壓縮機(jī)尾桿及填料泄漏分析

壓縮機(jī)尾桿及填料泄漏分析第1頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月一次機(jī)

(一)一次機(jī)基本情況介紹（二）一次機(jī)五段尾桿（三）填料函簡介及故障分析與處理（四）簡述一次機(jī)開車PE周鵬2014.05第2頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月(一).C1201概述增壓/一次壓縮機(jī)（PK1201）采用臥式對稱平衡式往復(fù)壓縮機(jī)（活塞）其型號為：8B6A-2.80,

C1201增壓/一次壓縮機(jī)共六段，1－3段為增壓機(jī)，4－6段為一次機(jī)，由一臺電機(jī)驅(qū)動，與主機(jī)配套提供冷卻器、分離器、電機(jī)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)以及保護(hù)壓縮機(jī)安全運(yùn)行的控制聯(lián)鎖系統(tǒng)。

一次壓縮機(jī)出口壓力28.50MPaG，氣缸出口法蘭及管道設(shè)計(jì)需要依據(jù)UHDE高壓標(biāo)準(zhǔn)。這種大流量、高壓力往復(fù)活塞式壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)制造及安裝，目前僅瑞士的BurckhardtCompression和意大利的GENuovoPignone兩家有經(jīng)驗(yàn)和成功使用業(yè)績。

增壓/一次壓縮機(jī)設(shè)計(jì)、制造、安裝采用的標(biāo)準(zhǔn)為API6185th，主電機(jī)功率為6300KW，2023/7/223第3頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月

C1201型號表示含義2023/7/224第4頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/225C1201結(jié)構(gòu)圖第5頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2C1201參數(shù)說明2023/7/226第6頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月C1201參數(shù)說明2023/7/227第7頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月(二)一次機(jī)五段尾桿

