白福慶　周暢

（沈陽遠(yuǎn)大壓縮機(jī)股份有限公司，遼寧沈陽　110027）

新氫壓縮機(jī)電機(jī)超流原因分析及處理

白福慶周暢

（沈陽遠(yuǎn)大壓縮機(jī)股份有限公司，遼寧沈陽110027）

通過對上海石化煉油事業(yè)部D-4.93/28.4-87型新氫壓縮機(jī)電機(jī)超流問題進(jìn)行原因分析，得出了壓縮機(jī)設(shè)計時必須充分考慮壓縮機(jī)飛輪和主電機(jī)轉(zhuǎn)子能提供的總飛輪矩大小，保證在壓縮機(jī)在各運(yùn)行工況下切向力和綜合扭矩變化條件下，飛輪矩都能滿足壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)不均勻度的設(shè)計要求的解決問題方法，從而往復(fù)壓縮機(jī)軸系飛輪矩對壓縮機(jī)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行有著至關(guān)重要的作用。

新氫壓縮機(jī)電機(jī)超流飛輪矩

1　引言

上海石化煉油事業(yè)部自1994年投產(chǎn)運(yùn)行的上海壓縮機(jī)廠生產(chǎn)的D-4.93/28.4-87型新氫壓縮機(jī)（設(shè)備位號C-401A/B），至今已有十多年時間。期間壓縮機(jī)主電機(jī)出現(xiàn)問題需要維修整改，上海石化委托南陽電機(jī)對主電機(jī)進(jìn)行維修。經(jīng)南陽電機(jī)分析，因原壓縮機(jī)主電機(jī)已經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn)十多年，從經(jīng)濟(jì)性及長期使用性上考慮，建議重新制作一臺YAKK710-184型高壓主電機(jī)，替換原佳木斯生產(chǎn)的YA450-18P型主電機(jī)，并保證新電機(jī)與原電機(jī)安裝尺寸及功率一值，滿足壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)要求。

新電機(jī)產(chǎn)成并完成現(xiàn)場安裝調(diào)試，壓縮機(jī)組投入運(yùn)轉(zhuǎn)后，主電機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)超流報警停機(jī)現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了新氫壓縮機(jī)工藝生產(chǎn)要求，經(jīng)現(xiàn)場多次調(diào)試和整改依然沒有解決電機(jī)超流問題，后上海石化委托我公司協(xié)助對該機(jī)組電機(jī)超流問題進(jìn)行原因分析。

2　新氫壓縮機(jī)主要技術(shù)參數(shù)（表1）

3　現(xiàn)運(yùn)行參數(shù)滿足設(shè)計要求

受到上海石化的委托，我公司派專人負(fù)責(zé)，到上海石化D-4.93/ 28.4-87型新氫壓縮機(jī)現(xiàn)場實地考察機(jī)組情況，與用戶對現(xiàn)場情況進(jìn)行了交流溝通，在主電機(jī)更換后，機(jī)組實際運(yùn)行時各級壓力、溫度等參數(shù)均正常，在壓縮機(jī)設(shè)計參數(shù)范圍內(nèi)（圖1）。

圖1　新氫壓縮機(jī)現(xiàn)場照片

圖2　C-401A/B新氫壓縮機(jī)100%工況時曲軸綜合扭矩圖

表1　新氫壓縮機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

表2　C-401A/B機(jī)組100%工況運(yùn)行參數(shù)復(fù)算結(jié)果

4　參數(shù)復(fù)算及原因分析

根據(jù)新氫壓縮機(jī)組設(shè)備資料參數(shù)和現(xiàn)場實際運(yùn)行參數(shù)，對新氫壓縮機(jī)在現(xiàn)運(yùn)行參數(shù)下進(jìn)行熱力學(xué)和動力學(xué)復(fù)算，復(fù)算結(jié)果如表1和圖2所示。

往復(fù)活塞式壓縮機(jī)的工作原理是把曲軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變成活塞往復(fù)運(yùn)動，壓縮機(jī)在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動過程中各列切向力作用在壓縮機(jī)曲軸上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)阻力矩，一個循環(huán)工作周期內(nèi)，隨著壓縮機(jī)的吸排氣壓縮過程，旋轉(zhuǎn)阻力矩的變化作用在曲軸上，表現(xiàn)為曲軸的綜合扭矩波動，使壓縮機(jī)曲軸產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)不均勻度。旋轉(zhuǎn)不均勻度是指在一個工作循環(huán)周期內(nèi)曲軸瞬時角速度的不均勻性。旋轉(zhuǎn)的不均勻會造成運(yùn)動部件產(chǎn)生附加的動載荷，加重聯(lián)軸器負(fù)荷，引起電機(jī)電流波動和電網(wǎng)電壓波動，從而破壞了電網(wǎng)和電動機(jī)的正常運(yùn)行。一般要求往復(fù)活塞式壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)不均勻度為1/80。

根據(jù)計算結(jié)果可以看出，新氫壓縮機(jī)在現(xiàn)運(yùn)行工況下壓縮機(jī)功軸率為350Kw，而壓縮機(jī)主電機(jī)額定功率為450Kw，完全滿足壓縮機(jī)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)工況下功率要求，不會出現(xiàn)因電機(jī)輸出功率不足而導(dǎo)致電機(jī)過載超流現(xiàn)象。

