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        3Z4-1.67/150型氧氣壓縮機(jī)閥門故障分析

        2013-08-12 05:55:20
        河南科技 2013年11期
        關(guān)鍵詞:限制器閥片氣閥

        廖 武

        ( 廣西柳州鋼鐵( 集團(tuán)) 公司氣體公司,廣西 柳州 545002)

        0 引言

        氧氣壓縮機(jī)是工業(yè)氧氣生產(chǎn)的終端設(shè)備,其作用是將已經(jīng)生產(chǎn)出的氧氣按照用戶的需求壓縮、冷卻后,送入充填臺充瓶成品。因而它直接影響了產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量。在社會高速發(fā)展今天,眾多的企業(yè),特別是鋼鐵企業(yè)對氧氣的需求量越來越大,對氧氣的質(zhì)量要求也越來越高。只有使設(shè)備長期處于正常的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、減少故障時間和維修費(fèi)用,才能使企業(yè)在當(dāng)今社會的激烈競爭中占得優(yōu)勢。

        1 改造前后的3Z4-1.67/150 型氧氣壓縮機(jī)

        柳鋼氣體公司有多種氧氣壓縮機(jī):離心式、活塞式、葉片泵式、膜壓式以及活塞式,其中又以活塞式居多。

        1.1 3Z4-1.67/150 型氧氣壓縮機(jī)的工作原理

        氧氣從空分裝置生產(chǎn)出來后,由儲氣罐通過管道進(jìn)入壓縮機(jī)逐級壓縮,在冷卻器中冷卻,最后通過油水分離器將壓縮氧氣中的水分(或水甘油)析出,各級冷卻器浸于中間座冷卻水箱內(nèi),蛇行管式盤管繞于氣缸周圍。

        氣缸活塞環(huán)潤滑采用水甘油溶液(為6%~8%化學(xué)純甘油與92%~94%蒸餾水混合液)或蒸餾水,滴水器裝于一級氣缸頭上,一級氣缸吸氣時,蒸餾水隨著氧氣順序進(jìn)入各級氣缸,最后由油水分離器析出。

        氧氣壓縮機(jī)的油水分離器是采用物理分離法,因此對氧氣中的水分離并不能達(dá)到非常理想的效果,還使氧氣瓶易氧化損壞。

        若氧氣壓縮機(jī)在無水潤滑狀態(tài)下工作,則氣流流量提高,易提高產(chǎn)量、產(chǎn)品純度,使用效果好。

        因而,在幾年前,柳鋼氣體公司在資金、場地等多方面條件有限的困難條件下對3 臺小型氧氣壓縮機(jī)進(jìn)行了改造,由有水潤滑改造為無水潤滑。

        1.2 改造前后的氧氣壓縮機(jī)

        通過資料收集,對改造前后氧氣壓縮機(jī)更換的零件參數(shù)統(tǒng)計列出如(表1)。

        表1 改造前后氧氣壓縮機(jī)更換的零件參數(shù)統(tǒng)計表

        改造前 改造后一級最大工作壓力0.6MPa 3.6MPa二級最大工作壓力3.6MPa 7MPa三級最大工作壓力15MPa 15MPa

        1.3 改造后的氧氣壓縮機(jī)

        改造后的氧氣壓縮機(jī)在產(chǎn)品質(zhì)量方面有所提高,但對氧氣壓縮機(jī)本身來說,其故障率也不斷增長。近一年時間,該型號氧氣壓縮機(jī)的維修的次數(shù)已有多次,設(shè)備陳舊是原因之一,我們也可以從故障的多發(fā)處尋找其它主要因素。在6 臺氧氣壓縮機(jī)維修記錄中出現(xiàn)故障最多的就是二級壓力超高。查閱資料可根據(jù)溫度、壓力的變化對氣閥的故障做出判斷,并且還可以進(jìn)一步判明是吸氣閥還是排氣閥的故障。規(guī)律如(表2)得知,壓力超高原因多由閥門引起。

        表2 氧氣壓縮機(jī)的故障分析

        2 氧氣壓縮機(jī)的閥門

        活塞式氧氣壓縮機(jī)壓縮氣體是通過吸氣閥門和排氣閥門實現(xiàn)的,閥門的運(yùn)動部件有閥片和彈簧。因此,閥門卡住和斷裂、出現(xiàn)凹槽等常見問題也是由于閥片和彈簧造成的。

        2.1 氧氣壓縮機(jī)閥門的頻繁運(yùn)動

        運(yùn)轉(zhuǎn)中,發(fā)生閥門卡住的現(xiàn)象較少見,而閥門彈簧和閥片斷裂的故障則是經(jīng)常發(fā)生的。斷裂的原因主要是外載負(fù)荷引起的斷裂、磨損和腐蝕。閥片在工作中主要承受著重復(fù)的撞擊載荷。撞擊能量雖然并不大,但由于重復(fù)次數(shù)很多,氧氣壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速為190 轉(zhuǎn)/分鐘,則閥片按每天設(shè)備運(yùn)行8 小時計算也有91200 次撞擊,這種多次撞擊會引起閥片的疲勞破壞,發(fā)生徑向斷裂。彈簧在閥門全閉時承受安裝預(yù)壓縮力,在閥門全開階段,承受最大壓縮力。在氧氣壓縮機(jī)連續(xù)工作時,彈簧承受著脈動循環(huán)載荷,這種脈動循環(huán)載荷也會引起彈簧的疲勞破環(huán),發(fā)生斷裂。

