乙烯壓縮機組轉子彎曲故障診斷

王胤龍，郭九梅，畢德龍，趙 海，郭 斌

（沈陽鼓風機集團有限公司，遼寧 沈陽 110869）

乙烯壓縮機是乙烯生產中的關鍵設備，由于乙烯壓縮機故障導致停產而引起的經濟損失可以數(shù)百萬元每天計，因此對出現(xiàn)的故障準確、及時做出判斷，并采取相應措施是必要的。

一、運行描述

某乙烯廠乙烯壓縮機工作轉速6 400r/min，臨界轉速3 700r/min，由汽輪機拖動，機組結構及測點如圖1所示。此壓縮機運行到檢修期，檢修后重新啟機，當轉速接近工作轉速時，由于出口壓力過高連鎖停機。排除儀表、壓縮機性能的原因后，確定是氣管路造成的。為了排查管路故障進行了數(shù)十次啟停機操作，最后通過改造管路解決了壓力過高連鎖停機的問題。壓縮機在工況下運行2h后，由于管路冷卻器故障導致再次停機，冷卻器修復后再次開機，過臨界時壓縮機低壓缸后軸承側（測點11、12） 振動幅值陡增至90μm以上連鎖停機。壓縮機檢修后在排除管路故障時，初始時期過臨界振動幅值15μm以下，后突增至60μm，但過臨界后振動幅值降至24μm，對壓縮機的正常運轉無影響，為了盡早投入生產，未采取任何措施，直至過臨界連鎖停機，不能再啟機。

二、故障分析

圖2a是壓縮機初期某次啟停機的Bode圖，圖2b是過臨界幅值增加到60μm后某次啟停機的Bode圖，對比兩圖可看出，振動幅值發(fā)生了明顯變化，停機曲線基本與啟機曲線重合。

圖1 機組結構及測點布置圖

圖2 低壓缸啟停機Bode圖

低壓缸振動幅值達到臨界轉速時的軸心軌跡和頻譜圖如圖3、圖4所示，后軸承測點11、12合成軸心軌跡接近橢圓，具有很好的重復性，頻率以一倍頻為主，幅值約40μm，且自始至終頻率都以一倍頻為主，幅值隨轉速增加而增大。

圖3 低壓缸前后軸軸心軌跡

圖4 低壓缸振動頻譜

由此認為壓縮機低壓缸轉子存在不平衡的跡象，由于短時期內啟停機次數(shù)頻繁，很有可能是轉子彎曲引起的。由彈性支撐的轉子不平衡響應曲線（圖5）可看出，轉子在過臨界時，阻尼越小，幅值越大；如果沒有阻尼，幅值無窮大?？梢娺^臨界的瞬時對轉子的影響很大，短時期內頻繁過臨界，轉子不斷處于彎曲、伸直狀態(tài)，使轉子產生塑性變形，發(fā)生彎曲。

圖5 轉子不平衡響應曲線

圖6 為壓縮機排除管路故障達到工作轉速后，連續(xù)運轉的啟停機Bode圖，可看出停機時轉子的臨界轉速比啟機時增大了約600r/min，隔離裕度變寬，停機時的振動幅值明顯增加，此外軸心軌跡為橢圓，頻率主要以一倍頻為主。

上述現(xiàn)象表明，低壓缸轉子的剛度發(fā)生了變化。由于此壓縮機工況時乙烯氣體的溫度為-120℃，使轉子溫度發(fā)生較大變化。轉子溫度下降會使轉子剛度增加，臨界轉速也會有少許增加，但臨界轉速增大600r/min是不可能的，這說明轉子發(fā)生了彎曲，從而使得停機振動幅值高出啟機很多，Bode圖停機與啟停機曲線不重合。由壓縮機最后一次啟停機的Bode圖（圖7） 可看出，隨著轉速增加，振動幅值也隨之增加，直至再次連鎖停機，這也是轉子不平衡的一個突出表現(xiàn)。

三、處理措施

鑒于以上分析，決定對壓縮機進行拆機檢查，轉子返廠打表，打表位置如圖8所示，發(fā)現(xiàn)a5、a6、a9在180°位置，a10、a4在90°位置有50～60μm的徑向跳動，轉子彎曲并不嚴重，通過高速平衡校正，重新安裝后，振動幅值低于20μm，運行良好。

四、總結

壓縮機頻繁啟停機是引起轉子彎曲故障的主要原因，頻繁過臨界、轉子溫度大幅度變化最終使轉子彎曲。目前關于離心壓縮機的標準（如API617）未對連續(xù)啟停機的時間間隔加以規(guī)定，因此壓縮機制造廠商或相關部門有必要對連續(xù)啟停機制定相關規(guī)范，以確保壓縮機安全順利運行。

圖6 低壓缸后期啟停機Bode圖

圖7 低壓缸最后一次啟機Bode圖

圖8 轉子打表位置圖

[1]馬雷.離心式壓縮機故障原因分析及處理措施 [J].風機技術，2007（1）.

[2]張韜，孟光.具有初始彎曲和剛度不對稱的轉子碰磨現(xiàn)象分析 [J].上海交通大學學報，2002 （6）.