增壓機(jī)活塞銷(xiāo)的改進(jìn)與研究

魯立強(qiáng)

(中國(guó)石油集團(tuán)長(zhǎng)城鉆探工程有限公司，北京100101)

?

增壓機(jī)活塞銷(xiāo)的改進(jìn)與研究

魯立強(qiáng)

(中國(guó)石油集團(tuán)長(zhǎng)城鉆探工程有限公司，北京100101)

摘要：主要介紹了壓縮機(jī)的工作原理及現(xiàn)場(chǎng)使用的8T-903-82B颶風(fēng)增壓機(jī)故障情況，分析了設(shè)備損壞等原因，對(duì)半浮式活塞銷(xiāo)的連接方式進(jìn)行改進(jìn)，提高設(shè)備的使用壽命。實(shí)踐證明該方法解決了活塞銷(xiāo)帶來(lái)的設(shè)備故障等問(wèn)題。

關(guān)鍵詞:壓縮機(jī)增壓機(jī)半浮式活塞銷(xiāo)

0引言

隨著石油鉆探技術(shù)的提高，欠平衡空氣鉆井技術(shù)也逐漸在油田的后續(xù)開(kāi)發(fā)中推廣應(yīng)用。壓縮機(jī)是空氣鉆井中必需的設(shè)備，它是用于壓縮氣體介質(zhì)，提高氣體壓力能的通用機(jī)械。壓縮機(jī)按工作方式可分為往復(fù)式、離心式和回轉(zhuǎn)式3種基本類(lèi)型。往復(fù)式壓縮機(jī)具有輸出壓力范圍廣泛、造價(jià)適中、能耗低、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)[1]。

在油田鉆井領(lǐng)域，壓縮機(jī)應(yīng)用極為廣泛，其中增壓機(jī)一般為多級(jí)活塞式結(jié)構(gòu)(往復(fù)式)。目前公司使用的颶風(fēng)增壓機(jī)為往復(fù)式壓縮機(jī)，主要是對(duì)低壓空氣壓縮機(jī)輸出的空氣進(jìn)一步增壓，以滿足鉆井需要的壓力，是維系空氣泡沫鉆井和充氣泥漿鉆井正常循環(huán)攜砂的關(guān)鍵設(shè)備。在鉆井現(xiàn)場(chǎng)往往會(huì)因?yàn)樵鰤簷C(jī)活塞銷(xiāo)斷裂影響運(yùn)轉(zhuǎn)，耽誤生產(chǎn)。本文針對(duì)增壓器段活塞銷(xiāo)斷裂問(wèn)題進(jìn)行了分析研究，并進(jìn)行了改進(jìn)，解決了活塞銷(xiāo)斷裂問(wèn)題，保證了設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

1增壓機(jī)工作原理與結(jié)構(gòu)

往復(fù)式壓縮機(jī)是依靠活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)氣體的壓縮，達(dá)到提高氣體壓力的目的。如圖1，壓縮機(jī)曲軸帶動(dòng)曲拐上的連桿運(yùn)動(dòng)，連桿帶動(dòng)十字頭滑塊和與滑塊上部相連的活塞桿和活塞隨著曲軸的選擇在氣缸上下兩個(gè)端點(diǎn)之間做往復(fù)移動(dòng)，這兩個(gè)端點(diǎn)稱為“止點(diǎn)”?；钊趦蓚€(gè)止點(diǎn)之間移動(dòng)的距離稱為活塞的沖程或行程。只在活塞一側(cè)進(jìn)行膨脹、進(jìn)氣、壓縮和排氣4個(gè)過(guò)程的為單作用式；在活塞兩側(cè)進(jìn)行膨脹、進(jìn)氣、壓縮和排氣的為雙作用式[2]。

1.曲軸；2.連桿；3.十字頭；4.活塞桿；5.氣缸；6.吸氣閥；7.活塞；8.排氣閥。圖1　往復(fù)式壓縮機(jī)動(dòng)作原理

圖2是壓縮機(jī)實(shí)際工作循環(huán)圖，圖中P1、P2分別為氣缸的名義吸氣和排氣壓力；Vh為氣缸的工作容積；1-4分別代表工作循環(huán)的4個(gè)端點(diǎn)。

