往復式壓縮機十字頭及其活塞環(huán)故障分析與處理

薄丹丹等

摘 要：本文對往復式壓縮機運行中出現(xiàn)的十字頭及其活塞環(huán)磨損現(xiàn)象進行分析，并闡述如何處理磨損故障。

關鍵詞：往復式壓縮機；活塞環(huán)；十字頭；故障；分析；處理

1.壓縮機簡介

本壓縮機型號為4M3.5-10.77/35，是一臺對稱平衡型往復式空氣壓縮機，四列四級壓縮，將壓力由常壓提高到3.5MPa。布置方式為單層平面布置。氣缸采用水冷卻系統(tǒng)強制冷卻、壓力循環(huán)潤滑，各列氣缸水平布置于曲軸兩側(cè)，具有動平衡性好，操作檢修方便等優(yōu)點。其用途為一個小型污水處理廠提供壓縮空氣。

2.壓縮機十字頭及活塞環(huán)簡介

2.1 .壓縮機十字頭

十字頭是連接活塞桿與連桿的運動機件，在機身十字頭滑道內(nèi)作往復運動，具有導向作用。十字頭的一端螺孔與活塞桿連接，借活塞桿螺紋的連接深度可調(diào)整活塞與氣缸蓋間死點間隙的大小。兩側(cè)裝有十字頭銷的錐形孔，十字頭銷用螺釘鍵固定在十字頭上，并與連桿軸套互相配合。本壓縮機十字頭是由QT60-2制成，滑板澆鑄錫基軸承合金。

2.2. 壓縮機活塞環(huán)

活塞環(huán)是密封汽缸工作面和活塞間縫隙的零件，活塞環(huán)裝入汽缸后，活塞環(huán)的彈力使之產(chǎn)生一個對汽缸壁的壓緊力。氣體通過間隙產(chǎn)生節(jié)流，于是在活塞前后產(chǎn)生一個壓差，活塞環(huán)被推向環(huán)槽壓力低的一側(cè)，阻止了氣體沿環(huán)槽斷面的泄漏。作用在環(huán)內(nèi)表面的氣體壓力大于作用在環(huán)外表面的氣體的壓力。在壓力差的作用下，環(huán)被壓向汽缸工作表面，阻止了氣體沿著汽缸壁面泄漏。本壓縮機活塞環(huán)和支撐環(huán)均為無油潤滑原件，活塞環(huán)和支撐環(huán)采用賀爾碧格產(chǎn)品。

3 .活塞環(huán)及十字頭故障描述

3.1. 活塞環(huán)故障

此壓縮機從2010年3月開機后，前期開開停停無固定時限，曾經(jīng)因為壓力不合格檢修氣閥時，正常檢查各部件時發(fā)現(xiàn)活塞環(huán)磨損嚴重，后按照機組隨機資料的標準更換活塞環(huán)后運行不到一個月就出現(xiàn)活塞環(huán)損壞，但支撐環(huán)屬于正常磨損的情況。最嚴重的是在2011年7月出現(xiàn)汽缸缸體嚴重噪音，緊急停機后檢查1.2.4級汽缸，發(fā)現(xiàn)磨損嚴重，各級活塞環(huán)嚴重磨損甚至斷裂后無殘留物，活塞有輕微拉傷，汽缸也拉毛。

3.2. 十字頭故障

在機組正常運行情況下，檢查顯示壓縮機出入口壓力和溫度、流量，電機電流、定子溫度、主軸承溫度，壓縮機主軸承溫度、填料溫度，潤滑油油溫和油壓，冷卻水的水壓和水溫，噪聲和振動等數(shù)據(jù)正常，但發(fā)現(xiàn)潤滑油箱體油體發(fā)黑，決定對其做一次例行檢查，在機組停機后打開十字頭處視鏡發(fā)現(xiàn)1級、2級、4級十字頭處有些許金屬碎屑，而3級十字頭在滑道和十字頭中間有大片夾雜物，各級十字頭拆卸后，檢查發(fā)現(xiàn)1、2、4十字頭下瓦面的巴式合金面有部分磨損的現(xiàn)象，瓦面有較深的凹槽，3級十字頭巴氏合金嚴重磨損。其他部件未見明顯傷處。