1、什么是壓縮機(jī)尾桿？2、為什么一次機(jī)五段要使用尾桿？3、使用尾桿會帶來什么不利因素？第8頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1、什么是壓縮機(jī)尾桿？壓縮機(jī)尾桿是指在雙作用活塞壓縮機(jī)當(dāng)中用來減小活塞力和增大反向角的一個(gè)部件。一般用于活塞桿與活塞桿直徑比較小的情況下。特別是在小缸徑在大壓比的工況下。第9頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月2、2為什么一次機(jī)五段要使用尾桿？（大慶）1、減小活塞力。2、增大反向角。反向角的定義活塞及所有傳動部件都受拉力和壓力，這個(gè)拉力和壓力使十字頭銷壓緊在連桿小頭瓦的一側(cè)，而另一側(cè)則出現(xiàn)間隙，使?jié)櫥驮趬毫ψ饔孟逻M(jìn)入該間隙，使?jié)櫥屠鋮s和潤滑該側(cè)的大半個(gè)十字頭銷和銅套，如果連桿水平方向上所受的合力只向一個(gè)方向，十字頭銷始終壓緊在銅套的一側(cè)，那么受壓一側(cè)始終沒有間隙，也就沒有潤滑和冷卻。因此機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，十字頭銷在水平方向上的合力必須變化，使兩側(cè)輪流得到潤滑和冷卻，這就是負(fù)荷反向的問題，而且這個(gè)反向必須保持一定的時(shí)間，使?jié)櫥湍軌虺浞值剡M(jìn)入以發(fā)揮作用，這個(gè)時(shí)間以曲柄轉(zhuǎn)角表示就是“反向角”。第10頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月壓縮機(jī)中的作用力有三種：壓縮機(jī)工作時(shí)壓縮氣體產(chǎn)生的氣體力和曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動時(shí)產(chǎn)生的慣性力（往復(fù)慣性力和旋轉(zhuǎn)慣性力）和磨擦力（往復(fù)摩擦力和旋轉(zhuǎn)摩擦力）。氣體力、往復(fù)慣性力、往復(fù)磨擦力都是沿著氣缸中心線方向作用，它們的代數(shù)和稱為為綜合活塞力第11頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月單作用綜合活塞力第12頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月雙作用氣缸綜合活塞力第13頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月第14頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2主要因素(1)壓縮機(jī)氣閥工作與負(fù)載狀況也會導(dǎo)致反向角的變化,壓縮機(jī)氣閥工作狀況的好壞與負(fù)載也是影響反向角的重要因素,因?yàn)樗鼪Q定著活塞桿所受氣體力的大小。假如氣閥尤其進(jìn)氣閥出現(xiàn)較嚴(yán)重的泄漏,作用在活塞上的氣體力將明顯減小;而排氣閥故障則可能造成排氣壓力過高,引起較大的氣體力。這些情況會引起反向角不符合設(shè)計(jì)要求,很可能造成連桿小頭襯套燒損。所以,一般壓縮機(jī)生產(chǎn)商對負(fù)荷曲線都有嚴(yán)格的規(guī)定,操作時(shí)必須嚴(yán)格遵守。（2)慣性力是個(gè)反向變化的力,它的增大使連桿負(fù)荷值和反向角都增大。往復(fù)運(yùn)動重量的大小對反向有直接的影響,如果活塞重量輕,慣性力就小,其反向的慣性力就可能不足以克服氣體力,從而不能保證要求的反向角。但是在設(shè)計(jì)中不能依靠增大往復(fù)運(yùn)動質(zhì)量來提高往復(fù)慣性力,從而有較大的反向角,因?yàn)橥鶑?fù)慣性力增加會引起機(jī)組的振動和噪聲增大。第15頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)氣缸缸徑與活塞桿的匹配會對反向角產(chǎn)生影響,特別是在小缸徑在大壓比的工況下,活塞將會產(chǎn)生較大的氣體力,引起無反向角或反向角過小。(4)余隙的大小也會引起綜合活塞力的分布,在壓比一定的情況下,余隙的大小決定了氣體膨脹過程的長短,因此其也會對反向角造成一定的影響。(5)單作用氣缸很容易產(chǎn)生無反向角,缸頭端作用比曲軸端作用更易造成無反向。對單作用氣缸來說,增加負(fù)荷將降低反向角,在非工作端增加負(fù)荷提高反向角。當(dāng)選擇承壓面積小的曲軸端作為工作端時(shí)工藝氣壓縮負(fù)荷小,而反向角增大但排量小;選擇缸頭端作為工作端使工藝氣壓縮負(fù)荷變大,也可能造成無反向角。第16頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月反向角改善的主要措施(1)對于高壓比、小缸徑的活塞,一般采用活塞尾桿結(jié)構(gòu),利用活塞尾桿使活塞兩端面受壓面積相等或接近來減小壓力,還要嚴(yán)格按規(guī)范選擇活塞的重量,定期檢查氣閥工作情況;(2)壓縮機(jī)運(yùn)行中應(yīng)避免工況出現(xiàn)大的波動,破壞活塞桿的負(fù)荷反向,導(dǎo)致連桿小頭襯套出現(xiàn)潤滑不良故障;(3)保證壓縮機(jī)的油路清潔和油品品質(zhì)達(dá)標(biāo);(4)壓縮機(jī)在工況調(diào)整時(shí)應(yīng)先理論分析其受力情況,計(jì)算反向角是否符合規(guī)定。第17頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月事故實(shí)例某壓縮機(jī)五級排壓27.5MP左右首次按照壓縮機(jī)組自動停機(jī)程序停機(jī)在停機(jī)過程中出現(xiàn)壓縮機(jī)機(jī)身超振動停機(jī)檢查，發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)五級氣缸十字頭十字頭鞋連桿連桿銅套十字頭銷等零件損壞。當(dāng)機(jī)組邏輯停機(jī)時(shí)，由于機(jī)組排氣高壓放空閥發(fā)生凍堵現(xiàn)象，導(dǎo)致五級卸壓不及時(shí)，而此時(shí)低壓放空三級出口回一級入口已經(jīng)打開，引起三級出口四級入口壓力降低進(jìn)而引起四級出口壓力，五級入口壓力降低而五級出口壓力由于放空管線凍堵并沒有及時(shí)下降。