龍 濤，任護(hù)國(guó)，袁宗澤，馬 鵬，邢 鑫，李春麗

(1.中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心，四川 綿陽(yáng) 621000；2.新疆博昌能源科技有限公司，新疆 哈密 839000)

1 引言

往復(fù)壓縮機(jī)在石油化工、航空航天、艦船交通等領(lǐng)域有著十分廣泛的應(yīng)用，在氣體壓縮領(lǐng)域占據(jù)著重要地位。隨著往復(fù)壓縮機(jī)運(yùn)行到一定年限，各類(lèi)問(wèn)題開(kāi)始頻發(fā)，及時(shí)的進(jìn)行主機(jī)大修，能系統(tǒng)的解決安全隱患，延長(zhǎng)其使用壽命，并能重新將往復(fù)壓縮機(jī)導(dǎo)向正軌，恢復(fù)其性能，減少后期維護(hù)成本，提高生產(chǎn)效率，節(jié)省資金。

2 壓縮機(jī)組簡(jiǎn)介

該高壓空氣站有5套往復(fù)壓縮機(jī)組，壓縮介質(zhì)為空氣，于2012年建成投產(chǎn)運(yùn)行至今。前級(jí)經(jīng)螺桿機(jī)增壓至1.5～1.9 MPa，再經(jīng)往復(fù)壓縮機(jī)四級(jí)壓縮，達(dá)到的22/32MPa 2個(gè)壓力等級(jí)，最后經(jīng)干燥器進(jìn)行干燥處理。

該往復(fù)壓縮機(jī)采用卡麥隆CFA34型活塞機(jī)，主要技術(shù)參數(shù)：壓縮級(jí)數(shù)4級(jí)；進(jìn)氣溫度≤50 ℃；最終排氣溫度≤60 ℃；1級(jí)吸氣壓力1.5～1.9 MPa；各級(jí)排氣壓力上限值3.9/8.6/21/32 MPa；潤(rùn)滑油壓力0.35～0.8 MPa；各級(jí)排氣溫度上限值150/150/150/120 ℃；排氣量(入口狀態(tài))45 N·m3/min；1列缸徑(三/四級(jí)3.00″/1.50″)，2列缸徑(二級(jí)3.875″)，3列缸徑(三/四級(jí)3.00″/1.50″)，4列缸徑(一級(jí)5.125″)。

3 往復(fù)壓縮機(jī)主要大修內(nèi)容及指標(biāo)

3.1 大修前存在的問(wèn)題

5套CFA34往復(fù)壓縮機(jī)組隨著運(yùn)行年限的增長(zhǎng)，流量逐漸降低，已由額定流量(入口狀態(tài))45 N·m3/min，1-5#分別將至(出口狀態(tài))35.9/35.6/36.1/34.8/35.6 N·m3/min。且該5套壓縮機(jī)組都存在二級(jí)排氣壓力及溫度偏高現(xiàn)象，大修前在22 MPa運(yùn)行模式下1-5#壓縮機(jī)組二級(jí)排氣壓力及溫度分別為8.2/7.95/8.64/8.07/8.10 MPa、141/140/149/142/140 ℃。且1#、2#、3#壓縮機(jī)組存在四級(jí)活塞環(huán)使用壽命急劇縮短，三級(jí)進(jìn)、排氣閥頻繁損壞，2#、4#壓縮機(jī)組存在高壓填料漏氣及曲軸箱主軸封漏油等現(xiàn)象。

3.2 大修涵蓋的內(nèi)容

針對(duì)該5套CFA34往復(fù)壓縮機(jī)組運(yùn)行中出現(xiàn)的一系列問(wèn)題，展開(kāi)設(shè)備大修。大修主要內(nèi)容包括：

(1)解體往復(fù)壓縮機(jī)主機(jī)，檢查運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，包括聯(lián)軸器、曲軸、軸承、連桿、中體、十字頭、活塞桿等，測(cè)量相關(guān)配合間隙并進(jìn)行探傷、修理、調(diào)整、更換磨損部件，裝配后重新測(cè)量相關(guān)數(shù)據(jù)，達(dá)到合格要求。

(2)檢查氣路元件，包括氣閥、氣缸、活塞體、填料函、氣水分離器、儀器儀表、安全閥等，進(jìn)行清洗、測(cè)量、研磨、修理、更換、校驗(yàn)等維修維護(hù)，裝配后重新測(cè)量相關(guān)數(shù)據(jù)，達(dá)到合格要求。

(3)檢查并處理機(jī)組各級(jí)管路振動(dòng)情況，對(duì)管卡、支架進(jìn)行相應(yīng)的緊固或焊接，對(duì)振動(dòng)較大的管道焊接口進(jìn)行探傷。

