陳吉光

（大慶石化公司煉油廠維修車間，黑龍江 大慶 163000）

1 案例簡述

根據(jù)課題的研究需求以及研究目的，選擇某石化煉油廠的往復(fù)式壓縮機(jī)作為研究樣本展開研究。該石化煉油廠2003年投用的上海德萊賽蘭公司生產(chǎn)的3臺三級壓縮機(jī)設(shè)備，用于提高新氫系統(tǒng)壓力。該壓縮機(jī)為三缸體壓縮機(jī)，其中左側(cè)為一個一級缸體，右側(cè)為一個二級及一個三級缸體，總體呈非結(jié)構(gòu)。設(shè)備自投入使用后始終穩(wěn)定運(yùn)行，2007年5月在沒有任何故障征兆的前提下，突發(fā)性十字頭損壞，維修后與2009年11月再次損壞，該設(shè)備符合慣性十字頭故障特征，與課題研究方向相同，故選擇其為課題的研究樣本，展開研究。

2 案例分析

2.1 故障現(xiàn)象

該廠往復(fù)式壓縮機(jī)設(shè)備字2003年引入后一直穩(wěn)定運(yùn)行，2007年的5月，巡檢員工發(fā)現(xiàn)設(shè)備在運(yùn)行過程中出現(xiàn)了極大的異常響動，停機(jī)后進(jìn)行拆解檢查，發(fā)現(xiàn)電機(jī)對側(cè)十字頭銷板脫落，固定螺絲嚴(yán)重彎曲或已經(jīng)斷裂，錐形套損壞，調(diào)整環(huán)斷裂，金屬履損壞，大頭瓦嚴(yán)重偏磨。

2007年設(shè)備故障維修結(jié)束后，回復(fù)正常運(yùn)行2009年11月再次出現(xiàn)了相同狀況，再次進(jìn)行拆解檢查，發(fā)現(xiàn)電機(jī)對側(cè)十字頭側(cè)蓋板螺栓松動，壓板脫落，壓板螺栓松動，錐形套損壞。

2.2 故障診斷

（1）診斷步驟。基于故障表象初步判斷是由于十字頭銷受力異常造成的故障，對其診斷可以分為如下三部分。其一，在實驗室環(huán)境下對十字頭進(jìn)行模擬受力分析，對十字頭銷受到的應(yīng)力進(jìn)行綜合分析，重點對綜合活塞應(yīng)力、往復(fù)慣性力以及二者的合力分析，并對曲軸轉(zhuǎn)角和氣缸壓力參數(shù)進(jìn)行測量，以求提高綜合活塞力和合力的計算質(zhì)量。其二，根據(jù)測量結(jié)果繪制十字頭的負(fù)載曲線，負(fù)載曲線應(yīng)涵蓋綜合活塞力、往復(fù)慣力以及合力共三條曲線。其三，利用負(fù)載曲線分析工作中十字頭的實際受力情況，進(jìn)行故障診斷。

（2）壓力信號的測取。在該往復(fù)式壓縮機(jī)設(shè)備中，十字頭受到的綜合活塞壓力主要來自于氣缸內(nèi)的氣體壓縮產(chǎn)生的壓力，壓力信號的獲取精度對壓力測量以及應(yīng)力測量均有直接的關(guān)聯(lián)，并對最終的故障分析結(jié)果存在影響，為了提高分析結(jié)果的精度，實驗研究中構(gòu)建了引壓通道，將缸體內(nèi)壓力引入，然后通過隔離閥以及壓力傳感器等設(shè)備進(jìn)行動態(tài)的壓力信號獲取。近年來生產(chǎn)的往復(fù)式壓縮機(jī)設(shè)備，為了便于壓力檢查，會在制造中預(yù)留取壓口，但2010年前生產(chǎn)的往復(fù)式壓縮機(jī)設(shè)備均需要建立引壓通道來進(jìn)行壓力信號的獲取，在引壓通道的構(gòu)建中應(yīng)注意避免通道長度過長，導(dǎo)致壓力信號反應(yīng)滯后降低壓力精度，也要注意直徑的選擇。具體選擇方法如下。

①通道位置的選取。通道位置的選擇一般有兩種方法及標(biāo)準(zhǔn)，其中是最為直接便捷的方法，在氣缸壁的適當(dāng)位置直接開槽，并安裝封隔器，隨后連接壓力傳感器，進(jìn)行壓力信號的動態(tài)獲取。該方法簡單直接，取壓距離最短，信號最為準(zhǔn)確，但該方法也存在明顯的缺陷，由于需要在氣缸上開孔，導(dǎo)致對氣缸造成損壞，對氣缸密閉性以及后期工作性能均會造成影響。第二種方法在氣閥位置進(jìn)行開孔，將氣體放入導(dǎo)管中，導(dǎo)管另一端連接壓力傳感器，實現(xiàn)壓力信號的獲取，該方式不會破壞氣缸，但由于流程存在泄壓可能，測量結(jié)果精度不高。為了保護(hù)氣缸性能和使用壽命，一般都選用第二種方式進(jìn)行通道構(gòu)建。

