某乙烯厂乙烯压缩机工作转速6400r/min,临界转速3700r/min,由汽轮机拖动,机组结构及测点如图1所示。此压缩机运行到检修期,检修后重新启机,当转速接近工作转速时,由于出口压力过高连锁停机。排除仪表,压缩机性能的原因后,确定是气管路造成的。为了排查管路故障进行了数十次启停机操作,*后通过改造管路解决了压力过高连锁停机的问题。压缩机在工况下运行2h后,由于管路冷却器故障导致再次停机,冷却器修复后再次开机,过临界时压缩机低压缸后轴承侧(测点11,12)振动幅值陡增至90μm以上连锁停机。压缩机检修后在排除管路故障时,初始时期过临界振动幅值15μm以下,后突增至60μm,但过临界后振动幅值降至24μm,对压缩机的正常运转无影响,为了尽早投入生产,未采取任何措施,直至过临界连锁停机,不能再启机。
二,故障分析
是压缩机初期某次启停机的Bode图,是过临界幅值增加到60μm后某次启停机的Bode,对比两图可看出,振动幅值发生了明显变化,停机曲线基本与启机曲线重合。
低压缸振动幅值达到临界转速时的轴心轨迹和频谱图,后轴承测点11,12合成轴心轨迹接近椭圆,具有很好的重复性,频率以一倍频为主,幅值约40μm,且自始至终频率都以一倍频为主,幅值随转速增加而增大。
增大600r/min是不可能的,这说明转子发生了弯曲,从而使得停机振动幅值高出启机很多,Bode图停机与启停机曲线不重合。由压缩机*后一次启停机的Bod可看出,随着转速增加,振动幅值也随之增加,直至再次连锁停机,这也是转子不平衡的一个突出表现。
由弹性支撑的转子不平衡响应曲线可看出,转子在过临界时,阻尼越小,幅值越大;如果没有阻尼,幅值无穷大。可见过临界的瞬时对转子的影响很大,短时期内频繁过临界,转子不断处于弯曲,伸直状态,使转子产生塑性变形,发生弯曲。
压缩机排除管路故障达到工作转速后,连续运转的启停机Bode图,可看出停机时转子的临界转速比启机时增大了约600r/min,隔离裕度变宽,停机时的振动幅值明显增加,此外轴心轨迹为椭圆,频率主要以一倍频为主。
上述现象表明,低压缸转子的刚度发生了变化。由于此压缩机工况时乙烯气体的温度为-120℃,使转子温度发生较大变化。转子温度下降会使转子刚度增加,临界转速也会有少许增加,但临界转速增大600r/min是不可能的,这说明转子发生了弯曲,从而使得停机振动幅值高出启机很多,Bode图停机与启停机曲线不重合。由压缩机*后一次启停机的Bode可看出,随着转速增加,振动幅值也随之增加,直至再次连锁停机,这也是转子不平衡的一个突出表现。
三,处理措施
鉴于以上分析,决定对压缩机进行拆机检查,转子返厂打表,打表位置,发现a5,a6,a9在180°位置,a10,a4在90°位置有50~60μm的径向跳动,转子弯曲并不严重,通过高速平衡校正,重新安装后,振动幅值低于20μm,运行良好。
四,总结
压缩机频繁启停机是引起转子弯曲故障的主要原因,频繁过临界,转子温度大幅度变化*终使转子弯曲。目前关于离心压缩机的标准未对连续启停机的时间间隔加以规定,因此压缩机制造厂商或相关部门有必要对连续启停机制定相关规范,以确保压缩机安全顺利运行。