案例丨某厂混合冷剂机组压缩机旋转失速问题分析
01 设备概述
该设备由电机(变频)—变速箱—压缩机组成,电机是由上海电气厂制造的高压正压型三相异步电动机,型号:YZKS1000-4,功率18300kw;齿轮箱及压缩机是由沈阳鼓风机集团生产制造,齿轮箱型号:86HSR,使用系数:1.6;齿轮箱振动高报门限:50.8μm,联锁门限:76.2μm。
压缩机型号:2BCL606,介质:混合冷剂,额定流量:2383.3Nm³/min,额定功率:15558kw,额定转速:8837rpm/min,进口温度:40℃,进口压力:0.38Mpa(A),出口压力:4.03Mpa(A)。压缩机振动高报门限:63.5μm,联锁门限:88.9μm。机组总貌图如(图1)
图1 机组总貌图
02 故障现象
该台套机组自2020年7月15日安装调试完成,启机后压缩机四通道随负荷调整一直存在波动,但振动幅值基本保持在35μm以下,查看波动时刻的波形频谱时发现存在少许0.38X及其附近频率的低频成分。
机组最近一次启机为2020年10月30日,此次启机后压缩机联端振动VE123通道振动幅值一直偏高,但保持在40μm以下, 2020年11月13日上午5:25—下午15:25该通道持续存在振动波动,振动幅值约由35μm波动至50μm,触发偏差报警门限,同时振动幅值相对较高接近报警门限,并且有继续恶化趋势。
03 故障分析
首先查看振动波动期间压缩机各通道GAP电压的变化情况(图3),发现在机组振动波动期间仪表GAP电压无明显异常波动,说明仪表无故障且振动数据真实有效。
调取振动波动最高处时刻波形频谱图(图4),发现波形存在周期性振荡,频率成分以1X为主,伴有一定较高幅值的0.13X及其附近低频成分,说明转子状态有些轻微失稳,转子可能受到气体力的作用,而且该作用呈现周期性变化。
结合轴心轨迹图(图5)发现在振动波动时刻机组轴心轨迹呈现发散状,说明转子涡动范围在扩大,但未见机组涡动方向的改变(正反进动交替)。
由于压缩机转子状态失稳怀疑是否会导致转子与密封或轴承等定子件间发生摩擦,查看1X相位随转速变化趋势(图6),发现1X相位基本保持不变。再结合压缩机轴承温度变化趋势(图7),未发现明显瓦温异常上涨趋势。
与现场负责人对接时了解到:机组设计工况分子量为28.67,而运行时气体分子量为31.241,存在一定偏差,并且压缩机四段出口管线现场能够听到巨大振动。(消防柜玻璃门已经有震颤迹象)。
从振动波动时刻压缩机各部振值随转速及压缩机一、二段入口流量变化趋势上看(图8),振动波动期间,转速由8200rpm变为8600rpm,流量也存在约10000Nm³/h左右的大范围波动;由此猜测此次压缩机振动波动与转速及负荷调整不当造成机组内部介质气体发生旋转失速有关。
04 诊断结论及建议
综合图谱特征及现场体现的迹象分析:机组出现了旋转失速(近喘振)类故障。
喘振现象的产生主要由于压缩机机组入口流量低于某一值(喘振流量),气体在叶轮流道内首先产生分离涡流;流量进一步减少,气体在叶轮流道内的分离涡流区进一步扩大,并形成严重的旋转脱离现象。
气体流道状态严重恶化,压缩机排气大幅度下降,这时管网气体会倒流至压缩机从致使压缩机机组的管网压力高于压缩机出口压力;导致气体倒流回机组,由于反复的气体脉动影响致使压缩机出现了“呼哧、呼哧”的声音,并伴随着机组振动值的上升或波动。
喘振不仅与叶轮流道中气体的旋转脱离有关,而且与管网特性有密切关系。管网容量越大,喘振的振幅越大,振频越低:管网容量越小,则喘振的振幅就小、喘振频率越高。
简而言之:该现象非常危险,会有损害机组的可能,因此我们要避免喘振现象的发生。
随后第一时间通知用户问题严重性,并告知处理方案,用户采纳我方建议:
(1)首先保证压缩机入口流量,稳定转速。并尽量保证气体组分满足设计工况。
(2)加大机组出口排气量和压力使得被“滞留”在机体内部的工艺气体尽快排出。
05 结论验证与故障处理
用户采纳我方给出的诊断处理意见,稳定负荷工况并加大四段出口排气量;随后机组振动重新回归平稳。(如图10)
一
撰写:王帅
审核:奚成春
编辑:嘉嘉