造成五級缸活塞桿反向角過小導(dǎo)致連桿襯套及十字頭銷孔缺乏足夠的潤滑從而被損壞。當(dāng)二級排出壓力由1.8MPA降至0.2MPA五級出口壓力由27.5MPa降至16MPa過程中，五級連桿會經(jīng)歷一段反向角小于30度的時(shí)間甚至出現(xiàn)反向角為0的情況，因而導(dǎo)致了連桿小頭瓦及十字頭銷孔缺乏足夠的潤滑，銅套局部溫度過高而被損壞的事故發(fā)生。第18頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月處理措施為了避免因五級卸壓不及時(shí)再次引起銅套損壞質(zhì)量事故，決定給五級出口放空閥配氣閥組和所有級間排污系統(tǒng)電伴熱，為提高五級排氣后冷的工藝氣溫度將空冷器散熱管在空冷器內(nèi)用巖棉保溫基本上解決上述質(zhì)量問題。第19頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月總結(jié)對于高壓縮比的大型往復(fù)活塞式高壓壓縮機(jī)，連桿反向角是一個(gè)顯得更為敏感的技術(shù)問題。在機(jī)組設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)充分考慮故障停機(jī)即沒有按照程序逐級卸載情況下反向角問題，采取平衡措施解決故障停機(jī)時(shí)反向角問題，因?yàn)闄C(jī)組運(yùn)行過程中故障停機(jī)是不可避免，尤其是對工況復(fù)雜高危場所的機(jī)組連鎖保護(hù)點(diǎn)多的機(jī)組質(zhì)量事故停機(jī)，更是經(jīng)常出現(xiàn)。所以解決這個(gè)問題在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)充分考慮現(xiàn)場因素進(jìn)行認(rèn)真的分析和計(jì)算以確保機(jī)組的安全平穩(wěn)運(yùn)行第20頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月3、使用尾桿會帶來什么不利因素？增加一個(gè)尾桿就多增加了一個(gè)密封面，而且加一個(gè)尾桿后，使得軸設(shè)計(jì)的比較長，因此，第五段是沉降最厲害的地方，極易損害填料密封。第21頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）填料函簡介及故障分析與處理第22頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月第23頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月3.1密封結(jié)構(gòu)壓縮機(jī)氣缸活塞桿塞填料是由多級密封元件組成,主要有密封填料、導(dǎo)向環(huán)、節(jié)流環(huán)、填料函和熱裝缸套等。熱裝缸套與填料函之間、填料函與填料函之間采用金屬與金屬的直接接觸密封,其密封表面為平面,采用特殊研磨處理,由螺栓提供緊固力。每組密封單元均為銅鋅合金制成的平面填料環(huán)密封元件,結(jié)構(gòu)見圖。低壓側(cè)為三瓣斜口填料環(huán),氣缸側(cè)為三瓣直口填料環(huán),而兩環(huán)之間通過定位銷確定相互位置,為有效密封,使各切口相互錯(cuò)開一定角度。填料環(huán)按一定要求裝填在填料函的腔內(nèi)。第24頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月填料環(huán)組的形式a單作用填料環(huán)型式特點(diǎn)：由一個(gè)徑向環(huán)和一個(gè)切向環(huán)組成；單作用密封；安裝時(shí)徑向環(huán)必須置于高壓側(cè)。應(yīng)用：標(biāo)準(zhǔn)的主密封環(huán)型式。第25頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月b雙作用填料環(huán)型式特點(diǎn)：由兩個(gè)切向環(huán)組成；雙作用密封。應(yīng)用：低壓和真空狀況；中間填料環(huán)第26頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月c脈動密封環(huán)型式特點(diǎn)：具有軸向/徑向分力，用于低壓密封。應(yīng)用：主填料盒法蘭側(cè)的漏氣密封；刮油填料盒法蘭側(cè)的脈動密封。第27頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月填料環(huán)的安裝間隙軸向間隙：保證填料環(huán)在環(huán)槽中能自由浮動；給環(huán)的受熱膨脹預(yù)留一定的空間，防止脹死。徑向間隙：保證填料環(huán)在環(huán)槽中能自由浮動，防止由于活塞桿的下沉使填料環(huán)受壓。切口間隙：補(bǔ)償填料環(huán)的磨損第28頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月填料環(huán)的裝配裝配彈簧只起到組裝分瓣式填料環(huán)的作用，氣體壓力使填料環(huán)貼緊在活塞桿上從而建立起密封。?密封環(huán)之間用銷/孔結(jié)構(gòu)固定相對位置，一個(gè)環(huán)的切口間隙由另一個(gè)環(huán)覆蓋，封閉了泄漏路徑。?填料環(huán)組在環(huán)槽中可以自由浮動，用來補(bǔ)償活塞桿的徑向擺動。第29頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2密封原理氣缸密封采用多組密封單元組成了一個(gè)串聯(lián)節(jié)流系統(tǒng),使泄漏乙烯經(jīng)節(jié)流環(huán)減壓后,再經(jīng)7組填料環(huán)密封減壓,每通過一道密封環(huán)就產(chǎn)生一次節(jié)流,總壓頭逐漸下降的同時(shí)泄漏量也隨之減少,以達(dá)到阻止泄漏的目的。在每個(gè)密封單元中兩填料環(huán)都是由彈簧提供徑向壓力對柱塞表面產(chǎn)生預(yù)緊,阻止泄漏乙烯沿柱塞表面泄漏。填料函之間及填料函與缸套間的密封是由特殊研磨處理的平面為密封面,由螺栓提供緊固力作為填料函密封面的密封壓力,阻止乙烯從該結(jié)合面泄漏。在填料函外部有冷卻水帶走熱量,避免填料和柱塞溫度升高。第30頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3故障分析與處理

