往復(fù)壓縮機(jī)十字頭故障的原因分析及處理

1、往復(fù)壓縮機(jī)十字頭故障的原因分析及處理王天軍 （中國(guó)石化中原石油化工有限責(zé)任公司 河南 濮陽(yáng) 457000）摘要 本文介紹了變壓吸附制氫裝置原料氣壓縮機(jī),十字頭頻繁出現(xiàn)故障的原因分析及最終解決方法，保證了該機(jī)組的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。關(guān)鍵詞 往復(fù)壓縮機(jī)；十字頭；故障；分析；處理一、 前言往復(fù)式壓縮機(jī)的十字頭是連接做搖擺運(yùn)動(dòng)的連桿和做往復(fù)運(yùn)功的活塞桿的部件, 直接把曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為活塞的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng),并在滑道上起導(dǎo)向作用。它所受到的綜合活塞力和往復(fù)慣性力比較復(fù)雜，連接十字頭與連桿的十字頭銷是主要的受力零件。經(jīng)驗(yàn)表明, 十字頭銷是壓縮機(jī)中容易損壞的零件之一。文章對(duì)變壓吸附制氫裝置中的原料氣壓縮機(jī)，在運(yùn)

2、行初期頻繁發(fā)生的十字頭銷退出銷孔故障，進(jìn)行了原因分析，提出了解決方案，并徹底解決了這一問(wèn)題。二、 壓縮機(jī)概況圖1 壓縮機(jī)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，變壓吸附制氫裝置的原料氣壓縮機(jī)為往復(fù)式，型號(hào)為DW-56/2.2-9，采用對(duì)稱平衡式結(jié)構(gòu)，二級(jí)壓縮。它擔(dān)負(fù)著對(duì)甲烷氫原料進(jìn)行增壓的任務(wù)，是制氫裝置的心臟，位號(hào)是C0101A/B，一開(kāi)一備。主要參數(shù)和規(guī)格如下：項(xiàng)目單位數(shù)據(jù)或規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)氣量Nm3/min9619吸氣壓力MPa0.22吸氣溫度25最終排氣壓力MPa0.9主軸轉(zhuǎn)速r/min373壓縮級(jí)數(shù)2氣缸直徑mm650/480壓縮機(jī)軸功率Kw496電機(jī)額定功率Kw560名義活塞力KN120實(shí)際活塞力KN104

3、活塞行程mm280運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)潤(rùn)滑方式壓力油潤(rùn)滑氣缸填料潤(rùn)滑方式無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)十字頭由十字頭體、上下滑履及十字頭銷等零件組成，如圖2所示，十字頭體由碳鋼鑄成，滑履由球墨鑄鐵表面澆注巴氏合金而成，并用螺栓與十字頭固定，連接成一體。滑履與十字頭之間裝有墊片，檢修時(shí)可以調(diào)整。十字頭銷采用圓柱加錐形單螺栓結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為38CrMoAIA。圖2 改造前的十字頭結(jié)構(gòu)三、故障描述和原因分析 該壓縮機(jī)投用以后，頻繁發(fā)生故障，主要是十字頭銷螺母經(jīng)常松動(dòng)，造成了很大的安全隱患，并發(fā)生一次跳車事故，嚴(yán)重影響了裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。C0101A臺(tái)壓縮機(jī)運(yùn)行一個(gè)半月后（2004.7.15），突然發(fā)生跳車事故，經(jīng)拆檢發(fā)現(xiàn)十字頭損壞、

