往復(fù)式壓縮機(jī)軸瓦燒研問題的解決方案

張士永 袁清璽 陳輝

摘 要：闡述往復(fù)式活塞壓縮機(jī)工作原理，對影響軸瓦工作的因素進(jìn)行分析，并提出軸瓦磨損嚴(yán)重的問題提出相應(yīng)的解決方案。

關(guān)鍵詞：往復(fù)式壓縮機(jī);軸瓦;活塞;輕質(zhì)化;改造

中圖分類號(hào)：TH457 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）09-0053-02

0 引言

往復(fù)式壓縮機(jī)是由活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)來完成氣體的壓縮。在氣體的壓縮過程中，主軸瓦及大頭瓦分別起到支承曲軸和連接曲軸與連桿并傳遞力的作用，而活塞部件的重量影響著整體的往復(fù)慣性力，也影響著綜合活塞力，即軸瓦的比壓也會(huì)改變，過大的軸瓦比壓會(huì)使軸瓦的磨損速度急速增加。

1 活塞部件設(shè)計(jì)的基本原理

活塞與氣缸內(nèi)壁及氣缸蓋構(gòu)成容積可變的工作腔，在氣缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)氣體的壓縮。在活塞初步設(shè)計(jì)時(shí)既要保證活塞體的強(qiáng)度也要考慮整體的往復(fù)慣性力，綜合活塞力及軸瓦的比壓等等。

2 大頭瓦及主軸瓦燒研問題的分析及解決方案

某伴生氣壓縮機(jī)機(jī)組，其中B機(jī)組經(jīng)常發(fā)生大頭瓦及主軸瓦燒研故障。根據(jù)現(xiàn)場情況及用戶提供的相應(yīng)資料初步分析，連桿大頭瓦表面受到交替變化載荷作用，使軸承表面產(chǎn)生往復(fù)作用的拉應(yīng)力、壓應(yīng)力和剪切應(yīng)力，最后形成疲勞破壞。經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行，軸瓦表面鍍層脫落，漏出底部合金層。

由于曲軸主軸頸變形（圓錐形）或機(jī)身主軸承孔變形，導(dǎo)致曲軸與一側(cè)先接觸，接觸的一邊承受了絕大部分的載荷，超出了油膜承載能力，造成了潤滑不充分現(xiàn)象的發(fā)生，加劇了軸承的磨損。

通過對現(xiàn)場零件的測繪及對原廠隨機(jī)資料的整理，找到了機(jī)組運(yùn)動(dòng)件的相關(guān)數(shù)據(jù)，機(jī)組實(shí)際轉(zhuǎn)速與活塞行程疊加后的活塞線速度為6.307m/s（原設(shè)計(jì)為6.26m/s）。機(jī)組較高的活塞線速度導(dǎo)致最大拉伸往復(fù)慣性力156KN，曲拐和十字頭銷負(fù)載率達(dá)到100%，機(jī)組沒有安全余量。另外，連桿大頭瓦承受的最大法向力為160KN，超過了機(jī)組允許值綜合桿載荷156KN，違反高速往復(fù)機(jī)所有運(yùn)動(dòng)部件受力不超過機(jī)組綜合桿載荷的設(shè)計(jì)基本原則，機(jī)組在此種工況下運(yùn)行存在連桿瓦過早損壞的風(fēng)險(xiǎn)。動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果匯總見表1。

3 解決方案

為了改善機(jī)組的受力情況，需要從降低往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量入手，對原機(jī)組一級(jí)活塞體進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。經(jīng)過分析，在不降低原運(yùn)動(dòng)件使用性能的情況下，機(jī)組的總往復(fù)質(zhì)量大約可以降低21.7%，連桿大頭瓦軸瓦比壓可以降低14%，且低于20MPa。通過對活塞體進(jìn)行輕質(zhì)化設(shè)計(jì)，即優(yōu)化結(jié)構(gòu)以及整體材質(zhì)改為ZL401，可以顯著改善軸瓦的受力狀況，提升軸瓦的疲勞壽命?？紤]到曲軸磨損過大已無法修復(fù)直接更換新的曲軸。改造前后對見圖1、圖2，活塞輕質(zhì)化后數(shù)據(jù)對比詳見表2。

通過對活塞進(jìn)行輕質(zhì)化處理，降低了往復(fù)質(zhì)量并優(yōu)化了原機(jī)型的設(shè)計(jì)，可以有效的改善軸瓦燒損的問題，截止目前為止，改造后的機(jī)組運(yùn)行良好。

4 結(jié)語

壓縮機(jī)作為化工工藝中的關(guān)鍵設(shè)備，該壓縮機(jī)中存在的問題，國內(nèi)其他壓縮機(jī)中也有部分存在，該解決方案對于其他壓縮機(jī)組一樣適用。壓縮機(jī)活塞部分一直以來都是壓縮機(jī)設(shè)計(jì)的重要部分，如何讓設(shè)備的效率達(dá)到最大，同時(shí)延長軸瓦的使用壽命始終都是設(shè)計(jì)長久以來的難題。

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