一次機(jī)“非計(jì)劃停車原因”研究結(jié)果第31頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)活塞桿密封填料函的密封面通過對密封結(jié)構(gòu)和原理及實(shí)際運(yùn)行記錄的分析,發(fā)現(xiàn),在填料函密封面出現(xiàn)的主要問題是密封面表面顏色變深發(fā)藍(lán),過度磨損和裂紋產(chǎn)生導(dǎo)致填料函之間的密封面破壞而引起密封泄漏,其原因是疲勞損壞、密封面的微動磨損以及氣體滲透,導(dǎo)致填料函密封失效的重點(diǎn)危險(xiǎn)區(qū)域見圖第32頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月疲勞損壞是因?yàn)閴嚎s機(jī)氣缸柱塞填料函在工作狀態(tài)下,每完成吸氣和排氣的一個(gè)工作循環(huán),氣體壓力頻繁波動,使密封面直接承受一個(gè)非常大的脈動壓力。這樣在每個(gè)循環(huán)過程中填料函密封面會受到非常大的交變應(yīng)力作用,使密封函和氣缸產(chǎn)生很大的疲勞應(yīng)力,尤其是密封面上的承壓與非承壓區(qū)域之間不連續(xù)的部分會承受過高的壓力,在軸向上的載荷太大,這樣圖中接觸不連續(xù)的A點(diǎn)附近的接觸應(yīng)力峰值就會很高,該處會變成應(yīng)力源,容易發(fā)生疲勞破壞現(xiàn)象,由此開始產(chǎn)生疲勞裂紋。解決方案：盡可能的減少可能出現(xiàn)壓力集中的地方。譬如:)將斜切口的3瓣環(huán)改為6瓣環(huán)如圖所示,即由3個(gè)鞍形瓣和3個(gè)月形瓣組成,以消除直角過渡所產(chǎn)生的應(yīng)力集中,并不易折斷,此外,適當(dāng)提高兩環(huán)互相貼合處的定位可靠性,防止定位銷過早磨損或脫落使兩環(huán)對口而造成密封失效第33頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）填料盤研磨質(zhì)量由于填料盤的研磨不達(dá)要求，使得填料盤實(shí)際最大壓應(yīng)力超過許用應(yīng)力,造成了填料盤強(qiáng)度損壞。原因是按規(guī)范使用過填料盤應(yīng)通過研磨拋光,光學(xué)檢測儀檢驗(yàn)密封鏡面平面度誤差小于0.8μm,方可安裝使用。但是可能沒有光學(xué)檢測儀器,研磨機(jī)維護(hù)使用不當(dāng),研磨精度沒有達(dá)到要求,造成了填料盤強(qiáng)度損壞。填料盤裂紋與金屬咬合,使填料密封腔軸向間隙減少或消失,填料潤滑與補(bǔ)償性差,加劇了填料的磨損。實(shí)例：檢維修時(shí)填料函裝配的時(shí)候應(yīng)該嚴(yán)格按照規(guī)定來執(zhí)行。大慶最近一次檢修時(shí)，更換一次機(jī)第五段的填料函，出現(xiàn)填料函漏氣至冷卻水當(dāng)中。這可能是因?yàn)檠心ヌ盍媳鄣臅r(shí)候，研磨的不夠平整，導(dǎo)致填料函之間的密封面有泄漏第34頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月規(guī)范研磨機(jī)的操作程序,填料盤研磨前后都用刀口尺檢查研磨盤的平面度,平面度誤差≤5μm,否則及時(shí)利用對研工裝進(jìn)行修復(fù);使用石英光學(xué)平面檢測儀,對修理研磨的填料盤鏡面的平面度進(jìn)行檢測,確保干涉條紋少于2個(gè)光帶,即平面度誤差≤0.8μm,以確保填料盤的研磨質(zhì)量解決方案第35頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）潤滑導(dǎo)致