(4)檢查油路元件，包括曲軸箱油過(guò)濾裝置、加熱裝置、齒輪油泵、油過(guò)濾器、注油器、油分配塊等，進(jìn)行清洗、修理、更換等維修維護(hù)，并全部更換曲軸箱潤(rùn)滑油。

(5)檢查水路元件，包括各級(jí)間冷卻器、油冷卻器、水閥、儀器儀表等，進(jìn)行清洗、修理、更換、校驗(yàn)等維修維護(hù)。

(6)檢查電路及控制元件，包括電力電纜、電機(jī)、控制柜，測(cè)量相關(guān)參數(shù)檢查動(dòng)作、顯示等情況。

(7)檢查整機(jī)情況，包括機(jī)身水平、電機(jī)與活塞機(jī)對(duì)中、中體與機(jī)身對(duì)中、氣缸與中體對(duì)中等情況。

3.3 大修程序及技術(shù)要求

大修程序和技術(shù)要求如下：

(1)準(zhǔn)備必要的技術(shù)文件、圖紙資料，準(zhǔn)備好檢修工具、備件和輔助材料。

(2)切斷大修壓縮機(jī)組電源并掛牌禁動(dòng)，打開(kāi)放空閥，放空氣缸及管道內(nèi)余壓，關(guān)閉進(jìn)出水閥、打開(kāi)排水閥、放盡機(jī)內(nèi)余水，檢查是否符合檢修條件。

(3)拆卸壓力表、溫度表、安全閥、傳感器等儀器儀表，送校驗(yàn)機(jī)構(gòu)校驗(yàn)。

(4)拆除各級(jí)進(jìn)排氣管道，清洗水冷器、級(jí)間氣水分離器。用專(zhuān)用積碳清洗劑對(duì)管道內(nèi)壁進(jìn)行浸泡，浸泡完畢后用汽油進(jìn)行二次清洗，并用干凈的棉布在管道內(nèi)拖干。對(duì)振動(dòng)較大的管道焊接口進(jìn)行無(wú)損探傷檢測(cè)，并加固管道支架。水冷器氣路可用積碳清洗劑浸泡，浸泡完畢后用高壓水槍進(jìn)行二次清洗。水冷器水路可用弱酸進(jìn)行浸泡，以清除水垢，浸泡完畢后用自來(lái)水進(jìn)行二次沖洗，并用低壓干凈空氣進(jìn)行吹掃。

(5)拆卸各級(jí)進(jìn)、排氣閥，進(jìn)行拆解、檢查、修復(fù)。閥座密封面不得有腐蝕麻點(diǎn)、劃痕，閥座邊緣不得有裂紋、溝槽等缺陷，如很輕微麻面或劃痕可研磨消除，重新組裝后用煤油試漏，在1 min內(nèi)滲漏不得超過(guò)20滴，必要時(shí)更換氣閥。

(6)拆卸各級(jí)氣缸、活塞、活塞桿和填料函，對(duì)其進(jìn)行拆解、清洗、檢查、修復(fù)。檢查氣缸內(nèi)表面，應(yīng)光潔，無(wú)裂紋、氣孔、拉傷等缺陷，如有輕微擦傷或拉毛時(shí)，可用半圓形的油石沿氣缸內(nèi)表壁圓周進(jìn)行研磨修理或鏜缸處理，但當(dāng)表面拉傷超過(guò)圓周的1/4時(shí)，并有嚴(yán)重溝槽，溝槽深度大于0.4 mm，寬度大于3 mm時(shí)，應(yīng)更換氣缸或缸套；檢查氣缸內(nèi)徑，其圓柱度公差應(yīng)符合表1要求，否則應(yīng)更換氣缸或缸套。

表1 氣缸內(nèi)徑圓度及柱度允許范圍 單位：mm

檢查活塞體，其表面應(yīng)光滑，無(wú)磨損、劃傷、裂紋、變形等缺陷，檢查活塞與氣缸的安裝間隙(要求符合計(jì)算值：(0.005～0.02)Dmm，D為氣缸直徑)，必要時(shí)進(jìn)行修理或更換。檢查活塞桿，表面應(yīng)光滑，無(wú)劃痕、變色、變形，測(cè)量活塞桿直線(xiàn)度公差值(要求0.06～0.10 mm/m)，測(cè)量活塞桿圓柱度公差值(要求0.02～0.05 mm)，測(cè)量活塞桿最大磨損量要求不超過(guò)0.5 mm，用盤(pán)車(chē)的方式檢查活塞桿的擺動(dòng)度(要求擺動(dòng)值每100.mm行程應(yīng)小于0.02～0.04 mm，跳動(dòng)值應(yīng)小于0.03～0.05 mm)，檢查活塞桿螺紋，不得有變形、斷裂等缺陷，必要時(shí)進(jìn)行更換。

