關(guān)于壓縮機(jī)葉輪強(qiáng)度設(shè)計(jì)與健康運(yùn)維典型問題的探討

楊樹華 孟繼綱 徐勝利 王曉放

（1.大連理工大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院；2.沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司）

0 引言

離心壓縮機(jī)作為心臟設(shè)備廣泛應(yīng)用在冶金、空分、石化、制藥、能源動(dòng)力等工業(yè)領(lǐng)域，葉輪作為壓縮機(jī)的核心做功元件，其長周期安全可靠性與機(jī)組全部服役周期的各個(gè)環(huán)節(jié)密切相關(guān)，甚至一定程度上決定著整個(gè)機(jī)組的安全運(yùn)行周期。隨著工業(yè)化進(jìn)程不斷向縱深推進(jìn)，壓縮機(jī)運(yùn)行條件愈加苛刻，高壓比、高轉(zhuǎn)速、高溫差、寬工況、輕量化、低噪聲等性能指標(biāo)不斷更新，使得葉輪的長周期使役安全問題越來越突出。其實(shí)，從葉輪機(jī)械誕生的時(shí)刻起，對葉輪的長期安全性問題研究就沒有停止過，分析研究方法不斷推陳出新，特別是近半個(gè)世紀(jì)以來，隨著應(yīng)用數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域技術(shù)水平的跨越式進(jìn)步，使得對壓縮機(jī)葉輪開展影響長期安全性的各種復(fù)雜因素進(jìn)行系統(tǒng)化研究成為可能。

對壓縮機(jī)葉輪全生命周期進(jìn)行系統(tǒng)剖析和研究表明，影響其安全可靠的典型問題廣泛存在于設(shè)計(jì)、加工、裝配、運(yùn)行、維護(hù)、監(jiān)測等各個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)，而且各種因素間存在或強(qiáng)或弱的關(guān)聯(lián)性，導(dǎo)致很多實(shí)際工程失效問題難以溯源，無法從根本和源頭上進(jìn)行有效控制。本文針對壓縮機(jī)葉輪從強(qiáng)度設(shè)計(jì)到健康運(yùn)維的全壽命周期進(jìn)行系統(tǒng)分析和梳理，總結(jié)各環(huán)節(jié)中影響葉輪長期安全可靠性的典型問題，探討其存在形式并提出針對性的應(yīng)對策略和技術(shù)需求，進(jìn)而為完整服役期限內(nèi)的壓縮機(jī)葉輪乃至整機(jī)安全可靠與健康運(yùn)行提供重要的技術(shù)支撐和參考。

1 葉輪強(qiáng)度設(shè)計(jì)

壓縮機(jī)葉輪強(qiáng)度設(shè)計(jì)是近些年隨著壓縮機(jī)整體設(shè)計(jì)制造技術(shù)水平提高而出現(xiàn)的一種新的思維方法和分析技術(shù)。區(qū)別于傳統(tǒng)的給定結(jié)構(gòu)開展強(qiáng)度校核，葉輪強(qiáng)度設(shè)計(jì)需要綜合考慮氣動(dòng)效率、結(jié)構(gòu)安全性、工藝性、制造成本、運(yùn)行狀態(tài)等多方面設(shè)計(jì)因素，以最終獲得滿足各項(xiàng)參數(shù)限制葉輪結(jié)構(gòu)方案為目標(biāo)，是一種復(fù)雜維度的多學(xué)科、多參數(shù)綜合分析優(yōu)化技術(shù)。

開展壓縮機(jī)葉輪強(qiáng)度設(shè)計(jì)分析，需要關(guān)注和解決的典型問題在于三大方面：一方面是葉輪運(yùn)行狀態(tài)的復(fù)雜性；另一方面是材料承載能力；第三方面是分析方法的有效合理選擇。

1.1 葉輪運(yùn)行狀態(tài)復(fù)雜性

壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下，葉輪壓縮工質(zhì)做功，把機(jī)械動(dòng)能轉(zhuǎn)化為介質(zhì)壓力能，在這個(gè)過程中作用于葉輪的載荷是極其復(fù)雜的，從載荷的類型和作用機(jī)理上，主要區(qū)分為來自旋轉(zhuǎn)慣性的離心力、來自主軸的扭矩、來自工質(zhì)的壓力和來自環(huán)境的溫度。實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下，工作介質(zhì)的溫度、壓力，機(jī)組的流量、轉(zhuǎn)速等具體參數(shù)時(shí)時(shí)刻刻都在發(fā)生變化，載荷參數(shù)的時(shí)變特性導(dǎo)致葉輪不同區(qū)域的應(yīng)力狀態(tài)、主軸與葉輪之間的接觸狀態(tài)、葉輪結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度梯度、乃至葉輪結(jié)構(gòu)的固有頻率特性等都將發(fā)生變化。