由注油器向填料函輸送的高黏度內(nèi)部潤滑油,充滿填料函內(nèi)部各元件和柱塞之間的間隙,在柱塞和填料表面形成油膜,保證柱塞和填料的良好潤滑,超量油向十字頭、缸頭方向流動。通過解體發(fā)現(xiàn),填料函中部的4#～6#盤密封鏡面損壞頻率較高,損傷部位是沿密封端面的油槽處向外擴(kuò)展,密封腔內(nèi)存在大量的積碳,填料環(huán)發(fā)黑、結(jié)垢、磨損嚴(yán)重。填料函兩端的0#～3#和8#盤密封腔均較干凈,填料環(huán)磨損較少。其原因是潤滑油自3#、5#、7#盤油槽第36頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月脈動注入,填料函中部的4#～6#盤內(nèi)部油不能象高壓側(cè)和低壓側(cè)內(nèi)部油一樣可隨柱塞的往復(fù)運(yùn)動被及時(shí)帶入氣缸或1#、0#填料盤回流孔回流。一方面當(dāng)注油量大于排油量時(shí),密封室內(nèi)部憋壓,當(dāng)內(nèi)壓足以抵消填料盤密封面閉合預(yù)緊力時(shí),造成填料盤端面上油溢流,形成沖蝕痕跡,不斷加深并向外擴(kuò)展,最終內(nèi)部油伴隨高壓氣體沿填料盤端面徑向泄漏至外部冷卻油處。另一方面潤滑油在填料函內(nèi)流通不暢,使柱塞與填料之間的摩擦熱不能有效散出,潤滑油溫升高、碳化,潤滑效果變差,加劇了填料環(huán)的磨損,并導(dǎo)致氣體軸向泄漏。解決措施：為避免柱塞中部填料潤滑油在內(nèi)部的積聚升溫和超壓,可以適當(dāng)減少內(nèi)部油的注油量，中間五號注油點(diǎn)應(yīng)該減少的的更多一些。第37頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）填料環(huán)損壞失效由于潤滑油質(zhì)量不好、油量不足、填料環(huán)的應(yīng)力腐蝕及低聚物的積聚所引起。尤其是在填料函內(nèi)積聚大量低聚物,在停車過程中若壓力下降過快,造成填料函中的高壓乙烯急劇泄漏發(fā)生節(jié)流膨脹,在填料函中產(chǎn)生制冷效果,冷凍后的低聚物非常堅(jiān)硬,積聚在填料函中的低聚物占據(jù)填料函間隙空間,使填料函內(nèi)部潤滑油存量顯著減少,潤滑效果明顯下降。低聚物還堵塞填料環(huán)與密封函