往復(fù)式壓縮機(jī)十字頭及其活塞環(huán)故障分析與處理

劉亞勇(長煉機(jī)電達(dá)州分公司)

4M3.5 -10.77/35型空氣壓縮機(jī)為對稱平衡型往復(fù)式，四列四級壓縮，氣缸采用水冷卻系統(tǒng)強(qiáng)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(diǎn)。

1 設(shè)備參數(shù)及介紹

1.1 用途及其布置

本壓縮機(jī)為四列，水冷式、M型無油潤滑空氣壓縮機(jī)。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。

1.2 壓縮機(jī)十字頭

十字頭是連接活塞桿與連桿的運(yùn)動機(jī)件，在機(jī)身十字頭滑道內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動。十字頭的一端螺孔與活塞桿連接，活塞桿螺紋可調(diào)整活塞與氣缸蓋間死點(diǎn)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。

1.2.1 壓縮機(jī)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(gè)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(gè)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。本壓縮機(jī)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。

2 故障描述

2.1 活塞環(huán)故障

此壓縮機(jī)從2010年3月開機(jī)后，正常檢查各部件時(shí)發(fā)現(xiàn)活塞環(huán)磨損嚴(yán)重，按照機(jī)組隨機(jī)資料的標(biāo)準(zhǔn)更換活塞環(huán)后運(yùn)行一個(gè)月就出現(xiàn)活塞環(huán)損壞，支撐環(huán)屬于正常磨損的情況。最嚴(yán)重的是2011年7月出現(xiàn)汽缸缸體嚴(yán)重噪音，緊急停機(jī)后檢查1.2.4級汽缸磨損嚴(yán)重，各級活塞環(huán)嚴(yán)重磨損甚至斷裂后無殘留物，活塞有輕微拉傷，汽缸也拉毛。

2.2 十字頭故障

機(jī)組正常運(yùn)行巡檢檢查顯示壓縮機(jī)出入口壓力和溫度、流量，電機(jī)電流、定子溫度、主軸承溫度，壓縮機(jī)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。發(fā)現(xiàn)潤滑油油體發(fā)黑，決定對其做一次例行檢查，在機(jī)組停機(jī)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(yán)重磨損。其他部件未見明顯傷處。

3 故障檢查分析

3.1 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：

3.1.1 疲勞損傷。

3.1.2 偏向磨損。

3.1.3 活塞環(huán)與汽缸的肩脊相擊，造成斷裂。

3.1.4 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(qiáng)行與汽缸壁磨檫。

3.1.5 汽缸內(nèi)雜質(zhì)太多造成汽缸拉毛后對易損件活塞環(huán)有較強(qiáng)的磨損。

3.1.6 活塞環(huán)材質(zhì)不合適，自潤滑性差。

3.1.7 檢查活塞環(huán)斷面

把更換的活塞環(huán)全部比照，發(fā)現(xiàn)損壞活塞環(huán)的時(shí)間不具有規(guī)律性，判斷疲勞損傷的可能性不大。

3.1.8 檢查活塞與汽缸的同軸度

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(yán)重偏差。

3.1.9 檢查汽缸的肩脊

測量各部數(shù)據(jù)后，確定活塞在做往復(fù)運(yùn)動過程中間不會與肩脊相擊，造成斷裂。

3.1.1.0 檢查活塞環(huán)開口間隙

同型號同批次的活塞環(huán)裝入汽缸測量以后，開口間隙為2MM，經(jīng)過計(jì)算確認(rèn)活塞環(huán)開口間隙最小為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。

3.1.1.1 檢查汽缸氣流通道和緩沖罐

打開氣閥后發(fā)現(xiàn)流道內(nèi)壁、緩沖罐內(nèi)部有大量的鐵銹及含水雜質(zhì)，判斷對活塞環(huán)損壞，造成汽缸拉毛有直接關(guān)系。

3.1.1.2 檢查活塞環(huán)的材質(zhì)

通過詢問生產(chǎn)廠家后建議更換一種新型材質(zhì)的活塞環(huán)。

3.2 十字頭損壞檢查分析

由3.2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：

3.2.1 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(yán)重而受損。

3.2.2 有雜物或水介質(zhì)進(jìn)入潤滑油，造成潤滑不良。

3.2.3 十字頭與滑道間隙超標(biāo)，造成震動過大，十字頭磨損。

3.2.4 十字頭巴氏合金脫落

3.2.5 檢查瓦面與滑道接觸面

由于舊的十字頭3級已完全報(bào)廢，利用其它級數(shù)的十字頭進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)瓦面有輕微劃痕，打磨處理劃痕部位，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。

3.2.6 檢查潤滑油

此次十字頭損壞以后對潤滑油有嚴(yán)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。

3.2.7 檢查十字頭與滑道間隙

根據(jù)廠家提供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(shí)測其間隙全部在要求之內(nèi)。

3.2.8 檢查巴氏合金層

通過對十字頭進(jìn)行煤油滲透，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主要原因是巴氏合金層脫落。

4 故障處理

4.1 活塞環(huán)處理

更換新材質(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(biāo)準(zhǔn)和廠家說明書進(jìn)行檢查。

4.2 十字頭處理

4.2.1 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。

4.2.2 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。

4.2.3 檢查油管線及冷卻器，打壓合格后油運(yùn)。

5 結(jié)語

通過處理后試機(jī)故障消失，機(jī)組順利通過了100%負(fù)荷試車，現(xiàn)已投入運(yùn)行1個(gè)月左右，運(yùn)行參數(shù)全部正常。通過此次處理我們需要加強(qiáng)現(xiàn)場巡檢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理問題，把小問題及時(shí)消除，可以避免更大的事故。

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

[2]王福利.壓縮機(jī)組,中國石化出版社,2007年7月第一版.

[3]長煉鉗工檢修教材,2010年6月.