断叶片类案例：某厂丙烯制冷压缩机叶片损伤故障分析

1、设备概述

该丙烯制冷压缩机组由汽轮机驱动压缩机，压缩机型号为3MCL403，压缩介质为丙烯，额定流量为1340Nm3/min，额定功率为3528Kw，气体进口温度为-5°C,额定转速为10017rpm，一阶临界转速为5284rpm。

图1 机组现场照片

2、故障现象

该丙烯机组于2020年3月6日期间单试汽轮机，四个通道振动幅值均保持在15μm左右，运行状态良好。3月12日，汽轮机带压缩机联合机械试车。低速暖机时，压缩机四个通道振动幅值保持在10μm左右；通过临界转速区间时，共振幅值在20μm左右；达额定转速后，四个通道振动幅值均在20μm以下，振动状态较为良好。

但在未做任何工艺调整的情况下，压缩机四个通道突然出现振值快速上涨的现象，约1秒钟内压缩机振动幅值最高时接近40μm。随后有所降低，短时稳定在30μm；6分钟后振值又突然降低至23μm左右，变化时间间隔在1秒钟之内。稳定一段时间后机组停机，在停机过程通过临界转速区间时，共振响应幅值最高达到45μm，远高于启机时的临界响应幅值（20μm）。

图2 联合试车时压缩机振动趋势图

图3停机过程压缩机临界响应幅值趋势

3、故障分析

在转速稳定情况下，压缩机四个通道出现了两次振动短时（1秒内）大幅跳变的现象，从分频趋势上看，幅值变化主要以1X幅值变化为主，两次变化都表现为1X相位角度的明显改变；通过前后对比，同转速下变化后与突变前1X相位角度相差较大，表征转子平衡性发生了改变。

图4 压缩机1X幅值趋势图

图5 压缩机1X相位趋势图

振动变化后的波形频谱图中，波形呈标准正弦波形态，重复性良好，频率成分以1X为主导，表现为转子不平衡的故障特征。

图6 压缩机波形频谱图

综合振动相关图谱分析，压缩机在运转过程中出现了转子平衡性突变方面的问题。因机组处于机械试车阶段，判断导致此现象的原因可能为异物进入压缩机后堵塞在叶轮上或转子叶轮出现了损伤、断裂，造成质量分布的不均匀，转子所受离心力变大，导致振动变化。建议重点对压缩机入口过滤器进行检查，若滤网有破损现象则需对压缩机拆解检查。

用户因现场其它原因未对过滤器滤网及机组做拆解检查。于3月18日再次启机试运行，此次启机时，在低转速下压缩机各通道振动幅值与之前运行时相比均明显升高，并最终因压缩机临界响应幅值过高，紧急拍停机组。

对比3月12日和18日两次启机过程中在低转速及临界响应区的1X幅值和1X相位，发现18日启机时在同转速下1X幅值和1X相位与12日相比均出现了明显改变。证明在3月12日机组运行过程中，压缩机转子的平衡性确实发生了明显改变。

表1：压缩机启机过程中不同转速下的1X幅值和1X相位

图7  3月18日启机过程中压缩机振动趋势图（第一次）

3月18日下午，用户再次启机尝试运行，同样表现为在低转速下振动幅值就比较高，且振值随转速变化非常同步，说明转子出现了比较严重的不平衡故障特征。通过电话和微信等方式多次给用户预警不要冲临界，避免机组再出现二次损伤，最终用户决定停机拆解。

图8  3月18日启机过程中压缩机振动趋势图（第二次）

4、故障验证

拆解后，发现压缩机首级叶轮及隔套等位置损伤严重，检查发现是因一个螺栓进入了压缩机里面，螺栓将高速旋转的叶轮打伤，导致转子出现了叶轮损伤、断裂的情况，由此验证诊断分析结论准确。

图9 压缩机叶轮损伤照片