②通道直徑的選擇。通道直徑?jīng)Q定最終的壓力獲取精度，一般要求通道共振頻率要大于轉(zhuǎn)速的100赫茲，以求最大限度降低壓力共振對壓力信號造成的影響，減少壓力信號的失真概率。

2.3 原因分析

（1）壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)。該壓縮機(jī)為三缸結(jié)構(gòu)，最高壓缸等級為三級。

在往復(fù)式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)中，十字頭配件是主要的承力部件，這也是損壞概率的根本原因之一。十字頭承受的應(yīng)力主要來自于活塞連桿的拉力以及來自水平方向的連桿壓力，也存在因設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的摩擦力。十字頭銷受力一般是由連桿帶來的水平拉力。案例中壓縮機(jī)連桿通過連桿大頭瓦進(jìn)行定位，降低十字頭的軸向擺動。

（2）故障原因分析。經(jīng)過設(shè)備拆解以及檢測分析，確定設(shè)備的故障原因，壓縮機(jī)電機(jī)對稱十字頭配套部件損壞十分嚴(yán)重，壓縮機(jī)在運(yùn)行過程中十字頭墊片磨損速度較快，在完全磨損后導(dǎo)致調(diào)整環(huán)損壞，環(huán)體殘片落入設(shè)備滑道中，逐步損壞滑履，造成十字頭長期在不均勻受力狀態(tài)下運(yùn)行，最終損壞。

目前大型往復(fù)壓縮機(jī)多數(shù)都采用對連桿大頭段進(jìn)行固定的設(shè)計結(jié)構(gòu)，以求提高系統(tǒng)的潤滑效果以及運(yùn)行穩(wěn)定性。根據(jù)案例中設(shè)備的詳細(xì)參數(shù)信息得知，設(shè)備電機(jī)側(cè)一級和三級大頭瓦兩端間隙值較小，查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料以及廠家提供的參數(shù)資料可以確定該間隙滿足運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。但非電機(jī)側(cè)的二級間隙為13mm間隙過大，可以認(rèn)定其沒有進(jìn)行軸向的方向定位處理。隨后對兩處十字頭以及調(diào)整環(huán)、連桿小頭瓦、調(diào)整環(huán)厚度進(jìn)行測量，計算出每個調(diào)整環(huán)的間隙為0.2.因此可以通過增加調(diào)整墊片的方法減少內(nèi)部擺動。

在設(shè)備運(yùn)行中調(diào)整環(huán)斷裂后，連桿會出現(xiàn)軸向無定位的現(xiàn)象，擺動幅度增加，運(yùn)行中所受應(yīng)力也不斷加大，最終因磨損加劇造成了壓板螺栓斷裂逐步引發(fā)十字頭損壞的事故。

3 處理措施

3.1 調(diào)整環(huán)優(yōu)化

通過對調(diào)整環(huán)進(jìn)行檢測分析，得出如下結(jié)論，設(shè)備使用的調(diào)整環(huán)是球墨鑄鐵結(jié)構(gòu)，該材料優(yōu)劣勢均十分明顯，優(yōu)勢在于相比其他材料具有更高的硬度、強(qiáng)度，在使用中具有極強(qiáng)的耐磨能力，減振性能也十分優(yōu)秀，不容易出現(xiàn)彎曲等形變，具有較強(qiáng)的運(yùn)行穩(wěn)定性以及使用壽命，但其也具明顯的缺點，由于韌性較低，形變極限低，在受到較大應(yīng)力時會出現(xiàn)斷裂。因此可以優(yōu)化調(diào)環(huán)的鑄造材料，提高整體韌性以抗沖擊能力，降低其發(fā)生鍛煉損壞現(xiàn)象的概率，從而減少十字頭損壞的事故發(fā)生。

3.2 在連桿小頭瓦位置增加墊片

在對設(shè)備故障后的檢測分析中發(fā)現(xiàn)曲拐寬度存在偏差，說明設(shè)備曲軸在加工過程存在一定的品控問題，加工整體誤差較大，非電機(jī)一側(cè)尺寸誤差明顯，間隙過大，導(dǎo)致連桿大頭軸向定位出現(xiàn)問題，因此可以根據(jù)實際情況在連桿小頭位置增加墊片，來對設(shè)備的先天缺陷進(jìn)行有效彌補(bǔ)，提高運(yùn)行穩(wěn)定性，降低十字頭故障的發(fā)生概率。

4 結(jié)語

往復(fù)式壓縮機(jī)通過曲軸、連桿等機(jī)械結(jié)構(gòu)，將電機(jī)提供的旋轉(zhuǎn)動力，轉(zhuǎn)換為活塞的往復(fù)直線運(yùn)動，達(dá)到增加的目的。十字頭在工作過程中需要承擔(dān)較大的應(yīng)力，承受交變載荷的作用，因此整體故障較高，本文以實際案例作為研究樣本分析了常見故障以及故障的檢測方法，并提出對應(yīng)的解決策略，但研究層面相對狹窄，僅僅針對單一故障，沒有對故障之間的相互影響進(jìn)行協(xié)同分析，需要進(jìn)一步分析和完善。