往復式壓縮機十字頭及其活塞環故障分析與處理

薄丹丹等

摘 要：本文對往復式壓縮機運行中出現的十字頭及其活塞環磨損現象進行分析，并闡述如何處理磨損故障。

關鍵詞：往復式壓縮機；活塞環；十字頭；故障；分析；處理

1.壓縮機簡介

本壓縮機型號為4M3.5-10.77/35，是一臺對稱平衡型往復式空氣壓縮機，四列四級壓縮，將壓力由常壓提高到3.5MPa。布置方式為單層平面布置。氣缸采用水冷卻系統強制冷卻、壓力循環潤滑，各列氣缸水平布置于曲軸兩側，具有動平衡性好，操作檢修方便等優點。其用途為一個小型污水處理廠提供壓縮空氣。

2.壓縮機十字頭及活塞環簡介

2.1 .壓縮機十字頭

十字頭是連接活塞桿與連桿的運動機件，在機身十字頭滑道內作往復運動，具有導向作用。十字頭的一端螺孔與活塞桿連接，借活塞桿螺紋的連接深度可調整活塞與氣缸蓋間死點間隙的大小。兩側裝有十字頭銷的錐形孔，十字頭銷用螺釘鍵固定在十字頭上，并與連桿軸套互相配合。本壓縮機十字頭是由QT60-2制成，滑板澆鑄錫基軸承合金。

2.2. 壓縮機活塞環

活塞環是密封汽缸工作面和活塞間縫隙的零件，活塞環裝入汽缸后，活塞環的彈力使之產生一個對汽缸壁的壓緊力。氣體通過間隙產生節流，于是在活塞前后產生一個壓差，活塞環被推向環槽壓力低的一側，阻止了氣體沿環槽斷面的泄漏。作用在環內表面的氣體壓力大于作用在環外表面的氣體的壓力。在壓力差的作用下，環被壓向汽缸工作表面，阻止了氣體沿著汽缸壁面泄漏。本壓縮機活塞環和支撐環均為無油潤滑原件，活塞環和支撐環采用賀爾碧格產品。

3 .活塞環及十字頭故障描述

3.1. 活塞環故障

此壓縮機從2010年3月開機后，前期開開停停無固定時限，曾經因為壓力不合格檢修氣閥時，正常檢查各部件時發現活塞環磨損嚴重，后按照機組隨機資料的標準更換活塞環后運行不到一個月就出現活塞環損壞，但支撐環屬于正常磨損的情況。最嚴重的是在2011年7月出現汽缸缸體嚴重噪音，緊急停機后檢查1.2.4級汽缸，發現磨損嚴重，各級活塞環嚴重磨損甚至斷裂后無殘留物，活塞有輕微拉傷，汽缸也拉毛。

3.2. 十字頭故障

在機組正常運行情況下，檢查顯示壓縮機出入口壓力和溫度、流量，電機電流、定子溫度、主軸承溫度，壓縮機主軸承溫度、填料溫度，潤滑油油溫和油壓，冷卻水的水壓和水溫，噪聲和振動等數據正常，但發現潤滑油箱體油體發黑，決定對其做一次例行檢查，在機組停機后打開十字頭處視鏡發現1級、2級、4級十字頭處有些許金屬碎屑，而3級十字頭在滑道和十字頭中間有大片夾雜物，各級十字頭拆卸后，檢查發現1、2、4十字頭下瓦面的巴式合金面有部分磨損的現象，瓦面有較深的凹槽，3級十字頭巴氏合金嚴重磨損。其他部件未見明顯傷處。

4. 故障檢查分析

4.1. 活塞環磨損斷裂分析

造成活塞環磨損和斷裂的主要因素有：

（1）疲勞損傷。

（2）偏向磨損。

（3）活塞環與汽缸的肩脊相擊，造成斷裂。

（4）活塞環熱膨脹間隙不合適，在正常工作中受熱后無膨脹余地而強行與汽缸壁磨檫。

4.1.1.檢查活塞環斷面

把壓縮機運行三年以來更換的活塞環進行集中比照，參考各個損壞的活塞環運行時間段后，發現損壞活塞環的時間不具有一定的規律性，判斷疲勞損傷的可能性不大。

4.1.2. 檢查活塞與汽缸的同軸度

我們最簡單可行的方法是裝好活塞環和支撐環后，用塞尺檢查活塞與汽缸的圓周間隙，經過檢查后發現圓周間隙基本都保持在2mm左右，無嚴重偏差。

4.1.3. 檢查汽缸的肩脊

通過在現場測量各部分數據后，確定活塞環在做往復運動過程中間不會與肩脊相擊，造成斷裂。

4.1.4. 檢查活塞環開口間隙

在把同型號同批次的活塞環裝入汽缸測量以后，發現活塞環的開口間隙只有2mm，經過計算后確認活塞環開口間隙最小應該在6mm左右，判斷開口間隙小是造成活塞環磨損和斷裂的因素之一。

4.2. 十字頭損壞檢查分析

由 4.2十字頭故障現象分析，出現故障的原因在十字頭部，可能由下列因素造成：

（1）十字頭巴氏合金面與滑道接觸不良，造成十字頭局部受力，摩擦嚴重而受損。

（2）有雜物或水介質進入潤滑油，造成潤滑不良。

（3）十字頭與滑道間隙超標，造成震動過大，十字頭磨損。

（4）十字頭巴氏合金脫落。

4.2.1. 檢查瓦面與滑道接觸面

由于舊的十字頭3級已完全報廢，利用其它級數的十字頭進行檢查發現瓦面有輕微劃痕，打磨處理了劃痕部位，使其與滑道配合，用著色法檢查其接觸面符合 70 %的安裝要求，排除瓦面與滑道接觸不良的因素。

4.2.2. 檢查潤滑油

由于此次十字頭損壞以后對潤滑油有嚴重的污染，潤滑油有大量雜質，油體發黑，并且含有少量的水分。

4.2.3. 檢查十字頭與滑道間隙

根據廠家提供的資料，十字頭與滑道的允許間隙值為 0.145～0.248。把十字頭裝入滑道實測其間隙全部在要求之內。

4.2.4 .檢查巴氏合金層

通過對其余三個比較好的十字頭進行煤油滲透后發現，在十字頭上發現不同程度的裂紋，用刮刀挑開后，巴氏合金會有一整塊掉落，判斷造成十字頭損壞的罪魁禍首主要是巴氏合金層脫落造成。

5. 故障處理

5.1.活塞環處理

更換廠家建議的新材質活塞環，將開口間隙調整到6mm左右，按照中石化檢修標準和廠家說明書進行檢查。

5.2.十字頭處理

5.2.1.更換新的十字頭，先用著色法探傷檢查有無裂紋，尺寸規格和舊件一致。

5.2.2.用著色法檢查保證滑履瓦面與滑道接觸面積 70 %以上，使滑履瓦面與滑道上間隙在 0.18 mm左右，安裝合格。

5.2.3.檢查油管線及其冷卻器，打壓合格后進行油運。

6.結論與認識

通過以上處理后進行試機，故障消失，機組順利通過了 100 %負荷試車，現已投入工藝運行1個月左右，運行參數全部正常。通過以上現象分析及處理，我們認識到需要加強設備現場巡檢，及時消除小問題，可以避免大故障。

參考文獻：

[1] 沈陽遠大壓縮機制造有限公司.4M3.5-10.77/35型新空氣壓縮機使用說明書.

[2] 廖傳華，朱延風，柴本銀.設備檢修與維護 中國石化出版社，2008年7月第一版.

[3] 王福利 壓縮機組 中國石化出版社 2007年7月第一版.