4、十字頭銷已掉出銷孔、十字頭銷固定螺栓斷裂、連桿斷裂。初步分析認(rèn)為，是固定十字頭銷的螺母先松動(dòng)，螺栓斷裂，造成十字頭銷退出銷孔，卡在十字頭軌道上瞬間將連桿拉斷，并造成跳車。原因可能是裝配質(zhì)量（十字頭銷螺母上緊扭矩不夠或十字頭銷錐面與十字頭銷孔接觸面積不夠）所致，據(jù)此采取了以下措施：一是確認(rèn)十字頭銷錐面與十字頭孔接觸面積在90以上，螺母的上緊扭矩達(dá)到要求的2000NM；二是每半個(gè)月定期切換停機(jī)檢查螺母的松動(dòng)情況；三是舉一反三，對(duì)B臺(tái)壓縮機(jī)也進(jìn)行同樣的檢查。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，既使保證了十字頭銷的接觸面積和固定螺母的扭矩，兩臺(tái)機(jī)組在運(yùn)行一段時(shí)間后仍均出現(xiàn)了防松墊被剪斷、螺母松動(dòng)的情況。因?yàn)槭诸^銷是十字頭組件

5、的重要零件，其受力非常復(fù)雜，所以對(duì)其型式以及固定方式的選用也比較嚴(yán)格。十字頭銷有圓錐形(圖3)、圓柱形(圖4)以及一端為圓柱形而另一端為圓錐形 (圖5)等三種型式。圖3 圓錐形十字頭銷圖4 圓柱形十字頭銷 圖5 一端為圓柱形另一端為圓錐形的十字頭銷浮動(dòng)圓柱銷制造簡(jiǎn)單，磨損均勻，但工作時(shí)沖擊較大，一般用于中小型壓縮機(jī)。固定圓錐銷，中段為圓柱體，與銅套配合，承擔(dān)全部活塞力，兩端與十字頭孔配合處為圓錐形，錐度為1/10-1/20，用螺栓或壓板固定，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，主要用于活塞力大于5.5×104N的大型壓縮機(jī)上。本文所述壓縮機(jī)十字頭銷所采用的型式即為固定圓錐銷，小頭用單螺母加防松墊進(jìn)行固定（

6、如圖2所示）。由于錐形十字頭銷，運(yùn)行中錐體部分存在較大軸向力，而圓柱部分主要受到橫向剪切力，這兩部分的力隨著機(jī)組的往復(fù)運(yùn)行都是交變，且?guī)в袥_擊的，所以對(duì)銷子軸向固定的可靠性要求很高，該壓縮機(jī)原采用的單螺母固定，軸向力直接作用到螺母上，在十字頭的往復(fù)運(yùn)動(dòng)劇烈沖擊下，很容易松動(dòng)，即使采用了防松墊，但其防松的強(qiáng)度不足以達(dá)到完全防松的目的。為此，經(jīng)與設(shè)計(jì)單位共同研究，決定對(duì)十字頭進(jìn)行改造，如下圖6所示： 圖6 改造后的十字頭結(jié)構(gòu) 十字頭銷仍采用中間圓柱加兩頭錐形結(jié)構(gòu)，大頭采用壓蓋外加四條M12的螺栓進(jìn)行軸向固定，螺栓的六角頭用3的制動(dòng)鐵絲進(jìn)行連接，防止螺栓松動(dòng)。這樣，十字頭銷軸向力直接作用不到螺栓，而是直接作用到壓蓋上，實(shí)踐證明，這種結(jié)構(gòu)型式對(duì)十字頭銷的軸向固定是可靠的。2007年改造投用至今，運(yùn)行平穩(wěn)，徹底解決了這一困擾多年的安全隱患。四、結(jié)論：關(guān)于十字頭銷型式及其軸向定位方式的選用，有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范上盡管沒(méi)有嚴(yán)格的規(guī)定，但筆者認(rèn)為采用壓蓋進(jìn)行軸向定位比較可靠。這樣可以將十字頭銷的軸向力進(jìn)行分散，大大改善了軸向力全部集中在單個(gè)螺栓的狀況。參考文獻(xiàn)：1、DW-56/2.2-9原料氣壓縮機(jī)使用說(shuō)明書(shū)（上海壓縮機(jī)廠2003.7曾榆 編制）2、SHS 010