往復(fù)式壓縮機(jī)活塞故障分析與解決措施

摘 要：針對(duì)往復(fù)式壓縮機(jī)活塞故障問(wèn)題，本次研究結(jié)合我國(guó)往復(fù)式壓縮機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀，首先對(duì)活塞問(wèn)題容易出現(xiàn)故障問(wèn)題的原因進(jìn)行深入分析，在此基礎(chǔ)上，提出活塞故障問(wèn)題的解決措施，為保障往復(fù)式壓縮機(jī)的正常運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。研究表明：應(yīng)力集中因素、尺寸變化因素、表面狀態(tài)因素、載荷頻率因素、材料性能因素以及平均應(yīng)力因素等都會(huì)對(duì)往復(fù)式壓縮機(jī)的活塞故障問(wèn)題產(chǎn)生影響，因此，相關(guān)工作人員需要從活塞制造工藝控制、活塞制造結(jié)構(gòu)改進(jìn)、活塞安裝措施以及原料控制措施等四方面入手，分別采取多項(xiàng)有效措施，全面保障往復(fù)式壓縮機(jī)的安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：往復(fù)式壓縮機(jī);活塞故障;影響因素;解決措施

0 前言

活塞是往復(fù)式壓縮機(jī)中非常重要的組成部件，在壓縮機(jī)運(yùn)行的過(guò)程中，受到各種因素的影響，活塞非常容易出現(xiàn)各種類型的故障問(wèn)題，例如變形、失效等，這些問(wèn)題的出現(xiàn)會(huì)對(duì)壓縮機(jī)的安全運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，這對(duì)于石油化工行業(yè)的生產(chǎn)作業(yè)而言十分不利[1]。針對(duì)往復(fù)式壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的活塞故障問(wèn)題，本次研究主要是對(duì)出現(xiàn)這些故障問(wèn)題的影響因素進(jìn)行全面分析，在此基礎(chǔ)上，提出提高往復(fù)式壓縮機(jī)活塞部件質(zhì)量的相關(guān)措施，為保障往復(fù)式壓縮機(jī)的安全運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。

1 往復(fù)式壓縮機(jī)活塞故障問(wèn)題影響因素分析

1.1 應(yīng)力集中因素

根據(jù)目前的研究結(jié)果顯示，在活塞形狀突變的位置處，會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力迅速升高的問(wèn)題，在距離形狀突變區(qū)域較遠(yuǎn)的位置處，應(yīng)力狀況會(huì)逐漸趨于緩和狀態(tài)，這種現(xiàn)象就可以被稱為應(yīng)力集中現(xiàn)象。在活塞的連接部位以及擋肩位置處都存在形狀突變問(wèn)題，在形狀突變以后會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中。如果活塞受到的應(yīng)力相對(duì)較為緩和，應(yīng)力分布相對(duì)較為均勻，則活塞出現(xiàn)故障問(wèn)題的概率將會(huì)大大降低，如果存在嚴(yán)重的應(yīng)力集中問(wèn)題，則在應(yīng)力集中的位置處活塞出現(xiàn)失效、斷裂、變形等問(wèn)題的概率都會(huì)大大增加。活塞存在一個(gè)疲勞極限，當(dāng)某一個(gè)位置處受到的應(yīng)力超過(guò)這個(gè)疲勞極限數(shù)值時(shí)，活塞就會(huì)斷裂[2]。

1.2 尺寸變化因素

活塞自身的存在以及與活塞相連接其他零部件的尺寸都會(huì)對(duì)活塞的故障問(wèn)題產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，這種影響與應(yīng)力梯度之間具有一定的聯(lián)系，一般情況下，隨著活塞尺寸的逐漸增加，在受到外力的作用下，單位面積上受到的載荷相對(duì)較低，所以出現(xiàn)故障問(wèn)題的概率將會(huì)大大降低。在另一方面，如果活塞的尺寸過(guò)大，則其性能會(huì)出現(xiàn)一定程度的降低，應(yīng)力梯度也會(huì)逐漸減小，其他零部件與活塞出現(xiàn)接觸的可能性逐漸增加，外部損傷源的數(shù)量增加，出現(xiàn)活塞故障問(wèn)題的概率有所升高。事實(shí)上，活塞的疲勞極限與尺寸之間具有一定的關(guān)系，符合相關(guān)計(jì)算公式，為了防止出現(xiàn)活塞故障問(wèn)題，工作人員在對(duì)活塞進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要進(jìn)行合理的計(jì)算。

