往復式壓縮機軸瓦燒研問題的解決方案

張士永 袁清璽 陳輝

摘 要：闡述往復式活塞壓縮機工作原理，對影響軸瓦工作的因素進行分析，并提出軸瓦磨損嚴重的問題提出相應的解決方案。

關鍵詞：往復式壓縮機;軸瓦;活塞;輕質化;改造

中圖分類號：TH457 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）09-0053-02

0 引言

往復式壓縮機是由活塞的往復運動來完成氣體的壓縮。在氣體的壓縮過程中，主軸瓦及大頭瓦分別起到支承曲軸和連接曲軸與連桿并傳遞力的作用，而活塞部件的重量影響著整體的往復慣性力，也影響著綜合活塞力，即軸瓦的比壓也會改變，過大的軸瓦比壓會使軸瓦的磨損速度急速增加。

1 活塞部件設計的基本原理

活塞與氣缸內壁及氣缸蓋構成容積可變的工作腔，在氣缸內作往復運動來實現氣體的壓縮。在活塞初步設計時既要保證活塞體的強度也要考慮整體的往復慣性力，綜合活塞力及軸瓦的比壓等等。

2 大頭瓦及主軸瓦燒研問題的分析及解決方案

某伴生氣壓縮機機組，其中B機組經常發生大頭瓦及主軸瓦燒研故障。根據現場情況及用戶提供的相應資料初步分析，連桿大頭瓦表面受到交替變化載荷作用，使軸承表面產生往復作用的拉應力、壓應力和剪切應力，最后形成疲勞破壞。經過一段時間的運行，軸瓦表面鍍層脫落，漏出底部合金層。

由于曲軸主軸頸變形（圓錐形）或機身主軸承孔變形，導致曲軸與一側先接觸，接觸的一邊承受了絕大部分的載荷，超出了油膜承載能力，造成了潤滑不充分現象的發生，加劇了軸承的磨損。

通過對現場零件的測繪及對原廠隨機資料的整理，找到了機組運動件的相關數據，機組實際轉速與活塞行程疊加后的活塞線速度為6.307m/s（原設計為6.26m/s）。機組較高的活塞線速度導致最大拉伸往復慣性力156KN，曲拐和十字頭銷負載率達到100%，機組沒有安全余量。另外，連桿大頭瓦承受的最大法向力為160KN，超過了機組允許值綜合桿載荷156KN，違反高速往復機所有運動部件受力不超過機組綜合桿載荷的設計基本原則，機組在此種工況下運行存在連桿瓦過早損壞的風險。動力學分析結果匯總見表1。

3 解決方案

為了改善機組的受力情況，需要從降低往復運動部件的質量入手，對原機組一級活塞體進行優化設計。經過分析，在不降低原運動件使用性能的情況下，機組的總往復質量大約可以降低21.7%，連桿大頭瓦軸瓦比壓可以降低14%，且低于20MPa。通過對活塞體進行輕質化設計，即優化結構以及整體材質改為ZL401，可以顯著改善軸瓦的受力狀況，提升軸瓦的疲勞壽命。考慮到曲軸磨損過大已無法修復直接更換新的曲軸。改造前后對見圖1、圖2，活塞輕質化后數據對比詳見表2。

通過對活塞進行輕質化處理，降低了往復質量并優化了原機型的設計，可以有效的改善軸瓦燒損的問題，截止目前為止，改造后的機組運行良好。

4 結語

壓縮機作為化工工藝中的關鍵設備，該壓縮機中存在的問題，國內其他壓縮機中也有部分存在，該解決方案對于其他壓縮機組一樣適用。壓縮機活塞部分一直以來都是壓縮機設計的重要部分，如何讓設備的效率達到最大，同時延長軸瓦的使用壽命始終都是設計長久以來的難題。

參考文獻

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