白福庆 周畅
（沈阳远大压缩机股份有限公司，辽宁沈阳 110027）
新氢压缩机电机超流原因分析及处理
白福庆周畅
（沈阳远大压缩机股份有限公司，辽宁沈阳110027）
通过对上海石化炼油事业部D-4.93/28.4-87型新氢压缩机电机超流问题进行原因分析，得出了压缩机设计时必须充分考虑压缩机飞轮和主电机转子能提供的总飞轮矩大小，保证在压缩机在各运行工况下切向力和综合扭矩变化条件下，飞轮矩都能满足压缩机旋转不均匀度的设计要求的解决问题方法，从而往复压缩机轴系飞轮矩对压缩机电机的稳定运行有着至关重要的作用。
新氢压缩机电机超流飞轮矩
1 引言
上海石化炼油事业部自1994年投产运行的上海压缩机厂生产的D-4.93/28.4-87型新氢压缩机（设备位号C-401A/B），至今已有十多年时间。期间压缩机主电机出现问题需要维修整改，上海石化委托南阳电机对主电机进行维修。经南阳电机分析，因原压缩机主电机已经运转十多年，从经济性及长期使用性上考虑，建议重新制作一台YAKK710-184型高压主电机，替换原佳木斯生产的YA450-18P型主电机，并保证新电机与原电机安装尺寸及功率一值，满足压缩机运转要求。
新电机产成并完成现场安装调试，压缩机组投入运转后，主电机经常出现超流报警停机现象，严重影响了新氢压缩机工艺生产要求，经现场多次调试和整改依然没有解决电机超流问题，后上海石化委托我公司协助对该机组电机超流问题进行原因分析。
2 新氢压缩机主要技术参数（表1）
3 现运行参数满足设计要求
受到上海石化的委托，我公司派专人负责，到上海石化D-4.93/ 28.4-87型新氢压缩机现场实地考察机组情况，与用户对现场情况进行了交流沟通，在主电机更换后，机组实际运行时各级压力、温度等参数均正常，在压缩机设计参数范围内（图1）。
图1 新氢压缩机现场照片
图2 C-401A/B新氢压缩机100%工况时曲轴综合扭矩图
表1 新氢压缩机主要技术参数
表2 C-401A/B机组100%工况运行参数复算结果
4 参数复算及原因分析
根据新氢压缩机组设备资料参数和现场实际运行参数，对新氢压缩机在现运行参数下进行热力学和动力学复算，复算结果如表1和图2所示。
往复活塞式压缩机的工作原理是把曲轴旋转运动变成活塞往复运动，压缩机在旋转运动过程中各列切向力作用在压缩机曲轴上产生旋转阻力矩，一个循环工作周期内，随着压缩机的吸排气压缩过程，旋转阻力矩的变化作用在曲轴上，表现为曲轴的综合扭矩波动，使压缩机曲轴产生旋转不均匀度。旋转不均匀度是指在一个工作循环周期内曲轴瞬时角速度的不均匀性。旋转的不均匀会造成运动部件产生附加的动载荷，加重联轴器负荷，引起电机电流波动和电网电压波动，从而破坏了电网和电动机的正常运行。一般要求往复活塞式压缩机旋转不均匀度为1/80。
根据计算结果可以看出，新氢压缩机在现运行工况下压缩机功轴率为350Kw，而压缩机主电机额定功率为450Kw，完全满足压缩机现运转工况下功率要求，不会出现因电机输出功率不足而导致电机过载超流现象。
如表1所示，按1/80的旋转不均匀度计算得，新氢压缩机需要的最小飞轮矩为5.28t·m2。因往复活塞式压缩机结构特点，压缩机飞轮矩主要是通过压缩机飞轮和主电机转子提供。南阳电机新生产的YAKK710-184型电机转子能提供的飞轮矩为1.6 t·m2；现场测量压缩机飞轮外径Φ1300mm，飞轮厚度210mm，计算得压缩机飞轮能提供的最大飞轮矩为1.8 t·m2，即新氢压缩机机组现有总飞轮矩为3.4 t·m2，远小于压缩机1/80旋转不均匀度要求的5.28 t·m2最小飞轮矩要求。
飞轮矩的作用就是像蓄能器一样能够贮存和释放能量，通过飞轮和电机转子旋转过程中储存的能量来缓冲往复活塞式压缩机旋转角速度的波动，使压缩机曲轴旋转不均匀度满足设计要求。压缩机飞轮矩的大小是旋转物体惯性大小的体现。当压缩机曲轴需要的扭矩小时，飞轮矩贮存动能；当需要的扭矩大时，飞轮矩释放动能，周而复始的进行能量贮存和释放，减少由于压缩机所受载荷及切向力变化而引起曲轴速度波动，保证了压缩机转速始终维持恒定，电机输出扭矩恒定，使得压缩机运转转速均匀、平稳。当飞轮矩过小，贮存的能量不足以为压缩机综合扭矩的变化提供能量时，会导致电机输出扭矩随着压缩机综合扭矩的波动而波动，进而引起电机频繁超流现像发生，因此压缩机应有足够的飞轮矩来保证压缩机和主电机的稳定运行。
综合以上原因分析，新氢压缩机电机超流问题的主要原因为压缩机飞轮矩过小，不足以储存足够的能量来保证压缩机稳定恒速运转，不能满足旋转不均匀度要求，引起电机输出扭矩波动较大，进而导致电机经常出现超流现象。
5 电机超流问题解决方案
现场压缩机和主电机基础地脚及管线等设备早已落成，现场基础限制无法通过增大飞轮尺寸来增加飞轮矩，与电机厂进行技术沟通，最终确认在电机转子尾端增加平衡块，来提供更多的附加飞轮矩，使压缩机总飞轮矩达到5.5t·m2，满足压缩机运转最小飞轮矩要求。
电机整改完成后重新进行机组主电机安装调试，经现场压缩机组一段时间的运行反馈，新氢压缩机主电机运行平稳，未再出现电机超流现象，电机频繁超流问题得到了解决。
6 结语
飞轮矩的大小，直接影响着压缩机曲轴是否能稳定运行。压缩机设计时必须充分考虑压缩机飞轮和主电机转子能提供的总飞轮矩大小，保证在压缩机在各运行工况下切向力和综合扭矩的变化，飞轮矩都能满足压缩机旋转不均匀度的设计要求。若飞轮矩设计不足，压缩机组现场工艺运行容易出现机组运行不平稳及电机超流问题，严重者甚至会出现机组振动和轴瓦烧研等严重后果。
［1］郁永章.容积式压缩机技术手册［M］.北京：机械工业出版社，2000. 308.
［2］郁永章.活塞式压缩机设计［M］.北京：机械工业出版社，1974.5.
［3］安定纲.往复压缩机技术问答［M］.北京：中国石化出版社，2005，（2）.
［4］美国石油学会API618标准.石油、化学和气体工艺设备用往复压缩机，5版［S］.