1.3 表面狀態(tài)因素

對(duì)于活塞而言，其產(chǎn)生的故障問(wèn)題主要可以分為兩種類型，分別是由內(nèi)向外的故障問(wèn)題和由外向內(nèi)的故障問(wèn)題。盡管最大的應(yīng)力會(huì)作用在活塞的表面上，但是出現(xiàn)裂紋問(wèn)題只會(huì)從其內(nèi)部向外部拓展，這種現(xiàn)象稱為由內(nèi)向外的故障問(wèn)題;另一種故障是在活塞的表面已經(jīng)出現(xiàn)了缺陷，缺陷的出現(xiàn)使得活塞的疲勞強(qiáng)度受到了嚴(yán)重的影響，此時(shí)活塞就會(huì)各種類型的故障問(wèn)題，這種現(xiàn)象稱之為由外向內(nèi)的故障問(wèn)題，同時(shí)，缺陷影響疲勞強(qiáng)度的現(xiàn)象稱為表面系數(shù)。在活塞表面處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)，其疲勞極限與其表面處于拋光光滑狀態(tài)時(shí)存在較大的差別，表面狀態(tài)也會(huì)對(duì)其故障問(wèn)題產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。

1.4 載荷頻率因素

載荷頻率對(duì)活塞產(chǎn)生的影響與載荷的持續(xù)時(shí)間具有一定的聯(lián)系，對(duì)于活塞的材料而言，塑性變形會(huì)落后于應(yīng)力，如果最大應(yīng)力的持續(xù)時(shí)間增加，則活塞受到的破壞將會(huì)越劇烈，在另一方面，如果載荷頻率增加，就相當(dāng)于使得載荷的加載速度得到了提升，當(dāng)載荷的加載速度高于裂紋的擴(kuò)展速度時(shí)，活塞產(chǎn)生的裂紋將會(huì)來(lái)不及得到擴(kuò)展，進(jìn)而使得活塞遭受嚴(yán)重?fù)p壞問(wèn)題的可能性繼續(xù)升高。在另一方面，加載頻率對(duì)于疲勞強(qiáng)度的影響與外加應(yīng)力之間還具有一定的聯(lián)系，當(dāng)應(yīng)力相對(duì)較高時(shí)，加載頻率也會(huì)升高。通過(guò)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，在室溫條件下，加載頻率與疲勞極限之間并沒(méi)有明顯的聯(lián)系。

1.5 材料性能因素

材料的性能是影響活塞故障問(wèn)題的直接因素，材料的性能主要指的是活塞的疲勞極限和抗拉極限，隨著其疲勞極限和抗拉極限的逐漸增加，活塞遭受故障問(wèn)題的概率將會(huì)大大降低。目前，國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)對(duì)活塞材料的性能問(wèn)題展開(kāi)了廣泛的研究，也研究出來(lái)很多性能優(yōu)越的活塞材料，但是使用高性能活塞材料的成本相對(duì)較高，針對(duì)此問(wèn)題，相關(guān)企業(yè)需要在材料價(jià)格與材料質(zhì)量之間建立一種平衡關(guān)系，在合理的價(jià)格范圍內(nèi)使用高性能的活塞材料，這是防止活塞出現(xiàn)故障問(wèn)題的關(guān)鍵所在。

1.6 平均應(yīng)力因素

在往復(fù)式壓縮機(jī)運(yùn)行的過(guò)程中，活塞遭受故障問(wèn)題的概率與平均應(yīng)力之間還存在一定的聯(lián)系，當(dāng)拉伸活塞的平均應(yīng)力時(shí)，會(huì)使得活塞材料的疲勞強(qiáng)度以及自身的壽命都嚴(yán)重下降，當(dāng)減壓縮活塞材料的平均應(yīng)力時(shí)，會(huì)使得活塞材料的疲勞強(qiáng)度和自身的壽命都得到提升。往復(fù)式壓縮機(jī)活塞平均應(yīng)力的修正方法主要可以分為三種類型，分別是Gerber方法模型、Sodberg方法模型以及Goodman方法模型，如果活塞材料的韌性相對(duì)較低，則可以使用Goodman方法模型對(duì)其平均應(yīng)力進(jìn)行修正。