4. 故障檢查分析

4.1. 活塞環(huán)磨損斷裂分析

造成活塞環(huán)磨損和斷裂的主要因素有：

（1）疲勞損傷。

（2）偏向磨損。

（3）活塞環(huán)與汽缸的肩脊相擊，造成斷裂。

（4）活塞環(huán)熱膨脹間隙不合適，在正常工作中受熱后無膨脹余地而強行與汽缸壁磨檫。

4.1.1.檢查活塞環(huán)斷面

把壓縮機運行三年以來更換的活塞環(huán)進行集中比照，參考各個損壞的活塞環(huán)運行時間段后，發(fā)現(xiàn)損壞活塞環(huán)的時間不具有一定的規(guī)律性，判斷疲勞損傷的可能性不大。

4.1.2. 檢查活塞與汽缸的同軸度

我們最簡單可行的方法是裝好活塞環(huán)和支撐環(huán)后，用塞尺檢查活塞與汽缸的圓周間隙，經(jīng)過檢查后發(fā)現(xiàn)圓周間隙基本都保持在2mm左右，無嚴重偏差。

4.1.3. 檢查汽缸的肩脊

通過在現(xiàn)場測量各部分數(shù)據(jù)后，確定活塞環(huán)在做往復運動過程中間不會與肩脊相擊，造成斷裂。

4.1.4. 檢查活塞環(huán)開口間隙

在把同型號同批次的活塞環(huán)裝入汽缸測量以后，發(fā)現(xiàn)活塞環(huán)的開口間隙只有2mm，經(jīng)過計算后確認活塞環(huán)開口間隙最小應該在6mm左右，判斷開口間隙小是造成活塞環(huán)磨損和斷裂的因素之一。

4.2. 十字頭損壞檢查分析

由 4.2十字頭故障現(xiàn)象分析，出現(xiàn)故障的原因在十字頭部，可能由下列因素造成：

（1）十字頭巴氏合金面與滑道接觸不良，造成十字頭局部受力，摩擦嚴重而受損。

（2）有雜物或水介質(zhì)進入潤滑油，造成潤滑不良。

（3）十字頭與滑道間隙超標，造成震動過大，十字頭磨損。

（4）十字頭巴氏合金脫落。

4.2.1. 檢查瓦面與滑道接觸面

由于舊的十字頭3級已完全報廢，利用其它級數(shù)的十字頭進行檢查發(fā)現(xiàn)瓦面有輕微劃痕，打磨處理了劃痕部位，使其與滑道配合，用著色法檢查其接觸面符合 70 %的安裝要求，排除瓦面與滑道接觸不良的因素。

4.2.2. 檢查潤滑油

由于此次十字頭損壞以后對潤滑油有嚴重的污染，潤滑油有大量雜質(zhì)，油體發(fā)黑，并且含有少量的水分。

4.2.3. 檢查十字頭與滑道間隙

根據(jù)廠家提供的資料，十字頭與滑道的允許間隙值為 0.145～0.248。把十字頭裝入滑道實測其間隙全部在要求之內(nèi)。

4.2.4 .檢查巴氏合金層

通過對其余三個比較好的十字頭進行煤油滲透后發(fā)現(xiàn)，在十字頭上發(fā)現(xiàn)不同程度的裂紋，用刮刀挑開后，巴氏合金會有一整塊掉落，判斷造成十字頭損壞的罪魁禍首主要是巴氏合金層脫落造成。

5. 故障處理

5.1.活塞環(huán)處理

更換廠家建議的新材質(zhì)活塞環(huán)，將開口間隙調(diào)整到6mm左右，按照中石化檢修標準和廠家說明書進行檢查。

5.2.十字頭處理

5.2.1.更換新的十字頭，先用著色法探傷檢查有無裂紋，尺寸規(guī)格和舊件一致。

5.2.2.用著色法檢查保證滑履瓦面與滑道接觸面積 70 %以上，使滑履瓦面與滑道上間隙在 0.18 mm左右，安裝合格。

5.2.3.檢查油管線及其冷卻器，打壓合格后進行油運。

6.結(jié)論與認識

通過以上處理后進行試機，故障消失，機組順利通過了 100 %負荷試車，現(xiàn)已投入工藝運行1個月左右，運行參數(shù)全部正常。通過以上現(xiàn)象分析及處理，我們認識到需要加強設備現(xiàn)場巡檢，及時消除小問題，可以避免大故障。

參考文獻：

[1] 沈陽遠大壓縮機制造有限公司.4M3.5-10.77/35型新空氣壓縮機使用說明書.

[2] 廖傳華，朱延風，柴本銀.設備檢修與維護 中國石化出版社，2008年7月第一版.

[3] 王福利 壓縮機組 中國石化出版社 2007年7月第一版.