CFA34往復壓縮機大修及問題分析

龍 濤，任護國，袁宗澤，馬 鵬，邢 鑫，李春麗

(1.中國空氣動力研究與發(fā)展中心，四川 綿陽 621000；2.新疆博昌能源科技有限公司，新疆 哈密 839000)

1 引言

往復壓縮機在石油化工、航空航天、艦船交通等領域有著十分廣泛的應用，在氣體壓縮領域占據(jù)著重要地位。隨著往復壓縮機運行到一定年限，各類問題開始頻發(fā)，及時的進行主機大修，能系統(tǒng)的解決安全隱患，延長其使用壽命，并能重新將往復壓縮機導向正軌，恢復其性能，減少后期維護成本，提高生產效率，節(jié)省資金。

2 壓縮機組簡介

該高壓空氣站有5套往復壓縮機組，壓縮介質為空氣，于2012年建成投產運行至今。前級經螺桿機增壓至1.5～1.9 MPa，再經往復壓縮機四級壓縮，達到的22/32MPa 2個壓力等級，最后經干燥器進行干燥處理。

該往復壓縮機采用卡麥隆CFA34型活塞機，主要技術參數(shù)：壓縮級數(shù)4級；進氣溫度≤50 ℃；最終排氣溫度≤60 ℃；1級吸氣壓力1.5～1.9 MPa；各級排氣壓力上限值3.9/8.6/21/32 MPa；潤滑油壓力0.35～0.8 MPa；各級排氣溫度上限值150/150/150/120 ℃；排氣量(入口狀態(tài))45 N·m3/min；1列缸徑(三/四級3.00″/1.50″)，2列缸徑(二級3.875″)，3列缸徑(三/四級3.00″/1.50″)，4列缸徑(一級5.125″)。

3 往復壓縮機主要大修內容及指標

3.1 大修前存在的問題

5套CFA34往復壓縮機組隨著運行年限的增長，流量逐漸降低，已由額定流量(入口狀態(tài))45 N·m3/min，1-5#分別將至(出口狀態(tài))35.9/35.6/36.1/34.8/35.6 N·m3/min。且該5套壓縮機組都存在二級排氣壓力及溫度偏高現(xiàn)象，大修前在22 MPa運行模式下1-5#壓縮機組二級排氣壓力及溫度分別為8.2/7.95/8.64/8.07/8.10 MPa、141/140/149/142/140 ℃。且1#、2#、3#壓縮機組存在四級活塞環(huán)使用壽命急劇縮短，三級進、排氣閥頻繁損壞，2#、4#壓縮機組存在高壓填料漏氣及曲軸箱主軸封漏油等現(xiàn)象。

3.2 大修涵蓋的內容

針對該5套CFA34往復壓縮機組運行中出現(xiàn)的一系列問題，展開設備大修。大修主要內容包括：

(1)解體往復壓縮機主機，檢查運轉機構，包括聯(lián)軸器、曲軸、軸承、連桿、中體、十字頭、活塞桿等，測量相關配合間隙并進行探傷、修理、調整、更換磨損部件，裝配后重新測量相關數(shù)據(jù)，達到合格要求。

(2)檢查氣路元件，包括氣閥、氣缸、活塞體、填料函、氣水分離器、儀器儀表、安全閥等，進行清洗、測量、研磨、修理、更換、校驗等維修維護，裝配后重新測量相關數(shù)據(jù)，達到合格要求。