檢查填料函，更換各組密封填料和刮油環(huán)，新密封圈應(yīng)在活塞桿上用鉛丹油進(jìn)行對(duì)研，密封圈與活塞桿接觸面積應(yīng)達(dá)到70%以上，用涂色法檢查，接觸點(diǎn)不少于4～5點(diǎn)/cm2，密封圈填料的接口縫隙要求為2～4 mm，密封圈填料在填料盒內(nèi)的軸向間隙要求為0.20～0.25 mm，刮油環(huán)與活塞桿接觸面不得有溝槽、劃痕、磨損等缺陷，接觸線(xiàn)應(yīng)均勻分布且大于圓周長(zhǎng)的70%，疏通填料函油孔及冷卻水道，并在填料組裝完成后進(jìn)行冷卻水流通試驗(yàn)，要求水路暢通無(wú)泄漏。

更換各級(jí)活塞環(huán)，活塞環(huán)在活塞槽內(nèi)能活動(dòng)自如，用手壓緊時(shí)，活塞環(huán)應(yīng)高出活塞表面0.25～0.5 mm(注：該機(jī)型無(wú)支撐環(huán)，活塞環(huán)應(yīng)高出活塞表面)，并測(cè)量活塞環(huán)的側(cè)向間隙(符合公式(1)要求)；將活塞環(huán)單獨(dú)放入氣缸，活塞環(huán)與氣缸壁要求有良好的貼合，活塞環(huán)外徑與氣缸壁接觸線(xiàn)不得小于周長(zhǎng)的60%，在整個(gè)圓周上漏光不多于兩處，每處弧長(zhǎng)不大于25°，漏光處的徑向間隙允許值參照表2，并測(cè)量活塞環(huán)的接口間隙(符合公式(2)的要求)；活塞環(huán)的安裝時(shí)，相鄰兩活塞環(huán)的搭接口應(yīng)錯(cuò)開(kāi)90°(兩瓣環(huán))?；钊惭b完畢后，用鉛絲法檢查活塞端面與氣缸頭的間隙(要求曲柄端與杠頭端的間隙比為1∶2，一級(jí)活塞總間隙約3 mm)。

表2 活塞環(huán)與鏡面不貼合間隙允許值 單位：mm

活塞環(huán)的熱脹間隙按下列公式計(jì)算：

A=(2.8%～3.2%)D

(1)

S=0.01h+H9/d9

(2)

式中A—活塞環(huán)的街頭間隙，mm

D—活塞外徑，mm

S—活塞環(huán)在活塞槽中的側(cè)向間隙，mm

h—活塞環(huán)寬度，mm

H9/d9—基孔制間隙配合極限值，mm

(7)拆卸十字頭銷(xiāo)、連桿螺栓，取出十字頭和連桿，進(jìn)行拆解、清洗、檢查、恢復(fù)。檢查十字頭、十字頭銷(xiāo)、滑板及導(dǎo)軌，應(yīng)無(wú)裂紋、劃痕等缺陷。測(cè)量和調(diào)整十字頭滑板與導(dǎo)軌之間的間隙，使之符合要求(要求0.12～0.20 mm)。用涂色法檢查十字頭滑板與導(dǎo)軌的接觸情況，其接觸面積不小于全面積的70%。檢查十字頭銷(xiāo)，其直徑最大磨損不超過(guò)0.5 mm，圓柱度公差不小于0.03 mm。十字頭銷(xiāo)與連桿小頭瓦之間的間隙要求值按公式(3)、(4)計(jì)算襯套為銅合金

δ=(0.0007～0.0012)d

(3)

襯套為軸瓦澆注巴士合金

δ=(0.0004～0.0006)d

(4)