1）載荷狀態(tài)復(fù)雜性

葉輪機(jī)械行業(yè)普遍接受的觀點(diǎn)是，葉輪由于旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生慣性離心力決定了葉輪的應(yīng)力狀態(tài)，所以傳統(tǒng)的葉輪強(qiáng)度校核僅考慮轉(zhuǎn)速載荷造成的葉輪應(yīng)力進(jìn)行設(shè)計(jì)確認(rèn)。而隨著離心壓縮機(jī)性能要求不斷提高，與葉輪運(yùn)行狀態(tài)密切相關(guān)的壓比、溫度、工況范圍等參數(shù)指標(biāo)愈加嚴(yán)苛，因葉輪流道表面的氣體壓力梯度大、葉輪結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度梯度大、流場壓力脈動(dòng)強(qiáng)等因素導(dǎo)致的葉輪局部失效問題時(shí)有發(fā)生，僅考慮轉(zhuǎn)速載荷的強(qiáng)度校核已不能確保葉輪實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)的安全，需要考慮多種載荷共同作用，解構(gòu)多個(gè)物理場中不同性質(zhì)載荷之間的內(nèi)在耦合機(jī)理，進(jìn)而確定綜合狀態(tài)下的葉輪結(jié)構(gòu)安全可靠性。

除了結(jié)構(gòu)的安全可靠性，葉輪最根本的任務(wù)是要完成其功能性，即具備穩(wěn)定做功的能力。壓縮機(jī)葉輪一般通過鍵、過盈、端面齒、端法蘭等形式聯(lián)結(jié)在主軸上，接收主軸傳遞的扭矩實(shí)現(xiàn)做功能力。過盈裝配具有應(yīng)力集中效應(yīng)小、安裝簡便、結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)，因而被廣泛采用。對于過盈安裝形式，一般可通過行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或工程設(shè)計(jì)手冊提供的計(jì)算方法確定其過盈量。隨著機(jī)組大型化與功率參數(shù)需求的提高，以及葉輪運(yùn)行環(huán)境溫度的特殊要求，過盈裝配的葉輪在實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下，其軸孔和主軸的接觸狀態(tài)將發(fā)生不同程度甚至不同性質(zhì)的改變，高溫環(huán)境運(yùn)行的葉輪要考慮熱變形導(dǎo)致的松脫問題，而低溫環(huán)境運(yùn)行的葉輪，則需要考慮冷縮導(dǎo)致的葉輪軸孔局部損傷問題。通常，在進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)過程中，需采取理論計(jì)算與數(shù)值分析相結(jié)合的方法，綜合考慮各種運(yùn)行條件，對葉輪軸盤與主軸的接觸狀態(tài)、應(yīng)力狀態(tài)等參數(shù)進(jìn)行迭代修正，最終獲得兼具功能性與安全性的工程可行方案。

2）動(dòng)靜干涉問題

在離心壓縮機(jī)設(shè)計(jì)中，為了提升效率，往往在葉輪前/后設(shè)置一定數(shù)量沿圓周方向均勻分布的導(dǎo)流元件，工程上通常稱其為進(jìn)口導(dǎo)流片（IGV，Inlet Guide Vanes）和出口導(dǎo)流片（OGV，Outlet Guide Vanes）。介質(zhì)流經(jīng)進(jìn)口導(dǎo)流片后，被導(dǎo)流片“切分”出與導(dǎo)流片數(shù)量相等，流場沿圓周方向周期性分布的區(qū)塊，葉輪每旋轉(zhuǎn)一周就要遍歷一次各區(qū)塊數(shù)的沖擊，即承受與轉(zhuǎn)動(dòng)速度相對應(yīng)的導(dǎo)葉片倍數(shù)頻次激勵(lì)（VPF，Vane Passing Frequency），若葉輪的某一階固有頻率恰好與該激勵(lì)頻率重合，就說明發(fā)生了工程上所謂的進(jìn)口導(dǎo)葉頻率干涉。葉輪出口設(shè)置導(dǎo)流片的情況類似，從葉輪流出的介質(zhì)同樣會(huì)被后置的出口導(dǎo)流片“切分”出對應(yīng)數(shù)量的區(qū)塊，在切分的位置會(huì)有反作用產(chǎn)生并通過介質(zhì)向來流方向傳播，葉輪旋轉(zhuǎn)一周要遍歷一次各反作用的沖擊，同樣地，如果葉輪的某一階固有頻率恰好與這種反作用的激勵(lì)頻率重合（VPF），就產(chǎn)生了所謂的出口導(dǎo)葉頻率干涉。

