往復壓縮機十字頭故障原因分析

李俊慶，黎曉勇，陳文忠，張國文，沈健

（中國石油獨山子石化分公司設備檢修公司煉油鉗工，新疆獨山子833699）

摘　要：進口往復壓縮機在2017年5月和2019年11月出現(xiàn)了同樣的故障，通過對十字頭間隙尺寸的測量，連桿大頭瓦各個間隙的測量，現(xiàn)場磨損的現(xiàn)象，分析出壓縮機出廠時由于加工問題，造成壓縮機存在運行隱患。

關鍵詞：大頭瓦；十字頭；往復壓縮機；連桿

1　引言

獨山子石化公司煉油廠200 t/a蠟油加氫裝置，有兩臺進口往復壓縮機，機組類型為往復活塞式H型水平對置平衡型壓縮機，三級壓縮，一級入口2 MPa，三級出口16.5 MPa，主要是為加氫爐子提供高壓氫氣。該壓縮機為臥式四列對稱平衡式壓縮機，一級2個缸，在一側(cè)，另一側(cè)為二級缸和三級缸，入口壓力2 MPa，出口壓力16 MPa，于2009年9月開始正常運行。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，通過查閱壓縮機圖紙資料、結(jié)構(gòu)分析和對各個零部件尺寸的測量，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月此臺往復壓縮機在運行過程中，曲軸箱側(cè)突然出現(xiàn)較大的異常響聲，拆檢發(fā)現(xiàn)非電機側(cè)一級十字頭銷擋板脫落，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月該壓縮機出現(xiàn)同樣故障現(xiàn)象，打開壓縮機個氣缸中體的側(cè)蓋板，發(fā)現(xiàn)非電機側(cè)一級十字頭銷外側(cè)壓板防松螺栓松動，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 壓縮機結(jié)構(gòu)

該壓縮機一共4缸，三級壓縮，具體級數(shù)分配（圖3）：往復壓縮機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行定位，控制連桿的軸向擺動量，防止十字頭銷受到較大的軸向擺動。該壓縮機十字頭銷裝到連桿小頭瓦中，兩端由2個錐形套固定，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

通過對壓縮機拆檢，發(fā)現(xiàn)該壓縮機非電機側(cè)一級和二級的連桿小頭瓦兩側(cè)各有一個調(diào)整環(huán)，電機側(cè)一級和三級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臺同一廠家制造的壓縮機，結(jié)構(gòu)相同，在大修期間檢查十字頭處無墊片。壓縮機在運行過程中，調(diào)整環(huán)碎裂的殘渣落入滑道內(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

一般如此大的往復壓縮機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，運行平穩(wěn)等優(yōu)點。根據(jù)分別測量了4個缸相連的連桿大頭瓦的側(cè)間隙值見表1：根據(jù)測量的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)電機側(cè)一級和三級的大頭瓦兩側(cè)間隙值較小，查閱廠家提供的說明書標準，滿足運行要求，而非電機側(cè)一級和二級一段的間隙值為13 mm，說明這2個連桿在軸向方向無定位。通過測量這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，可計算出每個調(diào)整環(huán)的間隙0.2 mm，通過測量的數(shù)據(jù)可分析出非電機側(cè)一級和二級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，從而限制連桿大頭瓦的擺動。

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

3.4 調(diào)整環(huán)損壞的原因

通過對調(diào)整環(huán)材質(zhì)分析，為球墨鑄鐵，其優(yōu)點就是強度、韌性高，有較好的耐磨性和減震性，在運行過程中不會出現(xiàn)變形、彎曲等，但缺點是受力較大時出現(xiàn)斷裂。

3.5 增加調(diào)整環(huán)原因

分?對該壓縮機曲軸的曲拐寬度進行測量，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，將非電機側(cè)一級和二級曲拐寬度加工多了，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連桿定位，來彌補加工失誤。

4　結(jié)論

往復壓縮機作為將曲軸旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橥鶑椭本€運動的機械設備，由于承受交變載荷的作用，故障發(fā)生頻率相對較高，易損件也較多，因此在壓縮機設計的時候減少易損件數(shù)量能夠有效提高壓縮機運行平穩(wěn)。通過對壓縮機各零部件尺寸測量，分析出調(diào)整環(huán)的作用，同時也發(fā)現(xiàn)了該壓縮機出廠時的失誤，同時也是壓縮機運行過程中的較大隱患。

參考文獻：

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來源：《壓縮機技術(shù)》2020