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百萬元每天計，因此對出現的故障準確、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。可見過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，使轉子產生塑性變形，發生彎曲。

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。

上述現象表明，低壓缸轉子的剛度發生了變化。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。

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，發現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）未對連續啟停機的時間間隔加以規定，因此壓縮機制造廠商或相關部門有必要對連續啟停機制定相關規范，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象分析 [J].上海交通大學學報，2002 （6）.