由于葉輪的核心作用，針對葉輪動(dòng)靜干涉的分析研究在流體機(jī)械研究領(lǐng)域中被關(guān)注最多，一般認(rèn)為，由于進(jìn)口或出口導(dǎo)流片（IGV或OGV）的存在，葉輪在運(yùn)行狀態(tài)下承受周期性交變的激勵(lì)載荷，一旦發(fā)生動(dòng)靜干涉問題，往往會(huì)導(dǎo)致葉輪的振動(dòng)加劇甚至疲勞失效，給核心部件乃至整個(gè)機(jī)組的安全運(yùn)行帶來災(zāi)難。而工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，即使葉輪固有頻率發(fā)生干涉，很多情況下也能正常安全運(yùn)轉(zhuǎn)，這就需要基于更復(fù)雜的高周疲勞理論進(jìn)行定性分析和量化評定，需要考慮非穩(wěn)定氣動(dòng)流場效應(yīng)、系統(tǒng)阻尼特性、實(shí)際結(jié)構(gòu)表面粗糙度、實(shí)際材料疲勞特性、實(shí)際載荷歷程等更多復(fù)雜因素。

動(dòng)靜干涉問題是涉及流場、結(jié)構(gòu)、材料、聲學(xué)等多學(xué)科耦合的復(fù)雜問題，多物理場之間的耦合機(jī)理仍有待進(jìn)一步深入系統(tǒng)地研究，與之相關(guān)的試驗(yàn)研究尚存在諸多困難，是離心壓縮機(jī)進(jìn)一步發(fā)展亟待突破的技術(shù)瓶頸之一。

3）結(jié)構(gòu)動(dòng)力失諧

由于壓縮機(jī)向大型化方向發(fā)展，葉輪尺寸的不斷增大導(dǎo)致其整體結(jié)構(gòu)剛性不斷減弱，在運(yùn)行狀態(tài)下，葉輪更易受到流體激勵(lì)產(chǎn)生振動(dòng)問題。同時(shí)，由于葉輪不同區(qū)域不可避免會(huì)有一定程度的尺寸偏差和材料特性偏差現(xiàn)象，機(jī)組運(yùn)行中也會(huì)存在葉輪流道內(nèi)介質(zhì)結(jié)晶或局部磨損等現(xiàn)象，這些客觀存在的實(shí)際問題破壞了葉輪的循環(huán)對稱結(jié)構(gòu)特性，造成了葉輪失諧。失諧對于葉輪的振動(dòng)特性有嚴(yán)重的影響，會(huì)造成振動(dòng)能量的局部化，即葉輪的振動(dòng)能量會(huì)集中在一個(gè)或幾個(gè)葉片上，使這些葉片的振幅遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他葉片，產(chǎn)生葉輪局部化振動(dòng)，致使某些部位具有較大的動(dòng)應(yīng)力，進(jìn)而導(dǎo)致葉輪局部葉片的高周疲勞失效。針對這個(gè)問題，需要獲得不同失諧因素的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，量化評估葉輪的失諧狀態(tài)，進(jìn)而預(yù)測失諧可能造成的振動(dòng)局部化形態(tài)和程度，全面系統(tǒng)地進(jìn)行葉輪結(jié)構(gòu)安全可靠性預(yù)測。

1.2 材料承載能力

現(xiàn)代高轉(zhuǎn)速壓縮機(jī)葉輪常用材料多為高強(qiáng)度合金鋼，其材料應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖1所示。材料承載性能以屈服極限為界表現(xiàn)為比較明顯的兩個(gè)階段，低于屈服極限階段，應(yīng)力與應(yīng)變基本呈線性關(guān)系，超過屈服極限一直到強(qiáng)度極限階段，應(yīng)力與應(yīng)變呈現(xiàn)明顯的非線性特性。傳統(tǒng)的葉輪強(qiáng)度校核，大多采用線彈性的材料本構(gòu)關(guān)系，通過理論分析或數(shù)值仿真手段獲得葉輪各處的應(yīng)力狀態(tài)，確保在運(yùn)行載荷條件下葉輪各處的最高應(yīng)力水平低于屈服極限。

