往復(fù)壓縮機(jī)十字頭故障原因分析

李俊慶，黎曉勇，陳文忠，張國文，沈健

（中國石油獨(dú)山子石化分公司設(shè)備檢修公司煉油鉗工，新疆獨(dú)山子833699）

摘　要：進(jìn)口往復(fù)壓縮機(jī)在2017年5月和2019年11月出現(xiàn)了同樣的故障，通過對(duì)十字頭間隙尺寸的測(cè)量，連桿大頭瓦各個(gè)間隙的測(cè)量，現(xiàn)場(chǎng)磨損的現(xiàn)象，分析出壓縮機(jī)出廠時(shí)由于加工問題，造成壓縮機(jī)存在運(yùn)行隱患。

關(guān)鍵詞：大頭瓦；十字頭；往復(fù)壓縮機(jī)；連桿

1　引言

獨(dú)山子石化公司煉油廠200 t/a蠟油加氫裝置，有兩臺(tái)進(jìn)口往復(fù)壓縮機(jī)，機(jī)組類型為往復(fù)活塞式H型水平對(duì)置平衡型壓縮機(jī)，三級(jí)壓縮，一級(jí)入口2 MPa，三級(jí)出口16.5 MPa，主要是為加氫爐子提供高壓氫氣。該壓縮機(jī)為臥式四列對(duì)稱平衡式壓縮機(jī)，一級(jí)2個(gè)缸，在一側(cè)，另一側(cè)為二級(jí)缸和三級(jí)缸，入口壓力2 MPa，出口壓力16 MPa，于2009年9月開始正常運(yùn)行。在2017年5月和2019年11月出現(xiàn)了突發(fā)性十字頭損壞故障，為避免不再出現(xiàn)第三次類似問題，通過查閱壓縮機(jī)圖紙資料、結(jié)構(gòu)分析和對(duì)各個(gè)零部件尺寸的測(cè)量，判斷出造成的具體原因。

2　故障現(xiàn)象

2.1 次故障現(xiàn)象

2017年5月此臺(tái)往復(fù)壓縮機(jī)在運(yùn)行過程中，曲軸箱側(cè)突然出現(xiàn)較大的異常響聲，拆檢發(fā)現(xiàn)非電機(jī)側(cè)一級(jí)十字頭銷擋板脫落，擋板緊固螺栓全部斷裂，錐形套脫出擠壓變形；小頭銷與錐形套間的調(diào)整環(huán)斷裂，十字頭滑履出現(xiàn)大面積劃痕，并且表面有磨損金屬嵌入到滑履上。大頭瓦表面偏磨，大頭瓦軸向推力面磨損（圖1）。

2.2 第二次故障現(xiàn)象

2019年11月該壓縮機(jī)出現(xiàn)同樣故障現(xiàn)象，打開壓縮機(jī)個(gè)氣缸中體的側(cè)蓋板，發(fā)現(xiàn)非電機(jī)側(cè)一級(jí)十字頭銷外側(cè)壓板防松螺栓松動(dòng)，內(nèi)側(cè)的壓板脫落，壓板螺栓斷裂，錐形套被擠變形。曲軸箱內(nèi)有斷裂的墊片，二級(jí)外側(cè)調(diào)整墊片已經(jīng)斷裂并有磨損痕跡，內(nèi)側(cè)墊片斷裂，磨損痕跡不明顯（圖2）。

3　原因分析

3.1 壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)

該壓縮機(jī)一共4缸，三級(jí)壓縮，具體級(jí)數(shù)分配（圖3）：往復(fù)壓縮機(jī)十字頭的受力主要是活塞桿的拉力、壓力以及連桿在水平方向的分力，自身與滑道的摩擦力；鉛錘方向受力主要是連桿在鉛錘方向分力以及自身重力，十字頭銷受力一般也是只有連桿方向的力?；钊B桿的軸向定位，基本都是采用利用連桿大頭瓦來進(jìn)行定位，控制連桿的軸向擺動(dòng)量，防止十字頭銷受到較大的軸向擺動(dòng)。該壓縮機(jī)十字頭銷裝到連桿小頭瓦中，兩端由2個(gè)錐形套固定，再安裝蓋板將錐形套壓緊，保證銷軸的位置（圖4）。

