6M32型往復(fù)式壓縮機(jī)改造的經(jīng)驗(yàn)介紹

王軍 汪雄興 劉利軍

摘要：簡(jiǎn)要介紹了某公司3臺(tái)壓縮機(jī)存在的一些缺陷，通過對(duì)存在問題原因分析，制定出一套從根本上解決設(shè)備缺陷的措施，徹底消除設(shè)備存在的安全隱患，保證壓縮機(jī)長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

Abstract： Briefly introduced some defects of 3 compressors of a company. Through analysis of the causes of the problems， a set of measures to fundamentally solve the defects of the equipment was formulated to completely eliminate the hidden safety hazards of the equipment and ensure the safety and stability of the compressor for a long period.

關(guān)鍵詞：壓縮機(jī);故障;改造

Key words： compressor;malfunction;remodel

中圖分類號(hào)：TQ440.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2020）21-0044-02

1? 背景介紹

我公司在役的三臺(tái)6M32-283/54-BX型壓縮機(jī)，六列五級(jí)壓縮、M型臥式對(duì)稱平衡布置、級(jí)間水冷、壓力循環(huán)潤(rùn)滑、氣缸無油設(shè)計(jì)少油潤(rùn)滑、交流電機(jī)直聯(lián)拖動(dòng)，軸功率2668kW，電機(jī)功率2900kW。于2002年9月建成投產(chǎn)，至今已運(yùn)行17年，基本能滿足生產(chǎn)，但運(yùn)行期間1-3#機(jī)多次發(fā)生因三級(jí)連桿螺栓斷裂造成機(jī)身損壞的設(shè)備事故，被公司列為重大隱患。

大型往復(fù)活塞式壓縮機(jī)的活塞桿、連桿螺栓、連桿、曲軸等，屬于最重要的零部件，一旦失效，會(huì)帶來人身傷亡或巨大損失，是災(zāi)難性的。壓縮機(jī)已發(fā)生的各類故障中，連桿螺絲及活塞桿斷裂最為惡劣，已斷裂多次，都是突發(fā)斷裂，所幸歷次都處置及時(shí)，所幸未擴(kuò)大未傷及人身;另外也多次發(fā)生鋁活塞破裂、曲軸裂紋等設(shè)備故障。尤以其中一臺(tái)壓縮機(jī)2018年10月20日因三級(jí)連桿螺栓斷裂致使該側(cè)機(jī)身損壞較為嚴(yán)重。壓縮機(jī)投產(chǎn)后，盡管我公司不斷采取了一些管理、技術(shù)等方面的改進(jìn)措施，如增設(shè)操作室緊停開關(guān)、加粗活塞桿聯(lián)接部位、加粗連桿螺栓、定期更換一些傳動(dòng)件等，但曲軸扭振大、活塞桿疲勞強(qiáng)度不足等原始設(shè)計(jì)缺陷卻無法通過小改小革予以根本消除，醇?jí)簷C(jī)運(yùn)行的安全隱患依然明顯存在[1]。

2? 原因分析

針對(duì)三級(jí)連桿螺栓斷裂致使該側(cè)機(jī)身損壞的設(shè)備事故，我公司判斷主要原因是機(jī)身分段對(duì)接，機(jī)身單薄，主軸瓦座同心度偏差大，造成醇?jí)簷C(jī)振動(dòng)比同類機(jī)型明顯偏大。根據(jù)存在的現(xiàn)象，主要改造目的是增強(qiáng)壓縮機(jī)各傳動(dòng)部件的機(jī)械強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性、提升設(shè)備的本質(zhì)安全，降低壓縮機(jī)事故，保證安全生產(chǎn)需要。

①經(jīng)專業(yè)的熱力、動(dòng)力計(jì)算軟件重新核算設(shè)計(jì)工況，結(jié)果如表1所示。

從表1可以看出：

1）1級(jí)和2級(jí)氣體活塞力、1級(jí)和3級(jí)氣體活塞力極不平衡，最大相差120kN，違反了往復(fù)活塞壓縮機(jī)設(shè)計(jì)的遵循各列活塞力均衡原則。2）一級(jí)最大慣性力超過了最大綜合活塞力，但都小于最大設(shè)計(jì)活塞力。

