基于實踐性的檢修活塞氧壓機

滕志功，陳天財，王恒謙

（白銀有色集團股份有限公司 銅業公司，甘肅 白銀 730900）

0 引言

ZW-9.5/15活塞氧壓機在整個制氧空分設備中起著關鍵作用，綜合車間的氧氣使用都需要活塞氧壓機來提供?；钊鯄簷C主要起到把低壓氣體變成高壓氣體的作用，主要是通過吸氣、壓縮和排氣這3個過程來實現氧氣的壓縮工作。壓縮的過程主要是經過活塞從下方止點向上運動，吸氣和排氣閥處于關閉的狀態，氣體則是在密閉的氣缸中被壓縮，由于氣缸的容積被逐漸壓縮小，則壓力、溫度逐漸升高，直到氣缸內的氣體壓力與排氣壓力相等。壓縮過程一般是被看作等熵的過程。排氣過程則主要是通過活塞繼續向上移動，致使氣缸內的氣體壓力大于排氣壓力，則排氣閥被開啟，氣缸內的氣體就在活塞的推動下等壓排出氣缸并進入到排氣管道，直至活塞運動到上方止點。此時由于排氣閥彈簧力和閥片本身的重力作用，排氣閥關閉，排氣工作結束。至此，壓縮機就完成了一個由吸氣→壓縮→排氣三個過程組成的工作循環。周而復始地重復上述3個過程進行循環。

操作技術條件如表1所示。

表1 活塞氧壓機機組有關參數

表2 活塞環尺寸磨損表

圖1 活塞式氧氣壓縮機流程簡圖

1 使用概況

活塞氧壓機在日常運行中，一直存在壓縮效率偏低的情況，且活塞氧壓機在運行過程中壓縮效率逐年降低，設備振動值偏高，吸、排氣閥也存在漏氣等問題，活塞桿刮油環也存在漏油的跡象。由于活塞氧壓機壓縮介質為氧氣，屬于絕對禁油的設備，刮油環漏油存在爆炸的安全隱患。近兩年來在制氧系統中，壓縮效率低的問題一直制約著制氧系統的整體工作效率，所以如何提高活塞氧壓機的運行效率就非常關鍵。

2020年2月，活塞氧壓機在運行時出現刮油環漏油的嚴重情況，并且振動值增大。自2012年技改投入使用至今從未進行維護保養及檢修工作，這與廠家要求的每半年一次維護、每年一次大修的要求相差甚遠，內部磨損情況很不樂觀，所以我們決定對ZW-9.5/15活塞氧壓機進行全面解體檢修。

檢修解體后發現吸、排氣閥二級和三級均存在生銹的跡象，活塞桿活塞環磨損較為嚴重，刮油環輕微磨損且表面附著油泥，活塞桿也存在磨損的跡象。通過觀察及分析損傷的設備零件，發現造成該事故的主要原因是活塞環因磨損和老化而失去彈性造成的，在運行中活塞環由于磨損量較大，且老化嚴重，活塞環失去彈性，發生塑性變形，導致活塞環外徑磨損較為嚴重，活塞環外徑尺寸小于活塞缸頭內徑，導致活塞環與缸體內壁不能有效密封，工作時易發生漏氣的現象，造成工作效率低下，壓力下降。隨著設備的使用年限增長，各處磨損加劇，最終導致壓縮效率降低。所以，我們也有理由相信ZW-9.5/15活塞氧壓機的工作效率低也是活塞環磨損和老化問題導致的。因此，對于這類高精密度、高轉速的設備日常的檢維修就顯得非常重要。

2 存在的問題

2.1 問題一

在檢修時將16套吸排氣閥拆除后發現，一級無銹蝕跡象，表面完好，可以繼續使用，二級和三級吸排氣閥表面出現銹蝕，經過試驗檢查發現存在泄漏的現象，拆除解體后發現閥片內部密封面表面有銹蝕痕跡，且閥片發生扭曲變形，無法達到穩定貼合和密封的作用，不能繼續使用。初步分析原因是由于一級冷卻器銅管發生冷卻水滲漏的問題，泄漏的冷卻水隨高壓氧氣進入吸排氣閥導致閥片生銹。

圖2 吸排氣閥銹蝕情況

2.2 問題二

拆除后發現活塞環磨損量較大，且老化嚴重，活塞環失去彈性且存在塑性變形，導致活塞環膨脹量變小，活塞環外徑尺寸小于活塞缸頭外徑，導致活塞環與缸體內壁不能有效接觸，工作時易發生漏氣的故障，造成工作效率低下，氧氣內泄，不能繼續使用，必須更換。