式中d—為十字頭銷(xiāo)直徑，mm

(8)對(duì)曲軸箱進(jìn)行拆解、清洗、檢查、修復(fù)。放盡曲軸箱內(nèi)潤(rùn)滑油，用汽油對(duì)曲軸箱進(jìn)行清洗，并用棉布擦拭干凈。拆下油過(guò)濾器，進(jìn)行更換。檢查曲軸、連桿、連桿螺栓及大小頭軸瓦不得有裂紋和明顯的劃痕等缺陷，瓦襯不得有燒瓦或脫層，測(cè)量曲軸水平度(要求不大于0.1 mm/m)，測(cè)量主軸頸徑向圓跳動(dòng)值(要求不大于0.05 mm)，測(cè)量主軸頸中心線(xiàn)與曲軸頸中心線(xiàn)平行度偏差(要求不大于0.003 mm/m)，測(cè)量曲軸中心線(xiàn)與氣缸中心線(xiàn)垂直公差值(要求不大于0.15 mm/m)，測(cè)量軸承與軸頸徑向間隙(要求0.10～0.13 mm)，測(cè)量軸承軸向間隙(要求止推軸承0.15～0.20 mm，支撐軸承0.60～0.90 mm)，檢查并更換曲軸箱主軸油封。

(9)脫開(kāi)電機(jī)電力電纜，測(cè)量電機(jī)絕緣，檢查維護(hù)電機(jī)軸承磨損情況，測(cè)量電動(dòng)機(jī)軸承端蓋間隙(要求1.5～2.5 mm)，加注電機(jī)潤(rùn)滑脂。

(10)測(cè)量聯(lián)軸器對(duì)中情況，徑向圓跳動(dòng)和端面圓跳動(dòng)值均不大于0.05 mm，必要時(shí)進(jìn)行平衡校正。

(11)按相反順序完成壓縮機(jī)各部位的恢復(fù)回裝，并記錄相關(guān)裝配數(shù)據(jù)。

(12)檢查機(jī)身水平，測(cè)量機(jī)體縱向和橫向水平度，其偏差不大于0.05 mm/m。

(13)檢查管路支架情況，對(duì)松動(dòng)管卡、管箍進(jìn)行緊固，更換順壞的管卡、管箍。

(14)恢復(fù)電源和冷卻水，打開(kāi)控制系統(tǒng)，檢查傳感器，必要時(shí)進(jìn)行更換。

(15)整理大修記錄，準(zhǔn)備調(diào)試機(jī)組。

4 大修遇到的問(wèn)題處理及分析

壓縮機(jī)各級(jí)壓閥罩變形嚴(yán)重，從閥腔內(nèi)取出困難。針對(duì)該故障對(duì)壓閥蓋螺栓緊固力矩進(jìn)行測(cè)試，并對(duì)壓閥罩材質(zhì)硬度進(jìn)行檢測(cè)。發(fā)現(xiàn)一、二級(jí)壓閥蓋螺栓緊固力矩為75 N·m，螺栓規(guī)格為1/2-13UNC，三級(jí)壓閥蓋螺栓緊固力矩為95 N·m，螺栓規(guī)格為5/8-11UNC。通過(guò)查詢(xún)手冊(cè)發(fā)現(xiàn)其緊固力矩偏大，重新調(diào)整一、二級(jí)壓閥蓋螺栓緊固力為65 N·m，調(diào)整三級(jí)壓閥蓋螺栓緊固力矩為85 N·m。對(duì)壓閥罩材質(zhì)硬度進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)其硬度偏軟。查詢(xún)資料發(fā)現(xiàn)該批次壓閥罩加工材質(zhì)為45#鋼，且未進(jìn)行熱處理，重新調(diào)整加工材質(zhì)為55#鋼，并進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。調(diào)整后的壓閥罩經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)多次安裝測(cè)試后，無(wú)變形現(xiàn)象。

在測(cè)量氣缸內(nèi)徑圓度及柱度時(shí)，發(fā)現(xiàn)1～5號(hào)壓縮機(jī)三四級(jí)氣缸套磨損嚴(yán)重，超過(guò)最大磨損允許范圍。氣缸套磨損超過(guò)允許范圍會(huì)導(dǎo)致活塞環(huán)漏氣及磨損加速，甚至發(fā)生卡環(huán)現(xiàn)象，導(dǎo)致進(jìn)排氣溫度上升，進(jìn)、排氣閥磨損加劇，排氣量下降等現(xiàn)象。故大修前5套壓縮機(jī)組流量偏低、二級(jí)排氣壓力及溫度偏高、四級(jí)活塞環(huán)使用壽命縮短等故障和三四級(jí)缸套磨損嚴(yán)重有關(guān)。在更換三四級(jí)缸套時(shí)發(fā)現(xiàn)2號(hào)壓縮機(jī)1列(四級(jí)缸套)，4號(hào)壓縮機(jī)1列(三級(jí)缸套)，以及4號(hào)壓縮機(jī)1列3列(四級(jí)缸套)缸套不能正常拔出。原因分析，由于前期該機(jī)型氣缸用潤(rùn)滑油選型有誤，造成三四級(jí)氣缸及管路嚴(yán)重積碳，并因介質(zhì)為壓縮空氣，三四級(jí)缸套與缸體長(zhǎng)時(shí)間銹蝕，導(dǎo)致缸套與缸體融為一體，且在拆出四級(jí)缸套時(shí)還發(fā)現(xiàn)其涂抹了大量的密封膠，也是導(dǎo)致其無(wú)法正常拔出的原因之一。處理辦法，拆下整個(gè)杠頭運(yùn)送至外加工廠(chǎng)用液壓機(jī)床直接壓出，其中2號(hào)壓縮機(jī)1列(四級(jí)缸套)，5號(hào)壓縮機(jī)1列(四級(jí)缸套)液壓機(jī)床也無(wú)法直接壓出，利用線(xiàn)切割將缸套切四道切口后再次用液壓機(jī)壓出。

