某輪風(fēng)冷7T2 空壓機(jī)連桿拉斷故障分析

（交通運(yùn)輸部煙臺打撈局，山東 煙臺 264000）

一、故障現(xiàn)象

2021年4月1日0900時(shí)，某輪二管輪在檢修一號水冷空壓機(jī)時(shí)，啟動二號空壓機(jī)為主用空壓機(jī)，發(fā)現(xiàn)二號風(fēng)冷空壓機(jī)不打氣，中冷器壓力表沒有示數(shù)。立即停止二號空壓機(jī)，進(jìn)行檢修。打開曲軸箱道門，發(fā)現(xiàn)低壓端連桿被拉斷。連桿瓦斷口呈現(xiàn)撕裂傷，連桿大端斷口呈斜切口。

圖1 被拉斷的一級壓縮連桿大端

二、活塞式7T2型空壓機(jī)工作原理

1.設(shè)備介紹

活塞式7T2型壓縮機(jī)是用于提供從300PSIG（21.2kg/c㎡）到500PSIG（35.2kg/c㎡）的空氣壓力。7T2型壓縮機(jī)為小型兩級往復(fù)式壓縮機(jī)，其壓縮比和中間冷卻器效率設(shè)計(jì)合理，高壓空氣源供應(yīng)可靠。

基本工作原理如下：空氣通過進(jìn)氣濾清器 和進(jìn)氣閥進(jìn)入第一級氣缸。在氣缸中被壓縮，并通過排氣閥排到中間冷卻器管道，第一級壓縮形成的熱量被散去。由于風(fēng)扇輪的作用使冷卻空氣在中間冷卻器翅片管中通過。第二級進(jìn)氣閥吸入冷卻空氣，送入第二級氣缸，并在氣缸內(nèi)空氣被進(jìn)一步壓縮到最終壓力。并通過后冷卻器和冷凝水分離器被強(qiáng)制排到外部空氣系統(tǒng)。

2.啟動卸載系統(tǒng)

此系統(tǒng)的目的是壓縮機(jī)停止時(shí)釋放氣缸壓 力，容許在輕載情況下進(jìn)行啟動，增加驅(qū)動裝置 和皮帶的使用壽命，降低過載繼電器跳閘的可能 性。系統(tǒng)按以下方法進(jìn)行操作。

如圖2和圖3所示，離心式卸載裝置連接在曲軸端，這樣當(dāng)壓縮機(jī)在運(yùn)行時(shí)，離心力作用在卸荷鐵上，并向外擺動（參見圖2）。當(dāng)壓縮機(jī)停止時(shí)，卸荷鐵縮回。推力銷彈簧將柱塞和推力銷向外移動，推動導(dǎo)向閥，截留的空氣壓力通過曲軸箱端蓋上的管道氣缸和中間冷卻器排出，并通過進(jìn)氣消聲濾清器排放到大氣中。（參見圖3）當(dāng)壓縮機(jī)啟動時(shí)，離心力作用在卸荷鐵上并向外擺動，這使柱塞和推力銷向內(nèi)移動，導(dǎo)向閥關(guān)閉。氣缸壓力泄漏到大氣的通道被關(guān)閉，壓縮機(jī)以正常方法泵出空氣（參見圖2）。

圖2 當(dāng)壓縮機(jī)在操作時(shí)卸荷鐵和推力銷位置

圖3 當(dāng)壓縮機(jī)停止時(shí)卸荷鐵和推力銷位置

三、故障原因分析

連桿拉斷可能有如下幾個原因。

1.潤滑油潤滑質(zhì)量不好

如沒有及時(shí)不加油或使用了油品質(zhì)量差的潤滑油。曲軸箱內(nèi)的運(yùn)動部件得不到有效潤滑，運(yùn)動部件就會產(chǎn)生磨損，連桿軸瓦長時(shí)間偏磨，連桿產(chǎn)生機(jī)械疲勞，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，一旦遭受沖擊，最終就會造成連桿斷裂的嚴(yán)重后果。

2.空壓機(jī)裝配不合格

如果空壓機(jī)在拆裝時(shí)，有部件裝配不合適，那當(dāng)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在曲軸的推、拉、拋?zhàn)饔孟?，連桿無法正常運(yùn)動，連桿就會在彎扭力作用下產(chǎn)生裂紋并斷裂，連桿軸瓦和連桿體分離，連桿大端損壞，連桿從曲軸上脫落。

3.活塞拉缸

如果活塞環(huán)斷裂，活塞在缸套中運(yùn)動受阻，一旦拉缸，就會有連桿受力斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。

4.機(jī)器受到外力沖擊

如果機(jī)器在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，受到外力沖擊震動，那么曲軸箱內(nèi)的運(yùn)動部件極有可能損壞，從而造成連桿斷裂的后果。