圖1 常用葉輪材料應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig.1 Typical material characteristic curve for compressor impeller

隨著壓縮機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速不斷增加，葉輪承受的離心力載荷也隨之增大，葉輪的整體應(yīng)力水平不斷提高，加之結(jié)構(gòu)輕量化的需求，導(dǎo)致葉輪局部最大應(yīng)力很難滿足低于屈服極限的要求。壓縮機(jī)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，在超過材料屈服極限的條件下，通過一定的工藝方法和措施，葉輪長期安全性仍然能夠?qū)崿F(xiàn)。典型的工藝措施是超速預(yù)過載技術(shù)。按照行業(yè)規(guī)定，葉輪在加工完成后需要進(jìn)行超速試驗(yàn)，就是在超過最大工作轉(zhuǎn)速的條件下，進(jìn)行一定時(shí)間的超轉(zhuǎn)速試驗(yàn)，使得結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生有利的殘余應(yīng)力，提高葉輪在實(shí)際運(yùn)行條件下的承載能力。開展有效的葉輪強(qiáng)度設(shè)計(jì)，應(yīng)充分考慮實(shí)際材料物性的非線性因素，綜合考察葉輪的應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)變水平，定制有效的工程判定標(biāo)準(zhǔn)，充分挖掘材料潛力，優(yōu)化葉輪整體結(jié)構(gòu)，在保證壓縮機(jī)性能及安全的前提下，最大化材料使用率，實(shí)現(xiàn)綜合成本控制。

壓縮機(jī)葉輪材料的物理特性通常是相對穩(wěn)定的，而且由于機(jī)組運(yùn)行條件限制，葉輪的服役環(huán)境溫度一般在-100℃到280℃之間，這樣的溫度區(qū)間對材料的彈性模量、屈服極限等屬性都有影響，但影響規(guī)律基本明確，通過理論分析結(jié)合數(shù)值模擬基本能夠量化其對葉輪長期安全性的影響。但是壓縮機(jī)作為石油化工流程的關(guān)鍵設(shè)備，其工作介質(zhì)組分復(fù)雜，一旦某些成分（常見的有硫化氫、氫氣等）含量達(dá)到一定濃度，就會(huì)影響材料的物理特性，使原本滿足各種運(yùn)行載荷的設(shè)計(jì)會(huì)因材料性能的退化而出現(xiàn)承載能力下降問題，圖2所示為典型的含有硫化氫介質(zhì)導(dǎo)致材料物性變化而發(fā)生的葉輪失效。所以，在葉輪強(qiáng)度設(shè)計(jì)過程中，需要充分考慮這些外部環(huán)境導(dǎo)致的材料物性變化分析進(jìn)行系統(tǒng)分析。

圖2 葉輪斷裂失效案例Fig.2 Typical fracture failure case of impeller

此外，影響承載能力的關(guān)鍵因素還包括葉輪實(shí)際加工的工藝手段，現(xiàn)階段大部分壓縮機(jī)葉輪采用焊接形式或整體銑制，個(gè)別因結(jié)構(gòu)尺寸限制會(huì)采用電火花、3D打印等特殊加工手段制造。無論是傳統(tǒng)加工方法的焊接、銑制，還是電火花、3D打印等新工藝，在加工完成后都不可避免地出現(xiàn)殘余應(yīng)力。通常情況下，可采用長時(shí)間靜置，高溫?zé)崽幚淼确绞结尫啪植康臍堄鄳?yīng)力，但實(shí)際產(chǎn)品加工總是會(huì)出現(xiàn)殘余應(yīng)力消除不完全，或焊后消應(yīng)力導(dǎo)致葉輪變形較大的情況，表現(xiàn)為應(yīng)力狀態(tài)周期不對稱或局部尺寸超差等典型的失諧問題。

1.3 分析方法合理有效

開展有效的葉輪強(qiáng)度設(shè)計(jì)分析，離不開強(qiáng)大的理論支撐和工具輔助。壓縮機(jī)乃至整個(gè)機(jī)械行業(yè)目前普遍接受和認(rèn)可的有限元方法（Finite Element Method）就是基于近代計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展而迅速成長并成熟的一種近似數(shù)值方法。

