1、設備概述
該丙烯制冷壓縮機組由汽輪機驅動壓縮機，壓縮機型號為3MCL403，壓縮介質為丙烯，額定流量為1340Nm3/min，額定功率為3528Kw，氣體進口溫度為-5°C,額定轉速為10017rpm，一階臨界轉速為5284rpm。
圖1 機組現場照片
2、故障現象
該丙烯機組于2020年3月6日期間單試汽輪機，四個通道振動幅值均保持在15μm左右，運行狀態良好。3月12日，汽輪機帶壓縮機聯合機械試車。低速暖機時，壓縮機四個通道振動幅值保持在10μm左右；通過臨界轉速區間時，共振幅值在20μm左右；達額定轉速后，四個通道振動幅值均在20μm以下，振動狀態較為良好。
但在未做任何工藝調整的情況下，壓縮機四個通道突然出現振值快速上漲的現象，約1秒鐘內壓縮機振動幅值最高時接近40μm。隨后有所降低，短時穩定在30μm；6分鐘后振值又突然降低至23μm左右，變化時間間隔在1秒鐘之內。穩定一段時間后機組停機，在停機過程通過臨界轉速區間時，共振響應幅值最高達到45μm，遠高于啟機時的臨界響應幅值（20μm）。
圖2 聯合試車時壓縮機振動趨勢圖
圖3停機過程壓縮機臨界響應幅值趨勢
3、故障分析
在轉速穩定情況下，壓縮機四個通道出現了兩次振動短時（1秒內）大幅跳變的現象，從分頻趨勢上看，幅值變化主要以1X幅值變化為主，兩次變化都表現為1X相位角度的明顯改變；通過前后對比，同轉速下變化后與突變前1X相位角度相差較大，表征轉子平衡性發生了改變。
圖4 壓縮機1X幅值趨勢圖
圖5 壓縮機1X相位趨勢圖
振動變化后的波形頻譜圖中，波形呈標準正弦波形態，重復性良好，頻率成分以1X為主導，表現為轉子不平衡的故障特征。
圖6 壓縮機波形頻譜圖
綜合振動相關圖譜分析，壓縮機在運轉過程中出現了轉子平衡性突變方面的問題。因機組處于機械試車階段，判斷導致此現象的原因可能為異物進入壓縮機后堵塞在葉輪上或轉子葉輪出現了損傷、斷裂，造成質量分布的不均勻，轉子所受離心力變大，導致振動變化。建議重點對壓縮機入口過濾器進行檢查，若濾網有破損現象則需對壓縮機拆解檢查。
用戶因現場其它原因未對過濾器濾網及機組做拆解檢查。于3月18日再次啟機試運行，此次啟機時，在低轉速下壓縮機各通道振動幅值與之前運行時相比均明顯升高，并最終因壓縮機臨界響應幅值過高，緊急拍停機組。
對比3月12日和18日兩次啟機過程中在低轉速及臨界響應區的1X幅值和1X相位，發現18日啟機時在同轉速下1X幅值和1X相位與12日相比均出現了明顯改變。證明在3月12日機組運行過程中，壓縮機轉子的平衡性確實發生了明顯改變。
表1：壓縮機啟機過程中不同轉速下的1X幅值和1X相位
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轉速/時間 |
1000r/min |
3000r/min |
4000r/min |
臨界轉速區間 |
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1X幅值 |
3月12日 |
5μm |
5μm |
8μm |
16μm |
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3月18日 |
5μm |
25μm |
42μm |
75μm |
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1X相位 |
3月12日 |
85° |
128° |
141° |
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3月18日 |
193° |
175° |
152° |
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圖7 3月18日啟機過程中壓縮機振動趨勢圖（第一次）
3月18日下午，用戶再次啟機嘗試運行，同樣表現為在低轉速下振動幅值就比較高，且振值隨轉速變化非常同步，說明轉子出現了比較嚴重的不平衡故障特征。通過電話和微信等方式多次給用戶預警不要沖臨界，避免機組再出現二次損傷，最終用戶決定停機拆解。
圖8 3月18日啟機過程中壓縮機振動趨勢圖（第二次）
4、故障驗證
拆解后，發現壓縮機首級葉輪及隔套等位置損傷嚴重，檢查發現是因一個螺栓進入了壓縮機里面，螺栓將高速旋轉的葉輪打傷，導致轉子出現了葉輪損傷、斷裂的情況，由此驗證診斷分析結論準確。
圖9 壓縮機葉輪損傷照片
