丙烯压缩机叶片破损剥落导致振动上涨故障分析

2025-09-23 12:30:54

1.机组信息

机组位号为：4230-C-001-I，制冷剂为丙烯（R-1270），型号为M555A，制造厂商为约克（中国）商贸有限公司。驱动机为凝汽式汽轮机，型号为NK32/45，制造厂商为杭州汽轮机股份有限公司。汽轮机采用独立油站，并配有高位油箱，压缩机润滑油系统独立于汽轮机润滑油站，润滑油在有压情况下工作，润滑油和大气无接触。压缩机排气端设计有带压油槽，无轴端密封，吸气端安装一套轴封，轴封为机械密封，压缩机腔体与润滑油腔体密封为A-4 汽封，密封气为丙烯气。机组由约克（中国）商贸有限公司负责成套。压缩机轴振动高报门限50um，高高报门限 60um（四取二联锁）。机组布置总貌图如下图所示：

图1 丙烯制冷压缩机总貌图

图2 制冷压缩机工艺流程图

2.故障现象

该套机组于2023年07月14日启机，运行至2024年7月30日21:21:50时，压缩机非联端两通道振动幅值突然出现上涨，幅值由之前运行时的35μm左右，短时间内（约3秒钟）经两次跳变上涨达到134.17μm，并引发振动联锁跳车。在停车过程中，压缩机非联端两通道幅值最大达到192.62μm。在此过程中，压缩机联端两通道幅值变化量相对较小，振动幅值由之前稳定运行时的10μm以下变化至30μm左右，停机过程中幅值最高达到42μm。

图3 停机过程中压缩机振动与转速变化趋势图

3.故障分析及结论

机组在正常运行过程中，压缩机非联端两通道振动突然出现了大幅跳变现象，为判断是压缩机自身问题还是机组整体的问题，首先查看了汽轮机各通道振动幅值。通过浏览汽轮机的相关图谱，在停机前和停机过程中，汽轮机各通道振动趋势始终较为平稳，且幅值相对较小，由此基本可以排除汽轮机方面的异常，判断问题主要出现在压缩机上。

图4 汽轮机停机期间振动趋势图

接下来就需要逐步判断压缩机振动跳变上涨的原因: 首先判断该振动幅值是否为真实数据，排除传感器信号异常或干扰导致压缩机振动异常。由下图（图5）可见，GAP电压趋势相对稳定，数值在其线性区间内，说明振动为机组真实幅值变化。

图5 压缩机GAP电压趋势图

然后查看分频趋势，1X幅值和通频值在趋势上变化基本上一致，说明振动异常变化的主要频率就是1X所致。另在振动异常上涨瞬间，转速未下降前，1X相位随振动同步发生变化，说明转子出现突变性不平衡。

图6 压缩机1X幅值及1X相位趋势图

进一步观察振动上涨时刻的波形频谱图，在32个周期的波形图中出现了幅值畸变的特征，波峰和波谷值在某一瞬间突然放大。跳变后波形变为光滑重复性良的好正弦波，工频幅值大幅上涨，此特征符合转子突发不平衡的故障特征。

图7 压缩机振动上涨瞬间及上涨后波形频谱图

再进一步查看压缩机两端轴心轨迹图，在振动上涨后，压缩机两端均呈椭圆形态，且非联端涡动范围很大，同样符合不平衡的故障特征。

图8 压缩机振动上涨时轴心轨迹图

4.故障现象总结：

1）压缩机振动异常突涨后主要体现以工频为主，1X相位存在同步变化

2）轴心轨迹变为椭圆形

分析结论：综合振动相关图谱特征，分析压缩机转子出现了突发不平类故障特征。推测导致此故障的原因可能为前端滤网、除沫网等破损进入压缩机的可能性较大，另外也不排除压缩机叶轮损伤断裂的问题。鉴于振动幅值相对较高，建议对压缩机前端滤网及压缩机进行拆解检查。

图9 异常停机后群内播报信息

但现场由于生产需要，在机组停机18分钟后再次启机，经过1阶暖机缓慢提速准备进入2阶暖机平台期间，转速在2378rpm时再次振动联锁跳车。再次与现场沟通，强烈建议在故障没有排除前不建议再次启机。

图10 压缩机异常停机后首次启机运行振动趋势图

图11 压缩机异常停机后首次停机瞬间波形频谱图

图12 压缩机异常停机后首次停机瞬间轴心轨迹图

随后现场又将联锁门限由原60μm上调至70μm，再次启机运行，当在2阶暖机10分钟后振动缓慢上涨，于4分钟后再次联锁跳机。

图13 压缩机异常停机后二次启机运行振动趋势图

图14 压缩机异常停机后二次停机瞬间波形频谱图

图15 压缩机异常停机后二次停机瞬间轴心轨迹图

由以上异常停机后的两次再次跳机，观察相应图谱，以及对比23年机组正常时暖机期间相位变化情况。进一步肯定转子出现不平衡，转子在超2300rpm以上就无法满足振动要求。建议检查前端滤网、除沫网等破损进入压缩机，或压缩机叶轮出现损伤剥落情况。

图16 第二次启机1200RPM暖机期间1X相位图

图17 第一次启机1200RPM暖机期间1X相位图

图18 23年振动正常时启机1200RPM暖机期间1X相位图

表1历次启机1200rpm暖机期间1X相位数据

5.故障验证及处理

由于两次重新启机均失败，现场不得不组织对压缩机进行拆解检查。拆解后发现压缩机二级叶轮叶片处存在较严重损伤剥落情况，其它级叶轮存在不同程度的轻微划伤。

图19 压缩机拆解后转子照片及过滤器照片

现场组织对该机组进行检查和抢修处理：

1）检查压缩机入口过滤器，未发现严重破损。

2）由于没有备件转子，为尽快恢复生产，将转子返制造厂后，在转子叶轮损伤对面（180°位置）加工掉质量相当的叶片。

3）并重新对转子进行低、高速动平衡。

图20 压缩机转子检修后照片

经过20天的抢修，机组于2024年8月24日机组检修完成后重新启机运行。由于采用破坏叶片的方法对叶轮进行处理，启机过程中转子振动始终不太稳定。后经过工艺缓慢调整后，机组才得以成功启机。稳定运行后，压缩机振值在46μm左右，幅值虽偏高，但评估转子平衡及气流扰动问题对机组的安全性影响较小，判断机组可以继续正常运行，至此缩机振动异常问题得到暂时解决。