2 往復(fù)式壓縮機(jī)活塞故障解決措施

2.1 活塞制造工藝控制

活塞制造的工藝控制工作主要可以分為三個(gè)方面，首先需要對(duì)其熱處理參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的控制，熱處理參數(shù)主要包括加熱溫度、冷卻時(shí)間等，通過(guò)控制熱處理參數(shù)的方式使得活塞材料的脆性降低，使得其力學(xué)性能可以滿足相關(guān)要求，抗拉強(qiáng)度可以得到一定的提升;其次，在進(jìn)行熱處理的過(guò)程中加入時(shí)效處理環(huán)節(jié)，進(jìn)而使得活塞的高溫韌性可以提升，防止由于往復(fù)式壓縮機(jī)內(nèi)的溫度相對(duì)較高，進(jìn)而對(duì)活塞的使用產(chǎn)生影響;最后，對(duì)活塞表面進(jìn)行拋光處理，使其表面的光潔度可以得到提升，這是提高其疲勞壽命的關(guān)鍵方法。

2.2 活塞制造結(jié)構(gòu)改進(jìn)

對(duì)活塞的結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定的改進(jìn)也是防止其出現(xiàn)故障問(wèn)題的關(guān)鍵，這里討論的結(jié)構(gòu)改進(jìn)主要指的是與其他零部件連接形式的改進(jìn)，需要將活塞與活塞桿之間的連接方式由電加熱連接形式改為超級(jí)螺母連接形式，所謂的超級(jí)螺母主要指的是具有很強(qiáng)預(yù)緊力，且上部位置處存在頂錐的螺母，使用該種螺母材料可以實(shí)現(xiàn)逐漸緊固的基本功能，可以使得兩者之間的連接力更強(qiáng)。

2.3 活塞安裝措施

在對(duì)往復(fù)式壓縮機(jī)進(jìn)行安裝或者檢修的過(guò)程中，需要按照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)活塞進(jìn)行合理的安裝。在這一方面，在進(jìn)行安裝作業(yè)之前，首先需要對(duì)活塞進(jìn)行無(wú)損檢查，活塞不得出現(xiàn)裂紋或者缺陷情況;其次，需要保證按照的活塞表面處于光滑的狀態(tài)，其粗糙度最好可以小于Ra0.8。

2.4 原料控制措施

由于活塞自身的質(zhì)量是決定是否會(huì)出現(xiàn)故障問(wèn)題的重要因素，因此在對(duì)活塞進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)的過(guò)程中，需要對(duì)物料進(jìn)行嚴(yán)格的控制，首先相關(guān)部門需要加強(qiáng)物質(zhì)材料的管理工作，防止因管理因素使得物質(zhì)材料的質(zhì)量受到影響;其次，需要對(duì)活塞生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控，嚴(yán)格把控各種物料的比例，盡可能降低活塞材料中的硫含量，這主要是因?yàn)殡S著硫含量的提升，活塞的質(zhì)量將會(huì)受到嚴(yán)重的影響。

3 結(jié)論

通過(guò)本次研究可以發(fā)現(xiàn)，受到多種因素的影響，往復(fù)式壓縮機(jī)的活塞非常容易出現(xiàn)斷裂、失效以及變形等一系列的問(wèn)題，這些問(wèn)題的出現(xiàn)對(duì)于石油化工行業(yè)的生產(chǎn)作業(yè)而言十分不利，針對(duì)此問(wèn)題，相關(guān)單位需要采取活塞制造工藝控制、活塞制造結(jié)構(gòu)改進(jìn)、活塞安裝措施以及原料控制措施四種措施，全面防止往復(fù)式壓縮機(jī)在運(yùn)行的過(guò)程中出現(xiàn)活塞故障問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

[1]李新軍.淺析往復(fù)式壓縮機(jī)的常見(jiàn)故障及處理措施[J].山東煤炭科技，2012（06）：76-78.

[2]劉亞勇.往復(fù)式壓縮機(jī)十字頭及其活塞環(huán)故障分析與處理[J].化工管理，2015（26）：111.

作者簡(jiǎn)介：

聶士占（1982- ），男，河南濮陽(yáng)人，技師，從事天然氣開(kāi)采壓縮機(jī)管理工作。