白福慶 周暢

【摘 要】通過對上海石化煉油事業(yè)部D-4.93/28.4-87型新氫壓縮機電機超流問題進行原因分析，得出了壓縮機設(shè)計時必須充分考慮壓縮機飛輪和主電機轉(zhuǎn)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(zhuǎn)不均勻度的設(shè)計要求的解決問題方法，從而往復(fù)壓縮機軸系飛輪矩對壓縮機電機的穩(wěn)定運行有著至關(guān)重要的作用。

【關(guān)鍵詞】新氫壓縮機 電機超流 飛輪矩

1 引言

上海石化煉油事業(yè)部自1994年投產(chǎn)運行的上海壓縮機廠生產(chǎn)的D-4.93/28.4-87型新氫壓縮機（設(shè)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(xiàn)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(jīng)南陽電機分析，因原壓縮機主電機已經(jīng)運轉(zhuǎn)十多年，從經(jīng)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(chǎn)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(zhuǎn)要求。

新電機產(chǎn)成并完成現(xiàn)場安裝調(diào)試，壓縮機組投入運轉(zhuǎn)后，主電機經(jīng)常出現(xiàn)超流報警停機現(xiàn)象，嚴重影響了新氫壓縮機工藝生產(chǎn)要求，經(jīng)現(xiàn)場多次調(diào)試和整改依然沒有解決電機超流問題，后上海石化委托我公司協(xié)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(shù)參數(shù)

3 現(xiàn)運行參數(shù)滿足設(shè)計要求

受到上海石化的委托，我公司派專人負責，到上海石化D-4.93/28.4-87型新氫壓縮機現(xiàn)場實地考察機組情況，與用戶對現(xiàn)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(shù)均正常，在壓縮機設(shè)計參數(shù)范圍內(nèi)。

4 參數(shù)復(fù)算及原因分析

根據(jù)新氫壓縮機組設(shè)備資料參數(shù)和現(xiàn)場實際運行參數(shù)，對新氫壓縮機在現(xiàn)運行參數(shù)下進行熱力學和動力學復(fù)算，復(fù)算結(jié)果如表1和圖2所示。

往復(fù)活塞式壓縮機的工作原理是把曲軸旋轉(zhuǎn)運動變成活塞往復(fù)運動，壓縮機在旋轉(zhuǎn)運動過程中各列切向力作用在壓縮機曲軸上產(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)的不均勻會造成運動部件產(chǎn)生附加的動載荷，加重聯(lián)軸器負荷，引起電機電流波動和電網(wǎng)電壓波動，從而破壞了電網(wǎng)和電動機的正常運行。一般要求往復(fù)活塞式壓縮機旋轉(zhuǎn)不均勻度為1/80。

根據(jù)計算結(jié)果可以看出，新氫壓縮機在現(xiàn)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(xiàn)運轉(zhuǎn)工況下功率要求，不會出現(xiàn)因電機輸出功率不足而導致電機過載超流現(xiàn)象。

如表1所示，按1/80的旋轉(zhuǎn)不均勻度計算得，新氫壓縮機需要的最小飛輪矩為5.28t·m2。因往復(fù)活塞式壓縮機結(jié)構(gòu)特點，壓縮機飛輪矩主要是通過壓縮機飛輪和主電機轉(zhuǎn)子提供。南陽電機新生產(chǎn)的YAKK710-184型電機轉(zhuǎn)子能提供的飛輪矩為1.6 t·m2；現(xiàn)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(xiàn)有總飛輪矩為3.4 t·m2，遠小于壓縮機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)活塞式壓縮機旋轉(zhuǎn)角速度的波動，使壓縮機曲軸旋轉(zhuǎn)不均勻度滿足設(shè)計要求。壓縮機飛輪矩的大小是旋轉(zhuǎn)物體慣性大小的體現(xiàn)。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(fù)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(zhuǎn)速始終維持恒定，電機輸出扭矩恒定，使得壓縮機運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速均勻、平穩(wěn)。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(xiàn)像發(fā)生，因此壓縮機應(yīng)有足夠的飛輪矩來保證壓縮機和主電機的穩(wěn)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(wěn)定恒速運轉(zhuǎn)，不能滿足旋轉(zhuǎn)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(jīng)常出現(xiàn)超流現(xiàn)象。

5 電機超流問題解決方案

現(xiàn)場壓縮機和主電機基礎(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，與電機廠進行技術(shù)溝通，最終確認在電機轉(zhuǎn)子尾端增加平衡塊，來提供更多的附加飛輪矩，使壓縮機總飛輪矩達到5.5t·m2，滿足壓縮機運轉(zhuǎn)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(diào)試，經(jīng)現(xiàn)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(wěn)，未再出現(xiàn)電機超流現(xiàn)象，電機頻繁超流問題得到了解決。

6 結(jié)語

飛輪矩的大小，直接影響著壓縮機曲軸是否能穩(wěn)定運行。壓縮機設(shè)計時必須充分考慮壓縮機飛輪和主電機轉(zhuǎn)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(zhuǎn)不均勻度的設(shè)計要求。若飛輪矩設(shè)計不足，壓縮機組現(xiàn)場工藝運行容易出現(xiàn)機組運行不平穩(wěn)及電機超流問題，嚴重者甚至會出現(xiàn)機組振動和軸瓦燒研等嚴重后果。

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