有限元方法本質(zhì)上就是一種建立數(shù)學(xué)模型的方法，將一個(gè)真實(shí)的工程物理模型和一個(gè)等效的可以進(jìn)行計(jì)算的模型對應(yīng)起來，這個(gè)數(shù)學(xué)模型包括了原結(jié)構(gòu)的幾何，材料，荷載，約束等數(shù)據(jù)。隨著商業(yè)有限元分析（FEA）軟件的普及，開展數(shù)值仿真的門檻似乎越來越低，但其中一個(gè)非常關(guān)鍵的問題是要區(qū)分“得到結(jié)果”和“得到正確的結(jié)果”是完全不同的兩個(gè)概念。針對實(shí)際工程進(jìn)行的仿真分析，需要專業(yè)的知識(shí)儲(chǔ)備和規(guī)范化的流程控制，需要結(jié)合具體的行業(yè)規(guī)范，在反復(fù)分析驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，確定合理的簡化策略和有限元建模方案，進(jìn)而借助高性能的軟硬件工具，最終實(shí)現(xiàn)對實(shí)際工程問題的有效模擬。

針對壓縮機(jī)葉輪的強(qiáng)度設(shè)計(jì)分析，如何確定分析方法的合理有效性，一直是工程師和專家學(xué)者們爭論的焦點(diǎn)之一。其中包括單元類型的選擇、網(wǎng)格質(zhì)量的控制、材料本構(gòu)關(guān)系的確定、載荷及約束條件的等效、接觸關(guān)系的設(shè)置、求解器的選擇、計(jì)算規(guī)模的權(quán)衡、多物理場耦合的必要性等方面，面對不同產(chǎn)品的不同設(shè)計(jì)要求，應(yīng)采用相對統(tǒng)一的仿真策略，明確誤差來源及其影響程度，必要時(shí)開展對應(yīng)的試驗(yàn)驗(yàn)證，對分析方法和模型設(shè)置進(jìn)行修正，從而滿足工程分析所強(qiáng)調(diào)的效率和精度要求。

2 葉輪健康運(yùn)維

目前工程上并沒有直接針對葉輪健康狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測并提供智能運(yùn)維策略的有效手段和措施。在壓縮機(jī)在線監(jiān)測及故障診斷領(lǐng)域廣泛采用的大多是傳統(tǒng)的振動(dòng)監(jiān)測，該方法受到多種因素的影響，實(shí)際監(jiān)測的振動(dòng)信號(hào)具有非線性、非平穩(wěn)、非高斯等特性；而且由于監(jiān)測條件的限制，測量誤差會(huì)造成噪聲干擾，同時(shí)工作環(huán)境也會(huì)對壓縮機(jī)產(chǎn)生隨機(jī)激勵(lì)，這些外部干擾會(huì)導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)具有很大隨機(jī)性；此外，壓縮機(jī)運(yùn)行周期長、測點(diǎn)種類多，不間斷的采集將產(chǎn)生大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)?；谌~輪健康狀態(tài)監(jiān)測的智能運(yùn)維策略定制開發(fā)是壓縮機(jī)長期安全可靠運(yùn)行不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和技術(shù)之一。

2.1 信號(hào)采集與識(shí)別

隨著目前計(jì)算機(jī)技術(shù)及信號(hào)處理技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)械系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測隨著大數(shù)據(jù)與人工智能的興起而發(fā)展迅速，正朝著高自動(dòng)化和高智能化的方向發(fā)展。近年來，德國西門子公司利用自主開發(fā)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型與框架，在燃機(jī)、風(fēng)機(jī)、數(shù)控機(jī)床和交通管理系統(tǒng)等領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械設(shè)備的自診斷、預(yù)測性維護(hù)以及優(yōu)化運(yùn)營。美國GE公司開發(fā)的Predix平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了對各類機(jī)器設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控，同步捕捉它們在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和管理，實(shí)現(xiàn)了對機(jī)器的實(shí)時(shí)監(jiān)測和健康管理，并且能夠智能化反饋預(yù)見性的維護(hù)策略。