圖2　壓縮機(jī)實(shí)際工作循環(huán)圖

壓縮機(jī)工作過(guò)程包括膨脹過(guò)程、吸氣過(guò)程、壓縮過(guò)程、排氣過(guò)程，完成對(duì)氣體的再次增壓。目前公司使用的颶風(fēng)增壓機(jī)增壓器部分是由康明斯903發(fā)動(dòng)機(jī)改造而來(lái)，是一種V型往復(fù)式壓縮機(jī)[3]。

2增壓機(jī)活塞銷(xiāo)損壞情況及原因分析

在肯尼亞項(xiàng)目鉆井施工中，部分增壓機(jī)出現(xiàn)了機(jī)油壓力降低的情況，同時(shí)有一臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)機(jī)械故障，增壓器靠近風(fēng)扇端右排的一級(jí) 1#缸活塞破裂，缸套出現(xiàn)裂紋，活塞銷(xiāo)、活塞銷(xiāo)襯套磨損較嚴(yán)重，滾針軸承損壞。

通過(guò)對(duì)損壞增壓機(jī)的分析判斷，有以下3種原因可能導(dǎo)致此設(shè)備故障：

1)壓縮氣缸內(nèi)活塞環(huán)斷裂，造成“咬缸”，致使小活塞與大活塞連接處拉裂(為便于描述，壓縮缸的活塞氣缸稱為小活塞小缸套，增壓器活塞缸套稱為大活塞大缸套)。但是根據(jù)拆檢后觀察小缸套內(nèi)壁磨損情況進(jìn)行分析，如果壓縮缸發(fā)生“咬缸”，缸套內(nèi)壁應(yīng)該會(huì)出現(xiàn)很深的劃痕，缸套情況如圖3所示。

由圖3可以看出，小缸套內(nèi)壁比較光滑，無(wú)明顯的拉缸咬缸的痕跡，因此，可排除此種“咬缸”說(shuō)法。

2)小活塞與大活塞連接處的連接螺絲松動(dòng)，小活塞與大活塞連接處有間隙，設(shè)備工作運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不斷的沖擊磨損，將大活塞越磨越薄，最后致小活塞與大活塞分離。大活塞與小活塞連接處螺絲情況如圖4所示。

由圖3可以看出，螺帽鎖片無(wú)變形和損壞，說(shuō)明螺帽沒(méi)發(fā)生松扣現(xiàn)象，因此排除此種可能。

3)連桿小頭處螺絲剪斷，固定連桿小頭、活塞銷(xiāo)、活塞銷(xiāo)襯套三者的螺絲使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，安裝扭矩不足或強(qiáng)度不夠松動(dòng)，致使剪斷(圖5)。由于螺絲剪斷后造成活塞銷(xiāo)和活塞銷(xiāo)襯套產(chǎn)生一定的旋轉(zhuǎn)位移，致使去往活塞銷(xiāo)、活塞銷(xiāo)滾針軸承的油道封堵。兩只活塞銷(xiāo)滾針軸承長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有潤(rùn)滑，干摩擦損壞散架，掉落在大缸套內(nèi)發(fā)生拉缸，造成后來(lái)一系列的損壞[4-6]。

圖5　固定連桿小頭、活塞銷(xiāo)、活塞銷(xiāo)襯套三者的螺絲被剪斷

3解決措施及使用效果

3.1解決措施

通過(guò)上述對(duì)比分析，設(shè)備故障主要是由于活塞銷(xiāo)及襯套的鏈接方式造成，所以應(yīng)改變活塞銷(xiāo)及襯套連接結(jié)構(gòu)。原來(lái)的活塞銷(xiāo)襯套和活塞的相對(duì)位置是固定的，連桿的擺動(dòng)依靠活塞銷(xiāo)兩端的滾針軸承完成。現(xiàn)將半浮式活塞銷(xiāo)更換為全浮式活塞銷(xiāo)，全浮式活塞銷(xiāo)沒(méi)有兩端的滾針軸承，避免了由于潤(rùn)滑不暢導(dǎo)致滾針軸承損壞，從而引起的一系列設(shè)備故障?；钊N(xiāo)襯套改為內(nèi)側(cè)面有油道凹槽的，如圖6所示。新活塞銷(xiāo)不再和襯套固定在一起，活塞銷(xiāo)和襯套直接可以相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，不影響潤(rùn)滑油的流通，保證了任何時(shí)候活塞銷(xiāo)和襯套都能充分潤(rùn)滑[7-8]。