如表1所示，按1/80的旋轉(zhuǎn)不均勻度計算得，新氫壓縮機(jī)需要的最小飛輪矩為5.28t·m2。因往復(fù)活塞式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，壓縮機(jī)飛輪矩主要是通過壓縮機(jī)飛輪和主電機(jī)轉(zhuǎn)子提供。南陽電機(jī)新生產(chǎn)的YAKK710-184型電機(jī)轉(zhuǎn)子能提供的飛輪矩為1.6 t·m2；現(xiàn)場測量壓縮機(jī)飛輪外徑Φ1300mm，飛輪厚度210mm，計算得壓縮機(jī)飛輪能提供的最大飛輪矩為1.8 t·m2，即新氫壓縮機(jī)機(jī)組現(xiàn)有總飛輪矩為3.4 t·m2，遠(yuǎn)小于壓縮機(jī)1/80旋轉(zhuǎn)不均勻度要求的5.28 t·m2最小飛輪矩要求。

飛輪矩的作用就是像蓄能器一樣能夠貯存和釋放能量，通過飛輪和電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中儲存的能量來緩沖往復(fù)活塞式壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)角速度的波動，使壓縮機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)不均勻度滿足設(shè)計要求。壓縮機(jī)飛輪矩的大小是旋轉(zhuǎn)物體慣性大小的體現(xiàn)。當(dāng)壓縮機(jī)曲軸需要的扭矩小時，飛輪矩貯存動能；當(dāng)需要的扭矩大時，飛輪矩釋放動能，周而復(fù)始的進(jìn)行能量貯存和釋放，減少由于壓縮機(jī)所受載荷及切向力變化而引起曲軸速度波動，保證了壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速始終維持恒定，電機(jī)輸出扭矩恒定，使得壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速均勻、平穩(wěn)。當(dāng)飛輪矩過小，貯存的能量不足以為壓縮機(jī)綜合扭矩的變化提供能量時，會導(dǎo)致電機(jī)輸出扭矩隨著壓縮機(jī)綜合扭矩的波動而波動，進(jìn)而引起電機(jī)頻繁超流現(xiàn)像發(fā)生，因此壓縮機(jī)應(yīng)有足夠的飛輪矩來保證壓縮機(jī)和主電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。

綜合以上原因分析，新氫壓縮機(jī)電機(jī)超流問題的主要原因為壓縮機(jī)飛輪矩過小，不足以儲存足夠的能量來保證壓縮機(jī)穩(wěn)定恒速運(yùn)轉(zhuǎn)，不能滿足旋轉(zhuǎn)不均勻度要求，引起電機(jī)輸出扭矩波動較大，進(jìn)而導(dǎo)致電機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)超流現(xiàn)象。

5　電機(jī)超流問題解決方案

現(xiàn)場壓縮機(jī)和主電機(jī)基礎(chǔ)地腳及管線等設(shè)備早已落成，現(xiàn)場基礎(chǔ)限制無法通過增大飛輪尺寸來增加飛輪矩，與電機(jī)廠進(jìn)行技術(shù)溝通，最終確認(rèn)在電機(jī)轉(zhuǎn)子尾端增加平衡塊，來提供更多的附加飛輪矩，使壓縮機(jī)總飛輪矩達(dá)到5.5t·m2，滿足壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)最小飛輪矩要求。

電機(jī)整改完成后重新進(jìn)行機(jī)組主電機(jī)安裝調(diào)試，經(jīng)現(xiàn)場壓縮機(jī)組一段時間的運(yùn)行反饋，新氫壓縮機(jī)主電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，未再出現(xiàn)電機(jī)超流現(xiàn)象，電機(jī)頻繁超流問題得到了解決。

6　結(jié)語

飛輪矩的大小，直接影響著壓縮機(jī)曲軸是否能穩(wěn)定運(yùn)行。壓縮機(jī)設(shè)計時必須充分考慮壓縮機(jī)飛輪和主電機(jī)轉(zhuǎn)子能提供的總飛輪矩大小，保證在壓縮機(jī)在各運(yùn)行工況下切向力和綜合扭矩的變化，飛輪矩都能滿足壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)不均勻度的設(shè)計要求。若飛輪矩設(shè)計不足，壓縮機(jī)組現(xiàn)場工藝運(yùn)行容易出現(xiàn)機(jī)組運(yùn)行不平穩(wěn)及電機(jī)超流問題，嚴(yán)重者甚至?xí)霈F(xiàn)機(jī)組振動和軸瓦燒研等嚴(yán)重后果。

［1］郁永章.容積式壓縮機(jī)技術(shù)手冊［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000. 308.

［2］郁永章.活塞式壓縮機(jī)設(shè)計［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1974.5.

［3］安定綱.往復(fù)壓縮機(jī)技術(shù)問答［M］.北京：中國石化出版社，2005，（2）.

［4］美國石油學(xué)會API618標(biāo)準(zhǔn).石油、化學(xué)和氣體工藝設(shè)備用往復(fù)壓縮機(jī)，5版［S］.