壓縮機(jī)組振動(dòng)信號(hào)的主要特征具有復(fù)雜程度高、隨機(jī)性高、數(shù)據(jù)量大等基本特征，這些特征使得工程人員幾乎無法直接利用機(jī)組振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行葉輪故障的識(shí)別與診斷。另一方面，其他操作變量（如溫度和壓力）的時(shí)間序列測量信號(hào)也可能包含有用的信息。如何從這些海量數(shù)據(jù)中準(zhǔn)確提取可以描述葉輪健康狀況的主要特征是狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的一個(gè)主要難點(diǎn)。

2.2 故障診斷與健康運(yùn)維

目前針對壓縮機(jī)葉輪故障診斷的主要特點(diǎn)多以研究性質(zhì)為主，缺乏工程實(shí)用驗(yàn)證，以單一故障研究為主，缺少多故障耦合模式研究，以顯性故障診斷為主，缺少針對早期微弱故障的診斷識(shí)別研究，以故障診斷預(yù)警為主，缺少針對健康運(yùn)維的系統(tǒng)性研究。

單一故障診斷目前主要是依靠信號(hào)處理方法，其引發(fā)的振動(dòng)信號(hào)特征與其他干擾成分的頻譜容易區(qū)分。單一類型的故障診斷通常比較容易實(shí)現(xiàn)，但是往往很難工程化推廣使用，主要原因是其診斷精度不高、泛化能力和通用性不強(qiáng)。況且，由于故障的原因一般都不是單一類型的，特別是葉輪機(jī)械的故障一般都是多種故障因素耦合的結(jié)果。所以采用單一故障模式對機(jī)械裝備進(jìn)行診斷難免會(huì)造成漏判甚至誤判。

而早期微弱故障通常指處于早期階段的微弱故障和潛在故障，一般具有故障癥狀不明顯、特征信息微弱難以捕捉等特點(diǎn)；也有一些情況是故障雖然發(fā)展到中晚期，但故障特征被強(qiáng)噪聲淹沒，致使故障特征相對微弱，難以識(shí)別。這種早期微弱故障在葉輪故障中最為常見，葉輪發(fā)生微損傷或產(chǎn)生微裂紋，并未影響其功能性，對轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)的影響本身較弱，同時(shí)也很容易被其他噪聲信號(hào)淹沒，常規(guī)的信號(hào)處理和故障診斷手段很難發(fā)現(xiàn)并識(shí)別。

以葉輪故障診斷為基礎(chǔ)的壓縮機(jī)組智能健康運(yùn)維就是要充分考慮葉輪故障模式的非線性特點(diǎn)，從微弱故障信號(hào)和耦合故障信號(hào)中識(shí)別出于葉輪故障的類型和程度，對機(jī)組健康狀態(tài)進(jìn)行量化評估，并對機(jī)組運(yùn)行維護(hù)提出智能化建議。

故障診斷、運(yùn)行監(jiān)測、智能運(yùn)維，已經(jīng)成為葉輪機(jī)械中日趨重要的工具，以葉輪健康狀態(tài)為核心的故障診斷與智能監(jiān)測運(yùn)維可以有效防止壓縮機(jī)關(guān)鍵部件的突然失效、減少非計(jì)劃停機(jī)時(shí)間、減少維修費(fèi)用，同時(shí)提高整個(gè)機(jī)組的可靠性、運(yùn)行效果以及可維修性。隨著壓縮機(jī)裝備的大型化、復(fù)雜化、高速化、自動(dòng)化和智能化，針對性開發(fā)定制融合智能傳感網(wǎng)絡(luò)、智能診斷和智能決策的智能診斷專家平臺(tái)與遠(yuǎn)程運(yùn)維技術(shù)，是高端壓縮機(jī)裝備研發(fā)亟待解決和突破的技術(shù)障礙。

3 總結(jié)

離心壓縮機(jī)葉輪的安全可靠性要求對葉輪設(shè)計(jì)方法、材料工藝、加工制造、運(yùn)行維護(hù)等多方面提出了新的問題和挑戰(zhàn)。本文針對壓縮機(jī)葉輪從強(qiáng)度設(shè)計(jì)到健康運(yùn)維的全壽命周期進(jìn)行系統(tǒng)分析和梳理，總結(jié)各環(huán)節(jié)中影響長期安全可靠性的典型問題，探討其存在形式并提出針對性的應(yīng)對策略和技術(shù)需求，進(jìn)而為完整使役期限內(nèi)的壓縮機(jī)葉輪乃至整機(jī)安全可靠與健康運(yùn)行提供重要的技術(shù)支撐和參考。