(3)檢查并處理機組各級管路振動情況，對管卡、支架進行相應的緊固或焊接，對振動較大的管道焊接口進行探傷。

(4)檢查油路元件，包括曲軸箱油過濾裝置、加熱裝置、齒輪油泵、油過濾器、注油器、油分配塊等，進行清洗、修理、更換等維修維護，并全部更換曲軸箱潤滑油。

(5)檢查水路元件，包括各級間冷卻器、油冷卻器、水閥、儀器儀表等，進行清洗、修理、更換、校驗等維修維護。

(6)檢查電路及控制元件，包括電力電纜、電機、控制柜，測量相關參數(shù)檢查動作、顯示等情況。

(7)檢查整機情況，包括機身水平、電機與活塞機對中、中體與機身對中、氣缸與中體對中等情況。

3.3 大修程序及技術要求

大修程序和技術要求如下：

(1)準備必要的技術文件、圖紙資料，準備好檢修工具、備件和輔助材料。

(2)切斷大修壓縮機組電源并掛牌禁動，打開放空閥，放空氣缸及管道內余壓，關閉進出水閥、打開排水閥、放盡機內余水，檢查是否符合檢修條件。

(3)拆卸壓力表、溫度表、安全閥、傳感器等儀器儀表，送校驗機構校驗。

(4)拆除各級進排氣管道，清洗水冷器、級間氣水分離器。用專用積碳清洗劑對管道內壁進行浸泡，浸泡完畢后用汽油進行二次清洗，并用干凈的棉布在管道內拖干。對振動較大的管道焊接口進行無損探傷檢測，并加固管道支架。水冷器氣路可用積碳清洗劑浸泡，浸泡完畢后用高壓水槍進行二次清洗。水冷器水路可用弱酸進行浸泡，以清除水垢，浸泡完畢后用自來水進行二次沖洗，并用低壓干凈空氣進行吹掃。

(5)拆卸各級進、排氣閥，進行拆解、檢查、修復。閥座密封面不得有腐蝕麻點、劃痕，閥座邊緣不得有裂紋、溝槽等缺陷，如很輕微麻面或劃痕可研磨消除，重新組裝后用煤油試漏，在1 min內滲漏不得超過20滴，必要時更換氣閥。

(6)拆卸各級氣缸、活塞、活塞桿和填料函，對其進行拆解、清洗、檢查、修復。檢查氣缸內表面，應光潔，無裂紋、氣孔、拉傷等缺陷，如有輕微擦傷或拉毛時，可用半圓形的油石沿氣缸內表壁圓周進行研磨修理或鏜缸處理，但當表面拉傷超過圓周的1/4時，并有嚴重溝槽，溝槽深度大于0.4 mm，寬度大于3 mm時，應更換氣缸或缸套；檢查氣缸內徑，其圓柱度公差應符合表1要求，否則應更換氣缸或缸套。

表1 氣缸內徑圓度及柱度允許范圍 單位：mm

檢查活塞體，其表面應光滑，無磨損、劃傷、裂紋、變形等缺陷，檢查活塞與氣缸的安裝間隙(要求符合計算值：(0.005～0.02)Dmm，D為氣缸直徑)，必要時進行修理或更換。檢查活塞桿，表面應光滑，無劃痕、變色、變形，測量活塞桿直線度公差值(要求0.06～0.10 mm/m)，測量活塞桿圓柱度公差值(要求0.02～0.05 mm)，測量活塞桿最大磨損量要求不超過0.5 mm，用盤車的方式檢查活塞桿的擺動度(要求擺動值每100.mm行程應小于0.02～0.04 mm，跳動值應小于0.03～0.05 mm)，檢查活塞桿螺紋，不得有變形、斷裂等缺陷，必要時進行更換。

檢查填料函，更換各組密封填料和刮油環(huán)，新密封圈應在活塞桿上用鉛丹油進行對研，密封圈與活塞桿接觸面積應達到70%以上，用涂色法檢查，接觸點不少于4～5點/cm2，密封圈填料的接口縫隙要求為2～4 mm，密封圈填料在填料盒內的軸向間隙要求為0.20～0.25 mm，刮油環(huán)與活塞桿接觸面不得有溝槽、劃痕、磨損等缺陷，接觸線應均勻分布且大于圓周長的70%，疏通填料函油孔及冷卻水道，并在填料組裝完成后進行冷卻水流通試驗，要求水路暢通無泄漏。

更換各級活塞環(huán)，活塞環(huán)在活塞槽內能活動自如，用手壓緊時，活塞環(huán)應高出活塞表面0.25～0.5 mm(注：該機型無支撐環(huán)，活塞環(huán)應高出活塞表面)，并測量活塞環(huán)的側向間隙(符合公式(1)要求)；將活塞環(huán)單獨放入氣缸，活塞環(huán)與氣缸壁要求有良好的貼合，活塞環(huán)外徑與氣缸壁接觸線不得小于周長的60%，在整個圓周上漏光不多于兩處，每處弧長不大于25°，漏光處的徑向間隙允許值參照表2，并測量活塞環(huán)的接口間隙(符合公式(2)的要求)；活塞環(huán)的安裝時，相鄰兩活塞環(huán)的搭接口應錯開90°(兩瓣環(huán))?；钊惭b完畢后，用鉛絲法檢查活塞端面與氣缸頭的間隙(要求曲柄端與杠頭端的間隙比為1∶2，一級活塞總間隙約3 mm)。