5.曲軸箱壓力過高

如果啟動卸載系統(tǒng)的放空閥卡住，高壓氣體進(jìn)入曲軸箱，造成曲軸箱高壓，當(dāng)活塞下行吸氣時(shí)，阻力增大?；钊闲袝r(shí)，壓縮空氣經(jīng)過中冷器，通過卡住的放空閥再次進(jìn)入曲軸箱，造成曲軸箱壓力進(jìn)一步加大。隨著機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的進(jìn)行，連桿產(chǎn)生彎曲形變，連桿彎曲后，抗交變負(fù)荷能力下降，在電機(jī)高速、高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，連桿最終被拉斷。

四、故障原因排查與分析

1.故障原因排查

1.1 潤滑油潤滑不好的原因被排除。因?yàn)槎茌喸?021年3月20日剛換的潤滑油，且用的潤滑油是廠家指定的專用合成潤滑油XL740HT，并且換油時(shí)并未發(fā)現(xiàn)曲軸箱內(nèi)存在金屬顆粒，而且此空壓機(jī)在這段時(shí)間一直作為備用機(jī)使用，啟動次數(shù)屈指可數(shù)，這么短的時(shí)間磨斷連桿瓦的可能性微乎其微，同時(shí)除低壓連桿被拉斷外，高壓連桿和各運(yùn)動部件都保持完好，所以不存在潤滑不好的問題。

1.2 空壓機(jī)裝配不合格的原因被排除。這臺空壓機(jī)在2020年12月初進(jìn)行過拆檢，拆檢時(shí)并未發(fā)現(xiàn)連桿瓦等運(yùn)動件有磨損的問題。此后機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)四個月，所以不存在空壓機(jī)裝配不合格的問題。

1.3 活塞拉缸的原因被排除。連桿拉斷后，從缸套中取出活塞，發(fā)現(xiàn)缸套完好，活塞環(huán)也未出現(xiàn)斷裂的現(xiàn)象，所以不存在活塞拉缸導(dǎo)致連桿拉斷的問題。

1.4 機(jī)器受到外力的原因被排除。除低壓端連桿被拉斷外，空壓機(jī)外觀和各運(yùn)動件都保持完好，所以不存在機(jī)器受到外力沖擊的問題。

1.5 曲軸箱高壓導(dǎo)致連桿拉斷被確定。拆下放空閥前的挺柱，發(fā)現(xiàn)挺柱與銅套之間存在卡頓的現(xiàn)象，并且放空閥內(nèi)部也存在銹渣的痕跡。由此可見，放空閥卡住導(dǎo)致曲軸箱高壓，從而造成連桿拉斷的可能性最大。

2.故障分析

放空閥是啟動卸載系統(tǒng)的重要組成部分，7T2型空壓機(jī)就是依靠放空閥的開關(guān)來實(shí)現(xiàn)啟動卸載的目的。當(dāng)放空閥卡住，卸荷鐵和推力銷處在圖4位置。此時(shí)空壓機(jī)正在運(yùn)轉(zhuǎn)，一級壓縮的氣體進(jìn)入中冷器，然后通過中冷器與放空閥的連接管到達(dá)放空閥，放空閥被卡住無法關(guān)閉，壓縮氣體就通過放空閥與曲軸箱之間的管路進(jìn)入了曲軸箱，隨著機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)，曲軸箱內(nèi)的壓力越來越好高，當(dāng)活塞下行吸氣時(shí)，阻力增大?；钊闲袝r(shí)，壓縮空氣經(jīng)過中冷器，通過卡住的放空閥再次進(jìn)入曲軸箱，造成曲軸箱壓力進(jìn)一步加大。造成了一級活塞在給曲軸箱“打氣”的現(xiàn)象，隨著機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的進(jìn)行，活塞下行阻力越來越大，上行沖擊也越來越大，最終連桿產(chǎn)生彎曲形變，連桿彎曲后，抗交變負(fù)荷能力下降，在電機(jī)高速、高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，連桿最終被拉斷。

圖4 當(dāng)壓縮機(jī)在操作時(shí)放空閥卡住的情況下卸荷鐵和推力銷的位置

結(jié)語

風(fēng)冷活塞式7T2型空壓機(jī)本身具有啟動卸載系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)自動卸荷的功能，但當(dāng)放空閥卡住故障時(shí)，卻會造成連桿拉斷的嚴(yán)重后果。而且通過咨詢廠家技術(shù)工程師，得知7T2機(jī)型活塞式空壓機(jī)由于放空閥卡住，導(dǎo)致曲軸箱高壓拉斷低壓連桿的事故多有發(fā)生。提醒我們在啟動7T2型空壓機(jī)時(shí)，一定要在機(jī)旁進(jìn)行觀察，一旦發(fā)現(xiàn)曲軸箱壓力升高，即量油孔有氣體排出，要及時(shí)斷電停機(jī)，然后拆卸檢修放空閥和挺柱，避免曲軸箱高壓連桿被拉斷事故的發(fā)生。