        閥片和彈簧在不停運(yùn)動中不免要發(fā)生磨損,磨損后強(qiáng)度下降,使之更容易斷裂。

        被壓縮氣體對于閥片和彈簧的腐蝕作用,使閥片和表面出現(xiàn)麻點、凹槽等,引起應(yīng)力集中,在循環(huán)載荷作用下,使之容易斷裂。

        2.2 閥門中的彈簧

        閥門中選用的彈簧要求非常嚴(yán)格,它對閥片的彈力或高度都要一致,否則容易造成閥片的斷裂。

        彈簧是閥門中一個極其重要的部件。氣閥在全閉狀態(tài)下,彈簧將閥片頂在閥座上,起一部分密封力作用;當(dāng)閥片開啟時,彈簧的彈力隨著閥片的升起而逐漸增大,從而限制了閥片的移動速度,減少了閥片對升高限制器的沖擊;當(dāng)閥片關(guān)閉時,彈簧力克服缸體內(nèi)外氣體壓力差,將閥片及時關(guān)閉到閥座上。

        如果彈簧過硬,則彈簧力過大,那么閥片在全閉狀態(tài)下,彈簧對閥片的頂力也就相當(dāng)大。這樣,閥片開啟壓力就要增加,從而造成氣閥延遲開啟和開啟不全的現(xiàn)象;而在關(guān)閉時,閥片則有可能提前關(guān)閉。氣閥延時開啟和提前關(guān)閉及時開啟不全都會造成氣閥助力增加和輸氣量減小。

        相反,如果彈簧過軟,則彈簧力過小,那么閥片開啟壓力就相應(yīng)減小,從而會造成提前開啟和延遲關(guān)閉的現(xiàn)象。無論對于吸氣閥還是排氣閥,氣閥的延遲關(guān)閉都會使氣體倒流。這一方面要增加損失,另外一方面則會減少輸氣量,從而影響到氧氣壓縮機(jī)的生產(chǎn)能力和效率。

        另外,彈簧過軟,則對閥片在開啟過程中的緩沖作用減弱,加上延遲關(guān)閉造成的氣體倒流,這種倒灌氣流將使閥片以很大速度撞擊閥座,從而對閥片的耐用性極為不利。

        綜上所述,閥片與彈簧的損環(huán)是造成閥門失效的主要原因。在閥門故障的修理中,有95%以上都是有這類原因造成的,不是密封線出現(xiàn)凹槽,就是彈簧的過軟和四周高度不一致。

        3 改進(jìn)措施

        現(xiàn)在我們十分有必要對閥門的閥片和彈簧進(jìn)行分析。

        3.1 閥門主要部件的

        材料對于彈簧的過硬主要是由彈簧的材料所致。而過軟則由閥門長期使用所致,但也與材料有一定的關(guān)系,查閱資料可知如(表3)。

        表3 材料對彈簧及閥門的關(guān)系

        從閥門備件實物確認(rèn)各部件材料均無誤,因而排除材料因素。在2.1 內(nèi)容中已說明了造成彈簧過軟的原因是受到了長期、頻繁的脈沖循環(huán)載荷,而在將氧氣壓縮機(jī)有有水潤滑改為無水潤滑后,氧氣內(nèi)已不含水分而使氣缸內(nèi)溫度上升,這是加速彈簧疲勞破環(huán)的一個重要因素。

        3.2 新、舊閥門的對比

        以問題出現(xiàn)較多的三級進(jìn)氣閥門為例進(jìn)一步分析。對新、舊(已壞)三級進(jìn)氣閥門各一進(jìn)行比較如(表4)。

        表4 新、舊閥門的對比

        另外,新舊兩閥門有如下共同點:

        (1)彈簧放入限制器槽內(nèi)的活動余量2a 約為3mm(如圖1)。

        圖1

        (2)彈簧中圈直徑比上、下圈直徑稍大(如圖2)。

        圖2

        3.3 損壞原因分析及簡單處理方法

        在閥門運(yùn)行過程中,閥片頻繁的上下往復(fù)運(yùn)動,彈簧也會離開軸心位置而向一側(cè)偏移(如圖3)。這樣在閥片往下運(yùn)動時,彈簧中圈會被限制器邊緣(圖中A 處)擋住以使閥片右側(cè)不能順利下行,而左側(cè)則無此現(xiàn)象,因此產(chǎn)生了左低右高的不正常狀態(tài)。

        圖3

        閥片長期在這種狀態(tài)下運(yùn)動則會在B 處與限制器的限位段發(fā)生劇烈摩擦,使得限位段四周產(chǎn)生不一致的磨損程度,也自然會有彈簧四周高度高度不一致的現(xiàn)象。而閥片右側(cè)的提前關(guān)閉會使其與閥座密封線產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊而產(chǎn)生凹槽缺陷。

        簡單處理辦法,將彈簧底圈直徑擴(kuò)大到與中圈一致,使底圈與限制器邊緣的活動余量變小,而中圈也不會被邊緣卡住,這樣就可以大大降低新閥門使用不到1 小時就出現(xiàn)氧氣壓縮機(jī)壓力超高故障的次數(shù)。

        4 結(jié)束語

        本文是筆者對幾臺老設(shè)備常見故障的簡單分析,雖然只是小部件卻引起了整臺設(shè)備的故障停機(jī)。在社會高速發(fā)展今天,眾多的企業(yè),特別是鋼鐵企業(yè)對氧氣的需求量越來越大,對氧氣的質(zhì)量要求也越來越高。只有使設(shè)備長期處于正常的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、減少故障時間和維修費(fèi)用,才能使制氧企業(yè)在當(dāng)今社會的激烈競爭中占得優(yōu)勢。

        〔1〕《機(jī)械設(shè)計手冊》.化學(xué)工業(yè)出版社

        〔2〕《機(jī)械設(shè)計手冊》.機(jī)械工業(yè)出版社

        〔3〕《制氧工問答》.冶金工業(yè)出版社

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