新氫壓縮機電機超流原因分析及處理

白福慶　周暢

（沈陽遠大壓縮機股份有限公司，遼寧沈陽　110027）

新氫壓縮機電機超流原因分析及處理

白福慶周暢

（沈陽遠大壓縮機股份有限公司，遼寧沈陽110027）

通過對上海石化煉油事業部D-4.93/28.4-87型新氫壓縮機電機超流問題進行原因分析，得出了壓縮機設計時必須充分考慮壓縮機飛輪和主電機轉子能提供的總飛輪矩大小，保證在壓縮機在各運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旋轉不均勻度的設計要求的解決問題方法，從而往復壓縮機軸系飛輪矩對壓縮機電機的穩定運行有著至關重要的作用。

新氫壓縮機電機超流飛輪矩

1　引言

上海石化煉油事業部自1994年投產運行的上海壓縮機廠生產的D-4.93/28.4-87型新氫壓縮機（設備位號C-401A/B），至今已有十多年時間。期間壓縮機主電機出現問題需要維修整改，上海石化委托南陽電機對主電機進行維修。經南陽電機分析，因原壓縮機主電機已經運轉十多年，從經濟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，替換原佳木斯生產的YA450-18P型主電機，并保證新電機與原電機安裝尺寸及功率一值，滿足壓縮機運轉要求。

新電機產成并完成現場安裝調試，壓縮機組投入運轉后，主電機經常出現超流報警停機現象，嚴重影響了新氫壓縮機工藝生產要求，經現場多次調試和整改依然沒有解決電機超流問題，后上海石化委托我公司協助對該機組電機超流問題進行原因分析。

2　新氫壓縮機主要技術參數（表1）

3　現運行參數滿足設計要求

受到上海石化的委托，我公司派專人負責，到上海石化D-4.93/ 28.4-87型新氫壓縮機現場實地考察機組情況，與用戶對現場情況進行了交流溝通，在主電機更換后，機組實際運行時各級壓力、溫度等參數均正常，在壓縮機設計參數范圍內（圖1）。

圖1　新氫壓縮機現場照片

圖2　C-401A/B新氫壓縮機100%工況時曲軸綜合扭矩圖

表1　新氫壓縮機主要技術參數

表2　C-401A/B機組100%工況運行參數復算結果

4　參數復算及原因分析

根據新氫壓縮機組設備資料參數和現場實際運行參數，對新氫壓縮機在現運行參數下進行熱力學和動力學復算，復算結果如表1和圖2所示。

往復活塞式壓縮機的工作原理是把曲軸旋轉運動變成活塞往復運動，壓縮機在旋轉運動過程中各列切向力作用在壓縮機曲軸上產生旋轉阻力矩，一個循環工作周期內，隨著壓縮機的吸排氣壓縮過程，旋轉阻力矩的變化作用在曲軸上，表現為曲軸的綜合扭矩波動，使壓縮機曲軸產生旋轉不均勻度。旋轉不均勻度是指在一個工作循環周期內曲軸瞬時角速度的不均勻性。旋轉的不均勻會造成運動部件產生附加的動載荷，加重聯軸器負荷，引起電機電流波動和電網電壓波動，從而破壞了電網和電動機的正常運行。一般要求往復活塞式壓縮機旋轉不均勻度為1/80。

根據計算結果可以看出，新氫壓縮機在現運行工況下壓縮機功軸率為350Kw，而壓縮機主電機額定功率為450Kw，完全滿足壓縮機現運轉工況下功率要求，不會出現因電機輸出功率不足而導致電機過載超流現象。

如表1所示，按1/80的旋轉不均勻度計算得，新氫壓縮機需要的最小飛輪矩為5.28t·m2。因往復活塞式壓縮機結構特點，壓縮機飛輪矩主要是通過壓縮機飛輪和主電機轉子提供。南陽電機新生產的YAKK710-184型電機轉子能提供的飛輪矩為1.6 t·m2；現場測量壓縮機飛輪外徑Φ1300mm，飛輪厚度210mm，計算得壓縮機飛輪能提供的最大飛輪矩為1.8 t·m2，即新氫壓縮機機組現有總飛輪矩為3.4 t·m2，遠小于壓縮機1/80旋轉不均勻度要求的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，通過飛輪和電機轉子旋轉過程中儲存的能量來緩沖往復活塞式壓縮機旋轉角速度的波動，使壓縮機曲軸旋轉不均勻度滿足設計要求。壓縮機飛輪矩的大小是旋轉物體慣性大小的體現。當壓縮機曲軸需要的扭矩小時，飛輪矩貯存動能；當需要的扭矩大時，飛輪矩釋放動能，周而復始的進行能量貯存和釋放，減少由于壓縮機所受載荷及切向力變化而引起曲軸速度波動，保證了壓縮機轉速始終維持恒定，電機輸出扭矩恒定，使得壓縮機運轉轉速均勻、平穩。當飛輪矩過小，貯存的能量不足以為壓縮機綜合扭矩的變化提供能量時，會導致電機輸出扭矩隨著壓縮機綜合扭矩的波動而波動，進而引起電機頻繁超流現像發生，因此壓縮機應有足夠的飛輪矩來保證壓縮機和主電機的穩定運行。

綜合以上原因分析，新氫壓縮機電機超流問題的主要原因為壓縮機飛輪矩過小，不足以儲存足夠的能量來保證壓縮機穩定恒速運轉，不能滿足旋轉不均勻度要求，引起電機輸出扭矩波動較大，進而導致電機經常出現超流現象。

5　電機超流問題解決方案

現場壓縮機和主電機基礎地腳及管線等設備早已落成，現場基礎限制無法通過增大飛輪尺寸來增加飛輪矩，與電機廠進行技術溝通，最終確認在電機轉子尾端增加平衡塊，來提供更多的附加飛輪矩，使壓縮機總飛輪矩達到5.5t·m2，滿足壓縮機運轉最小飛輪矩要求。

電機整改完成后重新進行機組主電機安裝調試，經現場壓縮機組一段時間的運行反饋，新氫壓縮機主電機運行平穩，未再出現電機超流現象，電機頻繁超流問題得到了解決。

6　結語

飛輪矩的大小，直接影響著壓縮機曲軸是否能穩定運行。壓縮機設計時必須充分考慮壓縮機飛輪和主電機轉子能提供的總飛輪矩大小，保證在壓縮機在各運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旋轉不均勻度的設計要求。若飛輪矩設計不足，壓縮機組現場工藝運行容易出現機組運行不平穩及電機超流問題，嚴重者甚至會出現機組振動和軸瓦燒研等嚴重后果。

［1］郁永章.容積式壓縮機技術手冊［M］.北京：機械工業出版社，2000. 308.

［2］郁永章.活塞式壓縮機設計［M］.北京：機械工業出版社，1974.5.

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

［4］美國石油學會API618標準.石油、化學和氣體工藝設備用往復壓縮機，5版［S］.