拆卸1列3列缸頭后，發(fā)現(xiàn)高壓填料函下中體積液嚴(yán)重，且該處積液乳化嚴(yán)重并含有大量雜質(zhì)。該處積液可通過(guò)十字頭潤(rùn)滑油回油孔直接流入曲軸箱，導(dǎo)致曲軸箱潤(rùn)滑油污染。檢查發(fā)現(xiàn)該處預(yù)留有中體排污口，堵頭封死未接排污管，對(duì)其進(jìn)行重新接管，并增加排污閥門(mén)。

5號(hào)壓縮機(jī)4列十字頭巴士合金脫落嚴(yán)重。造成十字頭巴士合金脫落的原因有十字頭在滑道內(nèi)受力不均，十字頭潤(rùn)滑油通道堵塞或油道內(nèi)有金屬屑污物等。十字頭在機(jī)身滑道內(nèi)位置應(yīng)居中，并與整個(gè)機(jī)身滑道的中心線(xiàn)重合，否則就會(huì)產(chǎn)生十字頭在滑道內(nèi)歪斜跑偏的現(xiàn)象，引起敲擊和發(fā)熱。十字頭潤(rùn)滑油通道堵塞或油道內(nèi)有金屬屑，會(huì)致使滑道內(nèi)不能形成有效油膜，導(dǎo)致十字頭干磨發(fā)熱。針對(duì)該問(wèn)題重新更換十字頭，并檢查吹掃潤(rùn)滑油道，對(duì)該列氣缸、中體、機(jī)身重新找正定中心并檢查十字頭在滑道內(nèi)的位置，測(cè)量滑道間隙，另活塞桿與十字頭及連桿裝配后，檢查各部位有無(wú)“別勁”，十字頭與滑道的接觸面有無(wú)翹起，如存在對(duì)角間隙，表明十字頭可能跑偏，應(yīng)及時(shí)查明原因，予以調(diào)控校正。

3號(hào)壓縮機(jī)在試車(chē)時(shí)發(fā)生四級(jí)活塞環(huán)融環(huán)故障。檢查發(fā)現(xiàn)該四級(jí)缸套加工精度不達(dá)標(biāo)，缸套與缸體油孔錯(cuò)位，且三四級(jí)注油管接反，致使缸內(nèi)潤(rùn)滑油不足，最終導(dǎo)致高溫融環(huán)。重新更換缸套，調(diào)正油孔及正確接上注油管，重新試車(chē)工作正常。

5 大修前后數(shù)據(jù)對(duì)比

表3中列出了大修前后1～5#壓縮機(jī)二級(jí)排氣壓力、溫度及瞬時(shí)流量參數(shù)，其中參數(shù)一為大修前平均值，參數(shù)二為大修后平均值。 從表2可以看出經(jīng)過(guò)大修后，1～5#壓縮機(jī)二級(jí)排氣壓力、溫度偏高得到明顯改善，瞬時(shí)流量提升了10.5%～21.9%，使其運(yùn)行效率得到大幅提高。

表3 大修前后運(yùn)行參數(shù)

6 結(jié)語(yǔ)

大修是每臺(tái)往復(fù)壓縮機(jī)所必須的“保健理療”，通過(guò)大修的調(diào)整，能重新恢復(fù)壓縮機(jī)性能，能系統(tǒng)的解決安全隱患，延長(zhǎng)其使用壽命，并能重新將往復(fù)壓縮機(jī)導(dǎo)向正軌，減少后期維護(hù)成本，提高生產(chǎn)效率，為企業(yè)節(jié)省資金。本文介紹了CFA34往復(fù)壓縮機(jī)大修內(nèi)容、程序及技術(shù)指標(biāo)，分析了大修過(guò)程中遇到的問(wèn)題，提出了相應(yīng)的解決措施，為此類(lèi)壓縮機(jī)大修提供了參考。