②該型號(hào)壓縮機(jī)額定設(shè)計(jì)載荷320kN，軸功率2668kW，電機(jī)功率2900kW。按照API618標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，壓縮機(jī)應(yīng)能承受最大綜合負(fù)荷或最大連續(xù)氣體載荷10%以上偏移，據(jù)此壓縮機(jī)實(shí)際承受能力至少應(yīng)按288kN考慮（留10%裕度，見表2實(shí)際最大綜合活塞力265kN，最大慣性力為285kN）。曲軸直徑經(jīng)驗(yàn)公式：

曲柄銷直徑：D=（46～56）mm

式中P為活塞力（kN）。

曲軸主軸頸：D1=（1～1.1）Dmm

曲軸主軸頸直徑估算260～316mm;計(jì)算公式未考慮材料力學(xué)性能的影響，曲軸實(shí)際直徑240mm，若以經(jīng)驗(yàn)公式初步計(jì)算結(jié)果來看，該曲軸直徑小于估算直徑。安全系數(shù)不夠。

因此基本上可以判斷：壓縮機(jī)基礎(chǔ)件（機(jī)身、曲軸、連桿、十字頭、中體）過于尺寸過于小、重量過于輕也是主因之一，1級(jí)和2級(jí)、1級(jí)和3級(jí)兩對(duì)活塞力極不平衡是主因之二。因此這二種主要原因造上述壓縮機(jī)故障頻發(fā)、無法從根本上解決安全隱患的問題。但是，如果壓縮機(jī)的基礎(chǔ)件安全系數(shù)足夠大，也不會(huì)造成上述后果。根據(jù)上述出現(xiàn)的問題及分析的原因必須對(duì)原壓縮機(jī)的基礎(chǔ)件進(jìn)行加大改造。

3? 改造方案

改造與某成熟壓縮機(jī)廠家合作展開，壓縮機(jī)行程仍為原機(jī)的320mm，轉(zhuǎn)速仍為原機(jī)的375rpm。壓縮機(jī)后的壓縮機(jī)型號(hào)為6M32-283/54型半水煤氣壓縮機(jī)。利用原機(jī)的氣缸、活塞、氣閥、聯(lián)軸器、主電機(jī)及所有輔機(jī)等，對(duì)原壓縮機(jī)的基礎(chǔ)件進(jìn)行改造，原壓縮機(jī)的機(jī)身組件、曲軸組件、連桿組件、十字頭組件、中體組件、刮油器組件、填料組件、活塞桿重新進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造。

①改造機(jī)身與中體為分開式，但機(jī)身為一個(gè)整體機(jī)身，不用三個(gè)機(jī)身拼裝。由于原機(jī)的機(jī)身是由三個(gè)帶中體的機(jī)身組裝成一體結(jié)構(gòu)，增加了加工及安裝難度。現(xiàn)改造成整體機(jī)身后，單整個(gè)機(jī)身組件重達(dá)14090kg，還不包含中體的重量（原機(jī)含中體的重量也就這樣重），采用合作廠家機(jī)身一次加工完成，六個(gè)主軸承同心度及圓柱度精度高。

②對(duì)該壓縮機(jī)的曲軸進(jìn)行改造，壓縮機(jī)的主軸直徑由原來的？準(zhǔn)240mm加大至？準(zhǔn)310mm;曲軸直徑由原來的？準(zhǔn)240mm加大至？準(zhǔn)290mm，曲柄厚度由原來的118mm增厚至180mm，連桿大頭厚度由原來的132mm增大至165mm;十字頭銷由原來的？準(zhǔn)125mm加大至？準(zhǔn)170mm;十字頭滑道外徑由原來的？準(zhǔn)335mm加大至？準(zhǔn)450mm?；钊麠U由原來的？準(zhǔn)95mm加大到？準(zhǔn)100mm，相應(yīng)的加大填料組件及刮油器組件。兩個(gè)連桿螺栓的直徑加大至？準(zhǔn)62mm。曲軸、連桿、十字頭都進(jìn)行了加大，提高了安全系數(shù)。改造采用合作廠家制造的專用曲軸磨床進(jìn)行磨曲軸的主軸直徑及曲柄銷直徑，精度高。

③經(jīng)專業(yè)單位校核，壓縮機(jī)改造前的最大綜合活塞力為265kN，最大飛輪矩為107.1886kN·m2，壓縮機(jī)改造后的最大綜合活塞力為269kN，最大飛輪矩為112.6057kN·m2。而主電機(jī)的飛輪矩為150KN·m2，所以不需另外增加飛輪矩。

