往复式压缩机活塞杆断裂处理 艾洪达摘要：通过分析往复式压缩机活塞杆断裂原因，提出防止活塞杆断裂的措施。Key：压缩机；活塞杆；活塞；故障分析；处理措施1、前言往复式压缩机通过驱动电机将曲轴、连杆的旋转运动转化为十字头、活塞往复直线运动，通过活塞在气缸行程容积内吸气、压缩、排气，达到提高气体压力。氢压机是离子膜装置氢处理的关键设备。该机型号为2D10-77.3/3-BX型氢气压缩机，利用压缩机提高氢气的压力，以使氢气加压输送。本机结构为对称平衡型、两列气缸水平分布在曲轴两侧，其特点是往复惯性力与惯性力矩平衡好。2、活塞杆断裂产生的现象自2007年装置開车以来该机运行平稳，但从2014年以后，连续三次发生一二级件活塞杆与十字头连接的弹性段部分断裂，活塞杆弹性段被拉长。2017年因二级活塞杆发生断裂，活塞撞缸盖，导致二段缸盖破碎、曲轴磨损、缸体部分螺栓断裂严重设备事故。3、活塞杆断裂产生原因分析3.1十字头安装不正确在设备安装中如十字头端面与十字头下滑道不垂直，活塞杆与十字头紧固后十字头下滑板只有前端与滑道接触，后端悬空。当压缩机运转后连杆作用力的分力使下滑板与滑道完全贴合，使活塞上翘。而活塞在本身重力作用下与气缸表面接触，造成活塞杆弯曲，产生弯曲外力与十字头联接的螺纹部位受力最大。其应力值与活塞杆所受循环应力最大值叠加，如超过许用应力值，则活塞杆将发生断裂。另连杆瓦、十字头、气缸、活塞等部件安装数据未达到检修
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要求，或长期使用磨损使各部间隙过大及联接螺栓松动，都会造成十字头等部位振动过大，使活塞杆承受附加外力作用，也可导致活塞杆产生裂纹断裂。3.3活塞支撑环磨损活塞在气缸中经过长期使用，活塞支撑环发生磨损，使活塞中心逐渐低于十字头中心。使活塞杆弯曲，活塞杆受弯曲外力作用，与十字头联接部位受力最大。而且磨损越大应力越大，其与循环应力综合作用使活塞杆断裂。3.4气缸进入异物或水击压缩机的气缸余隙均在几毫米，而气阀螺栓等气阀组件尺寸远远大于余隙尺寸。压缩机在运行中由于吸气阀螺栓松动后与阀组脱离，气阀组件吸入气缸或气阀因制造质量或材料疲劳破坏吸入气缸，造成活塞运动受阻，活塞杆所受拉力无限大，拉断活塞杆。压缩机在开机过程中入口气体中大量带液，或多级压缩机级间冷却分离器长时间未排油水，导致压缩机吸入大量液体，因液体不可压缩，且不能及时排出，导致活塞运动受阻而拉断活塞杆。3.5受力分析活塞杆在往复运动中受气体力、往复惯性力及往复运动的磨擦力作用。因该机的铸铝活塞在改造前，一级进口未设有气液分离器，导致压缩机在积液的状态下，活塞受电解液腐蚀，将铸铝活塞改为不锈钢活塞，压缩机工艺参数在活塞改进前后未发生变化，但往复惯性质量发生变化，较原来增加，活塞杆的直径未改变，经制造厂家对强度进行核算，活塞杆承受抗拉、抗压应力变大，在
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的应力上限范围，导致活塞杆疲劳强度循环次数下降，活塞杆弹性段在运行一段时间后变形被拉长，最后拉断。制造厂家在活塞材质改变后，设计没有充分考虑运行过程疲劳强度会降低所致。4、活塞杆断裂采取的处理方法4.1活塞的安装活塞在推入气缸前，应在活塞杆尾部套入保护套，以避免安装时刮伤填料密封。活塞安装时，应保证活塞环在环槽能自由转动，压紧活塞时，环应能全部沉入槽内，相邻活塞环的开口位置应互相错开。活塞环轴向间隙应符合标准。4.2活塞杆与活塞的连接活塞杆与活塞的连接一定要牢固准确，活塞杆的定位台肩与活塞的中心线垂直度符合要求，活塞的两端轴肩与活塞杆支撑面要配研，并按规定的紧固力矩紧固，两半活塞的结合面应贴合紧密不得出现内外圈的结合面的间隙，此点应十分注意，因为内圈结合面的间隙会产生交变应力，缩短活塞的寿命，而外圈的间隙造成活塞内部腔内进入压缩气体，使内部容积在一定程度上成为气缸的余隙容积，对压缩机的效率及活塞的寿命均有不良影响，因而组装活塞各部应仔细检查研合。此面的光洁度及硬度值要求较严，使用前应仔细检查，光洁度一般要求Ra0.8以上，否则易造成受力面拉毛，严重影响活塞杆的使用。4.3压力体液压紧固将手动油泵软管与压力体上接口相连。掀动油泵手柄，使油泵压力升至150MPa，在油压作用下环性活塞和压力体分别压向定位螺圈和活塞杆肩部，迫使活塞杆尾部发生弹性伸长变形，此时锁紧螺母与十字头颈部分开，再次用棒扳手旋紧锁紧螺母，紧固时可用小锤轻轻敲击棒扳手，以保证锁紧螺母与十字头颈部端面接触贴实，然后卸压，既完成第一次液压紧固。第一次液压紧固完成后，活塞杆尾部应在初始伸长状态下保持1小时，再进行第二次液压紧固。仍以150MPa压力与第一次相同方向进行。第二次液压紧固完成后，活塞杆尾部继续伸长状态下保持1小时，再进行第三次液压紧固。仍以150MPa压力与第一次相同方向进行。卸压后即完成液压紧固工作，全部完毕可投入使用。4.4测量十字头滑履与滑道间隙用外径千分尺测量十字头滑履的尺寸，用内径千分尺测量滑道的尺寸，并多点测量；两者差值即为滑履与滑道的间隙；十字头安装在滑道内后，用塞尺复测滑履与滑道的间隙（顶部间隙），该间隙应在范围内。4.5测量活塞前后止点间隙将缸体排气阀打开（前后各一个），盘动曲轴，用直径至少2mm以上的铅丝，在前后缸盖处压铅丝，铅丝变形后的厚度即为间隙值；在打压体打压三次后，复测前后止点间隙。4.6对受力的处理以上检查修理，没有发现该机组在安装过程中的问题，活塞杆断裂是活塞材质改变后，设计没有充分考虑运行过程疲劳强度循环次数降低所致。对此缺陷进行处理，对该机组一级进口增设气液分离器，防止气缸带液现象，一二级活塞由原来的不锈钢活塞改为铸铝活塞，降低压缩机的往复惯性质量，从而降低活塞杆与十字头连接的弹性段所承受的抗拉与抗压应力。综上所述只要严格执行检修规程，在安装前认真核对活塞杆各部尺寸，对螺纹、台阶等应力集中部位重点检查。在检修过程中活塞杆断裂是可以消除的，并定期用着色法进行表面探伤检查，来发现微小裂纹。设备出现振动异常时应立即停机检查，避免发生事故；设备开机前认真检查入口情况，避免带液，定时排放级间冷却分离器油水，防止水击；按规程要求定期更换活塞杆，避免其疲劳破坏等。Reference[1]《SHS01020-2004活塞式压缩机维护检修规程》中国石化出版社，2004版[2]2D10-77.3/3-BX型氢气压缩机使用说明书（作者单位：南京化学工业有限公司检维修部） -全文完-
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