大容许转速的 110% 时，机器跳闸，导致立即停机。

超速是所有旋转机械操作员最担心的问题。反应不及时或超速保护系统失灵都可能导致涡轮机叶片或转子部件松动。在最糟糕的情况下，这些部件会直接穿过涡轮机外壳，危及人员安全，并对涡轮机驱动的设备造成重大损坏。

2.加速

尽管有超速保护系统，但旋转机器的加速过快也会导致旋转机器进入超速状态，从而造成危险。根据加速速度的不同，停止机器的驱动不会立即导致转速下降。在主要作用力的作用下，转速甚至会在驱动装置停止后短时间内上升。当达到最大容许转速的 110% 的极限值时，超速保护系统会跳闸，但一定程度的加速仍会导致累计转速超过容许的 110%（图 2）。这样，机器仍会达到临界转速，从而造成损坏。

*图 2*.绿线显示了加速跳闸功能的工作原理。当检测到加速度过度增加时，保护系统就会跳闸。红线显示的是当加速度不是受保护参数时可能发生的情况，这使得它无法检测到过快的加速度。即使超速保护系统会使机器跳闸（在最高转速的 110% 时），机器仍可能在短时间内提高转速。因此，强烈建议实施加速保护。

在旋转机器的启动过程中，应根据可用能量对其进行加速保护。与超速保护不同的是，加速保护不仅检测转速，还检测在预定时间间隔内转速的增加。当转速传感器检测到过快的加速度增加时，保护系统将使涡轮机跳闸。

当机器未受加速保护时，仍会进入超速状态。超速保护系统无法在加速过快时及时停止机器。

Speed 监测

3.反向旋转

当驱动压缩机的涡轮机不工作时，可能会出现来自工艺过程的压力导致压缩机向错误方向转动的情况。这就是所谓的反向旋转。出现这种压力的原因可能是吸气阀没有正确关闭，导致泄漏。当压缩机在这种情况下启动涡轮机时，将导致损坏。反向旋转产生的压力和涡轮机产生的压力会相互抵消，例如可能会导致联轴器损坏。这通常会造成经济损失，但不会对人员和环境造成直接危险。

4. 静止/蠕动

在开始 turnaround之前，确保涡轮机确实已停止运转至关重要。毕竟，如果涡轮机仍在缓慢旋转时就开始维护工作，其巨大的质量可能会造成危险情况。为了监控这一点，必须进行比正常速度测量更长时间的速度测量，因为涡轮机在停机过程中以非常低的转速运行。

5.超速

低速与超速相反，但它是一种不太严重的故障。为保证流程运行，设备必须保持最低转速。如果转速降低，则无法再驱动流程。虽然由于生产流程中断而导致的欠速是非常不可取的，但它不会像超速那样产生灾难性的影响。可以设置极限值，以便在达到维持工艺运行的最低转速时触发警报。这样操作员就可以防止发生超速。低速测量还可用于指示，例如，可以开启点动发动机。