表2 活塞環(huán)與鏡面不貼合間隙允許值 單位：mm

活塞環(huán)的熱脹間隙按下列公式計算：

A=(2.8%～3.2%)D

(1)

S=0.01h+H9/d9

(2)

式中A—活塞環(huán)的街頭間隙，mm

D—活塞外徑，mm

S—活塞環(huán)在活塞槽中的側向間隙，mm

h—活塞環(huán)寬度，mm

H9/d9—基孔制間隙配合極限值，mm

(7)拆卸十字頭銷、連桿螺栓，取出十字頭和連桿，進行拆解、清洗、檢查、恢復。檢查十字頭、十字頭銷、滑板及導軌，應無裂紋、劃痕等缺陷。測量和調整十字頭滑板與導軌之間的間隙，使之符合要求(要求0.12～0.20 mm)。用涂色法檢查十字頭滑板與導軌的接觸情況，其接觸面積不小于全面積的70%。檢查十字頭銷，其直徑最大磨損不超過0.5 mm，圓柱度公差不小于0.03 mm。十字頭銷與連桿小頭瓦之間的間隙要求值按公式(3)、(4)計算襯套為銅合金

δ=(0.0007～0.0012)d

(3)

襯套為軸瓦澆注巴士合金

δ=(0.0004～0.0006)d

(4)

式中d—為十字頭銷直徑，mm

(8)對曲軸箱進行拆解、清洗、檢查、修復。放盡曲軸箱內潤滑油，用汽油對曲軸箱進行清洗，并用棉布擦拭干凈。拆下油過濾器，進行更換。檢查曲軸、連桿、連桿螺栓及大小頭軸瓦不得有裂紋和明顯的劃痕等缺陷，瓦襯不得有燒瓦或脫層，測量曲軸水平度(要求不大于0.1 mm/m)，測量主軸頸徑向圓跳動值(要求不大于0.05 mm)，測量主軸頸中心線與曲軸頸中心線平行度偏差(要求不大于0.003 mm/m)，測量曲軸中心線與氣缸中心線垂直公差值(要求不大于0.15 mm/m)，測量軸承與軸頸徑向間隙(要求0.10～0.13 mm)，測量軸承軸向間隙(要求止推軸承0.15～0.20 mm，支撐軸承0.60～0.90 mm)，檢查并更換曲軸箱主軸油封。

(9)脫開電機電力電纜，測量電機絕緣，檢查維護電機軸承磨損情況，測量電動機軸承端蓋間隙(要求1.5～2.5 mm)，加注電機潤滑脂。

(10)測量聯(lián)軸器對中情況，徑向圓跳動和端面圓跳動值均不大于0.05 mm，必要時進行平衡校正。

(11)按相反順序完成壓縮機各部位的恢復回裝，并記錄相關裝配數(shù)據(jù)。

(12)檢查機身水平，測量機體縱向和橫向水平度，其偏差不大于0.05 mm/m。

(13)檢查管路支架情況，對松動管卡、管箍進行緊固，更換順壞的管卡、管箍。

(14)恢復電源和冷卻水，打開控制系統(tǒng)，檢查傳感器，必要時進行更換。

(15)整理大修記錄，準備調試機組。

4 大修遇到的問題處理及分析

壓縮機各級壓閥罩變形嚴重，從閥腔內取出困難。針對該故障對壓閥蓋螺栓緊固力矩進行測試，并對壓閥罩材質硬度進行檢測。發(fā)現(xiàn)一、二級壓閥蓋螺栓緊固力矩為75 N·m，螺栓規(guī)格為1/2-13UNC，三級壓閥蓋螺栓緊固力矩為95 N·m，螺栓規(guī)格為5/8-11UNC。通過查詢手冊發(fā)現(xiàn)其緊固力矩偏大，重新調整一、二級壓閥蓋螺栓緊固力為65 N·m，調整三級壓閥蓋螺栓緊固力矩為85 N·m。對壓閥罩材質硬度進行檢測時，發(fā)現(xiàn)其硬度偏軟。查詢資料發(fā)現(xiàn)該批次壓閥罩加工材質為45#鋼，且未進行熱處理，重新調整加工材質為55#鋼，并進行調質處理。調整后的壓閥罩經現(xiàn)場多次安裝測試后，無變形現(xiàn)象。