在組裝過(guò)程中，采用冷裝和熱裝相結(jié)合的方式，保證了活塞銷(xiāo)襯套與連桿小頭的緊固，同時(shí)對(duì)襯套內(nèi)壁進(jìn)行研磨，保證活塞銷(xiāo)與襯套之間的間隙適中，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

圖6　新舊活塞銷(xiāo)及襯套對(duì)比圖

3.2使用效果

增壓機(jī)活塞銷(xiāo)及襯套在改進(jìn)后，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，性能良好，活塞銷(xiāo)的壽命明顯改善，目前已累計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)7 000多小時(shí)，沒(méi)有出現(xiàn)任何故障，達(dá)到了設(shè)備預(yù)期。

4結(jié)束語(yǔ)

8T-903-82B增壓機(jī)是2001年美國(guó)Hurricane公司生產(chǎn)，增壓器端是由康明斯903發(fā)動(dòng)機(jī)改造，早期活塞銷(xiāo)都是半浮式滾針軸承方式，由于該方式存在一定的設(shè)計(jì)缺陷，導(dǎo)致設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中出現(xiàn)各種故障，甚至出現(xiàn)頂缸等大事故。因此，準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并找到解決問(wèn)題的辦法是關(guān)鍵。事實(shí)證明，活塞銷(xiāo)由半浮式改為全浮式是可行的，能夠預(yù)防設(shè)備故障的出現(xiàn)，提高設(shè)備的完好率。

參考文獻(xiàn)

[1]鄧志安，趙會(huì)軍，姬忠禮，等. 泵和壓縮機(jī)[M]. 北京：石油工業(yè)出版社，2008.

[2]郁永章. 活塞式壓縮機(jī)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1982：124-126.

[3]李群山，李傳華，單正明，等.利用空氣干燥裝置提高增壓機(jī)二級(jí)氣閥壽命[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械，2008,37(7)：72-75.

[4]高晶波，徐敏強(qiáng)，張嘉鐘．2D12型往復(fù)式壓縮機(jī)氣閥故障診斷的時(shí)頻分析方法[J]．化工機(jī)械，2003，30(3)：140-142.

[5]余良儉. 往復(fù)壓縮機(jī)故障診斷技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].流體機(jī)械, 2014,42(1): 36-38.

[6]徐曉東. 淺議往復(fù)式壓縮機(jī)的故障的診斷技術(shù)[J].科技與企業(yè)，2012(10)278-279.

[7]劉衛(wèi)華, 郁永章. 往復(fù)壓縮機(jī)故障示功圖診斷法研究[J]．壓縮機(jī)技術(shù)，2001(6)9-12.

[8]王金東，趙海洋，于慶江．基于支持向量機(jī)的往復(fù)壓縮機(jī)氣缸活塞系統(tǒng)故障診斷技術(shù)[J]．流體機(jī)械，2006，34(7)：43-46.

Improvement research on the piston pin of booster

LU Liqiang

Abstract:This paper mainly introduces the principle of booster compressor, and the failure situations of 8T-903-82B hurricane booster in operation, analyzes why the equipment is damaged. Based on the analysis, the connection of semi-floating piston pin is improved, so that the service life of the equipment is increased. It is proved in real application that the fault caused by piston pin is solved.

Keywords:compressor; booster; semi-floating piston pin

收稿日期：2015-08-25

作者簡(jiǎn)介：魯立強(qiáng)(1980-)，男，山東鄆城人，漢族，2007年獲得中國(guó)石油大學(xué)(北京)碩士研究生學(xué)位，中級(jí)工程師，主要從事欠平衡鉆井技術(shù)研究與項(xiàng)目管理等工作。

中圖分類(lèi)號(hào)：Tp

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1002-6886(2016)01-0089-03