3.2 造成故障的直接原因

通過對(duì)壓縮機(jī)拆檢，發(fā)現(xiàn)該壓縮機(jī)非電機(jī)側(cè)一級(jí)和二級(jí)的連桿小頭瓦兩側(cè)各有一個(gè)調(diào)整環(huán)，電機(jī)側(cè)一級(jí)和三級(jí)的十字頭銷處無該調(diào)整環(huán)（如圖4圓圈處）。該車間另外2套裝置還有2臺(tái)同一廠家制造的壓縮機(jī)，結(jié)構(gòu)相同，在大修期間檢查十字頭處無墊片。壓縮機(jī)在運(yùn)行過程中，調(diào)整環(huán)碎裂的殘?jiān)淙牖纼?nèi)，造成滑履損壞，Z終調(diào)整環(huán)斷裂后，造成十字頭銷受力不均勻。

3.3 增加調(diào)整環(huán)的作用

一般如此大的往復(fù)壓縮機(jī)一般都采用連桿大頭端定位，具有側(cè)向定位的比壓小，潤滑良好，運(yùn)行平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)分別測(cè)量了4個(gè)缸相連的連桿大頭瓦的側(cè)間隙值見表1：根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)電機(jī)側(cè)一級(jí)和三級(jí)的大頭瓦兩側(cè)間隙值較小，查閱廠家提供的說明書標(biāo)準(zhǔn)，滿足運(yùn)行要求，而非電機(jī)側(cè)一級(jí)和二級(jí)一段的間隙值為13 mm，說明這2個(gè)連桿在軸向方向無定位。通過測(cè)量這2處十字頭、調(diào)整環(huán)、連桿小頭瓦的尺寸小頭瓦長度a=185 mm，十字頭內(nèi)寬度b=195.4 mm，調(diào)整環(huán)厚度5 mm，可計(jì)算出每個(gè)調(diào)整環(huán)的間隙0.2 mm，通過測(cè)量的數(shù)據(jù)可分析出非電機(jī)側(cè)一級(jí)和二級(jí)的連桿軸向定位是在小頭瓦處，通過增加調(diào)整墊片限制小頭瓦的擺動(dòng)，從而限制連桿大頭瓦的擺動(dòng)。

當(dāng)調(diào)整環(huán)出現(xiàn)斷裂脫落后，連桿軸向無定位，造成連桿運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)大幅擺動(dòng)，此時(shí)受力Z大的為十字頭銷兩側(cè)錐形套和壓板，Z終導(dǎo)致壓板螺栓斷裂，壓板掉落，錐形套擠變形的設(shè)備事故。

3.4 調(diào)整環(huán)損壞的原因

通過對(duì)調(diào)整環(huán)材質(zhì)分析，為球墨鑄鐵，其優(yōu)點(diǎn)就是強(qiáng)度、韌性高，有較好的耐磨性和減震性，在運(yùn)行過程中不會(huì)出現(xiàn)變形、彎曲等，但缺點(diǎn)是受力較大時(shí)出現(xiàn)斷裂。

3.5 增加調(diào)整環(huán)原因

分?對(duì)該壓縮機(jī)曲軸的曲拐寬度進(jìn)行測(cè)量，尺寸見表2。

上述數(shù)據(jù)可看出曲拐寬度數(shù)據(jù)有較大的偏差，分析曲軸在加工過程中出現(xiàn)加工失誤，將非電機(jī)側(cè)一級(jí)和二級(jí)曲拐寬度加工多了，而大頭瓦的寬度尺寸未變，造成連桿大頭瓦軸向無法定位，因此通過在連桿小頭瓦處添加墊片對(duì)連桿定位，來彌補(bǔ)加工失誤。

4　結(jié)論

往復(fù)壓縮機(jī)作為將曲軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橥鶑?fù)直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)械設(shè)備，由于承受交變載荷的作用，故障發(fā)生頻率相對(duì)較高，易損件也較多，因此在壓縮機(jī)設(shè)計(jì)的時(shí)候減少易損件數(shù)量能夠有效提高壓縮機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)。通過對(duì)壓縮機(jī)各零部件尺寸測(cè)量，分析出調(diào)整環(huán)的作用，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了該壓縮機(jī)出廠時(shí)的失誤，同時(shí)也是壓縮機(jī)運(yùn)行過程中的較大隱患。

參考文獻(xiàn)：

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來源：《壓縮機(jī)技術(shù)》2020