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，現場磨損的現象，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，另一側為二級缸和三級缸，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月出現了突發性十字頭損壞故障，為避免不再出現第三次類似問題，通過查閱壓縮機圖紙資料、結構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 故障現象
2.1 次故障現象
2017年5月此臺往復壓縮機在運行過程中，曲軸箱側突然出現較大的異常響聲，拆檢發現非電機側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整環斷裂，十字頭滑履出現大面積劃痕，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 第二次故障現象
2019年11月該壓縮機出現同樣故障現象，打開壓縮機個氣缸中體的側蓋板，發現非電機側一級十字頭銷外側壓板防松螺栓松動，內側的壓板脫落，壓板螺栓斷裂，錐形套被擠變形。曲軸箱內有斷裂的墊片，二級外側調整墊片已經斷裂并有磨損痕跡，內側墊片斷裂，磨損痕跡不明顯（圖2）。
3 原因分析
3.1 壓縮機結構
該壓縮機一共4缸，三級壓縮，具體級數分配（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。活塞連桿的軸向定位，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，發現該壓縮機非電機側一級和二級的連桿小頭瓦兩側各有一個調整環，電機側一級和三級的十字頭銷處無該調整環（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，結構相同，在大修期間檢查十字頭處無墊片。壓縮機在運行過程中，調整環碎裂的殘渣落入滑道內，造成滑履損壞，Z終調整環斷裂后，造成十字頭銷受力不均勻。
3.3 增加調整環的作用
一般如此大的往復壓縮機一般都采用連桿大頭端定位，具有側向定位的比壓小，潤滑良好，運行平穩等優點。根據分別測量了4個缸相連的連桿大頭瓦的側間隙值見表1：根據測量的數據發現電機側一級和三級的大頭瓦兩側間隙值較小，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、調整環、連桿小頭瓦的尺寸小頭瓦長度a=185 mm，十字頭內寬度b=195.4 mm，調整環厚度5 mm，可計算出每個調整環的間隙0.2 mm，通過測量的數據可分析出非電機側一級和二級的連桿軸向定位是在小頭瓦處，通過增加調整墊片限制小頭瓦的擺動，從而限制連桿大頭瓦的擺動。
當調整環出現斷裂脫落后，連桿軸向無定位，造成連桿運行時出現大幅擺動，此時受力Z大的為十字頭銷兩側錐形套和壓板，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 調整環損壞的原因
通過對調整環材質分析，為球墨鑄鐵，其優點就是強度、韌性高，有較好的耐磨性和減震性，在運行過程中不會出現變形、彎曲等，但缺點是受力較大時出現斷裂。
3.5 增加調整環原因
分?對該壓縮機曲軸的曲拐寬度進行測量，尺寸見表2。
上述數據可看出曲拐寬度數據有較大的偏差，分析曲軸在加工過程中出現加工失誤，將非電機側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 結論
往復壓縮機作為將曲軸旋轉運動轉變為往復直線運動的機械設備，由于承受交變載荷的作用，故障發生頻率相對較高，易損件也較多，因此在壓縮機設計的時候減少易損件數量能夠有效提高壓縮機運行平穩。通過對壓縮機各零部件尺寸測量，分析出調整環的作用，同時也發現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：
[1] 孫炯明，安定綱.往復式壓縮機技術問答[M].北京：中國石化出版社，2018：5.
[2] 吳波，楊家鑫.往復壓縮機連桿穩定性分析[J].化工設計通訊，2019，45（3）：115.
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來源：《壓縮機技術》2020
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