在測量氣缸內徑圓度及柱度時，發(fā)現(xiàn)1～5號壓縮機三四級氣缸套磨損嚴重，超過最大磨損允許范圍。氣缸套磨損超過允許范圍會導致活塞環(huán)漏氣及磨損加速，甚至發(fā)生卡環(huán)現(xiàn)象，導致進排氣溫度上升，進、排氣閥磨損加劇，排氣量下降等現(xiàn)象。故大修前5套壓縮機組流量偏低、二級排氣壓力及溫度偏高、四級活塞環(huán)使用壽命縮短等故障和三四級缸套磨損嚴重有關。在更換三四級缸套時發(fā)現(xiàn)2號壓縮機1列(四級缸套)，4號壓縮機1列(三級缸套)，以及4號壓縮機1列3列(四級缸套)缸套不能正常拔出。原因分析，由于前期該機型氣缸用潤滑油選型有誤，造成三四級氣缸及管路嚴重積碳，并因介質為壓縮空氣，三四級缸套與缸體長時間銹蝕，導致缸套與缸體融為一體，且在拆出四級缸套時還發(fā)現(xiàn)其涂抹了大量的密封膠，也是導致其無法正常拔出的原因之一。處理辦法，拆下整個杠頭運送至外加工廠用液壓機床直接壓出，其中2號壓縮機1列(四級缸套)，5號壓縮機1列(四級缸套)液壓機床也無法直接壓出，利用線切割將缸套切四道切口后再次用液壓機壓出。

拆卸1列3列缸頭后，發(fā)現(xiàn)高壓填料函下中體積液嚴重，且該處積液乳化嚴重并含有大量雜質。該處積液可通過十字頭潤滑油回油孔直接流入曲軸箱，導致曲軸箱潤滑油污染。檢查發(fā)現(xiàn)該處預留有中體排污口，堵頭封死未接排污管，對其進行重新接管，并增加排污閥門。

5號壓縮機4列十字頭巴士合金脫落嚴重。造成十字頭巴士合金脫落的原因有十字頭在滑道內受力不均，十字頭潤滑油通道堵塞或油道內有金屬屑污物等。十字頭在機身滑道內位置應居中，并與整個機身滑道的中心線重合，否則就會產生十字頭在滑道內歪斜跑偏的現(xiàn)象，引起敲擊和發(fā)熱。十字頭潤滑油通道堵塞或油道內有金屬屑，會致使滑道內不能形成有效油膜，導致十字頭干磨發(fā)熱。針對該問題重新更換十字頭，并檢查吹掃潤滑油道，對該列氣缸、中體、機身重新找正定中心并檢查十字頭在滑道內的位置，測量滑道間隙，另活塞桿與十字頭及連桿裝配后，檢查各部位有無“別勁”，十字頭與滑道的接觸面有無翹起，如存在對角間隙，表明十字頭可能跑偏，應及時查明原因，予以調控校正。

3號壓縮機在試車時發(fā)生四級活塞環(huán)融環(huán)故障。檢查發(fā)現(xiàn)該四級缸套加工精度不達標，缸套與缸體油孔錯位，且三四級注油管接反，致使缸內潤滑油不足，最終導致高溫融環(huán)。重新更換缸套，調正油孔及正確接上注油管，重新試車工作正常。

5 大修前后數(shù)據(jù)對比

表3中列出了大修前后1～5#壓縮機二級排氣壓力、溫度及瞬時流量參數(shù)，其中參數(shù)一為大修前平均值，參數(shù)二為大修后平均值。 從表2可以看出經過大修后，1～5#壓縮機二級排氣壓力、溫度偏高得到明顯改善，瞬時流量提升了10.5%～21.9%，使其運行效率得到大幅提高。

表3 大修前后運行參數(shù)

6 結語

大修是每臺往復壓縮機所必須的“保健理療”，通過大修的調整，能重新恢復壓縮機性能，能系統(tǒng)的解決安全隱患，延長其使用壽命，并能重新將往復壓縮機導向正軌，減少后期維護成本，提高生產效率，為企業(yè)節(jié)省資金。本文介紹了CFA34往復壓縮機大修內容、程序及技術指標，分析了大修過程中遇到的問題，提出了相應的解決措施，為此類壓縮機大修提供了參考。