④改造后采用專業(yè)的熱力、動(dòng)力計(jì)算軟件核算設(shè)計(jì)工況，結(jié)果如表2所示。

⑤改造技術(shù)要求。

1）改造后設(shè)備活塞力不超過原機(jī)名義活塞力320kN。2）改造后設(shè)備功耗不超過軸功率2683kW。3）原壓縮機(jī)改造后仍需利用的部分應(yīng)保證無缺陷。4）原各級(jí)緩沖器、分離器、冷卻器、管路均能滿足改造后的使用要求（因中體基礎(chǔ)需施工，有小部分管道需移開）。5）原機(jī)的各級(jí)氣缸、活塞、氣閥、聯(lián)軸器能滿足改造后的使用要求。6）原壓縮機(jī)的機(jī)身基礎(chǔ)可以利舊，曲軸中心標(biāo)高不變，維持6米高度。因現(xiàn)改造成機(jī)身與中體分開的結(jié)構(gòu)，所以需重新建設(shè)中體的基礎(chǔ)。其中壓縮機(jī)機(jī)身一側(cè)的三列氣缸支承基礎(chǔ)可以維持不變，只動(dòng)機(jī)身另外一側(cè)的三個(gè)氣缸支承基礎(chǔ)，這三列氣缸支承的基礎(chǔ)需重新建設(shè)施工。改造后增加中體的基礎(chǔ)及氣缸支承基礎(chǔ)。7）機(jī)身振動(dòng)：振動(dòng)烈度符合GB/T7777-2003標(biāo)準(zhǔn)要求。壓縮機(jī)組的振動(dòng)速度應(yīng)小于18mm/s。在新機(jī)身上增加測(cè)振儀，設(shè)置振動(dòng)值高、高高的報(bào)警及聯(lián)鎖停車保護(hù)功能[2][3]。

4? 改造效果

4.1 1#壓縮機(jī)改造前后振動(dòng)對(duì)比（表3）

經(jīng)過改造后，醇?jí)簷C(jī)機(jī)身振動(dòng)明顯下降，振動(dòng)值平均下降62.7%，缸頭振動(dòng)值平均下降28.7%。

4.2 檢修頻次對(duì)比

就不完全統(tǒng)計(jì)改造前故障年均120-180次，月均檢修10多次，改造后1#壓縮機(jī)1月末投產(chǎn)至今3個(gè)多月時(shí)間檢修2次，均因氣閥質(zhì)量，3#壓縮機(jī)10月中旬投產(chǎn)至今近6個(gè)月時(shí)間檢修2次，一次因異響，一次因氣閥，運(yùn)行期間均未發(fā)生活塞桿及連桿螺絲斷裂情況，目前整體運(yùn)行工況良好，各項(xiàng)指標(biāo)正常。

5? 結(jié)論

在公司及合作廠家的大力配合下順利的完成壓縮機(jī)改造工作，就目前1#壓縮機(jī)運(yùn)行3個(gè)月及3#壓縮機(jī)運(yùn)行6個(gè)月情況及運(yùn)行前后各項(xiàng)數(shù)據(jù)對(duì)比，基本符合改造技術(shù)協(xié)議內(nèi)容，滿足安全穩(wěn)定生產(chǎn)情況，符合改造預(yù)期要求，從根本上消除壓縮機(jī)多年來的設(shè)計(jì)缺陷，因傳動(dòng)部件在長(zhǎng)周期運(yùn)行狀態(tài)下會(huì)出現(xiàn)疲勞，車間在日常維護(hù)保養(yǎng)、指標(biāo)把控、巡檢等到位情況下持續(xù)對(duì)兩臺(tái)改造設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，在指標(biāo)出現(xiàn)異常波動(dòng)時(shí)對(duì)其進(jìn)行檢修，以便確定大中修周期，以及后續(xù)大中修周期內(nèi)是否會(huì)出現(xiàn)活塞環(huán)及連桿螺絲斷裂情況。本次壓縮機(jī)的成功改造極大減少了檢修作業(yè)頻次，設(shè)備整體運(yùn)行穩(wěn)定性得到顯著提高，設(shè)備倒機(jī)頻次減少，檢修費(fèi)用顯著降低，最主要的是保證了生產(chǎn)穩(wěn)定性，提高了安全運(yùn)行系數(shù)及設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]GB/T6075.6-2002，在非旋轉(zhuǎn)部件上測(cè)量和評(píng)價(jià)機(jī)器的機(jī)械振動(dòng) 第6部分：功率大于100kW的往復(fù)式機(jī)器[S].

[3]GB/T 7777-2003，容積式壓縮機(jī)機(jī)械振動(dòng)測(cè)量與評(píng)價(jià)[S].