活塞環更換以后，在安裝活塞桿的時候屢次安裝失敗，活塞頭頻繁卡在氣缸腔內，由于處于設備內部，視線無法看到內部情況。經過反復研究檢查發現：1）活塞環具有彈性，新安裝的活塞環處于張開狀態，與氣缸內壁接觸緊密；2）氣缸內表面與缸頭冷卻器內表面存在一個直徑落差的臺階；3）活塞環與氣缸內壁臺階擠壓易造成活塞環損壞和變形失效。每次安裝活塞桿時，由于活塞桿質量較重，而且氣缸內壁存在臺階，活塞環撐開后，勢必會與該臺階卡住，屢次試安裝，均不能正常安裝，嚴重制約檢修進度。

2.3 問題三

活塞氧壓機屬于制氧車間的關鍵設備，該設備的甩瓦采用剖分式薄壁向心滑動軸承，該類型軸瓦主要用在重載大中型機器（如冶金礦山機械、大型發電機、球磨機、活塞式壓縮機及運輸車輛等）上。其材料主要為巴氏合金。在裝配時，一般都采用不斷地刮削來達到它所需要的安裝精度要求，以保證活塞氧壓機的使用達到最優性能。所以，刮削的方式和質量對活塞氧壓機的運轉至關重要。刮削的效果不太理想，在活塞氧壓機試車的時候就很容易在較短時間內導致軸瓦由局部的粘損擴展到大部分粘損，直至軸瓦被粘損咬死，以致軸瓦被損壞不能使用。所以在刮削軸瓦時對軸瓦的研磨及刮瓦質量要求非常高。但是薄壁滑動軸瓦剛性不足，彈性形變較大，使用假軸進行研磨時軸瓦與假軸的接觸面積不足，實際研磨時接觸面積為線接觸，遠遠達不到精度要求。若直接使用下軸承座進行軸瓦的固定刮研時，軸瓦與瓦座接觸不緊密，使用假軸進行研磨時由于假軸質量大易導致將滑動軸承帶轉后脫離瓦座，根本無法正常刮研，嚴重影響刮研質量及刮研進度。由于該活塞氧壓機沒有配套的專用刮研工具，而且市面上沒有合適的專用工具，如何完成薄壁滑動軸瓦的研磨、刮研問題成了首要任務，又因為生產任務重，搶修任務緊，軸瓦的刮研成為急需解決的難題。

3 解決方法

3.1 方法一

解決吸排氣閥泄漏的問題主要有兩種方法：一是更換新的吸排氣閥；二是對拆除的吸排氣閥進行修復處理后繼續使用。當時檢修活塞氧壓機時庫存吸排氣閥只有2套，如果重新上報加急備件計劃，一方面供貨周期長達兩三個月，另一方面新采購備件到貨后還要進行檢漏試驗。由于時間緊、任務重，經過深思熟慮后決定由經驗豐富的高級技師對其進行手工研磨修復。修復閥片時，將漏氣的閥片拆卸開，做好影像記錄，方便后期安裝，取下閥片后，將閥片工作面用1000目金相砂紙打磨修復，為了保證密封面的光潔度和平整度，采用“8”字形走位打磨工作面，這樣可以有效地避免打磨不平整，消除兩邊薄、中間厚的情況，同時可以有效地避免打磨跑偏的情況，從而影響配合精度，該項工作量較大，占用較長時間，經過3 d時間終于將二級和三級吸排氣閥共8組漏氣的閥片全部修復，用三氯乙烯檢測均不漏氣。

3.2 方法二

針對活塞頭無法準確地安裝進入氣缸內的情況，經過反復思考，最后發現利用0.15 mm厚的薄銅皮，利用其良好的延展性和可塑性可以完美地解決此問題。裁剪出3塊400 mm×100 mm的銅皮，安裝時將銅皮支架搭在缸口上部周圍，調整位置使銅皮能夠放置在開口位置，將活塞環擠入安裝槽內，然后利用銅皮的導向作用可以順利地將活塞頭滑入缸體內，使活塞桿安裝到指定的工作位置。此安裝方法不僅節約檢修時間，提高檢修進度，還可以減輕鉗工的勞動強度，能夠有效地起到對活塞環和缸體的保護作用。

3.3 方法三

針對薄壁滑動軸瓦變形量大、瓦壁過薄、瓦片本身具有彈性變形且無法有效固定進行研磨、刮研的特點，設計并制作了一套可以有效固定并夾持軸瓦的裝置，該裝置可以完美解決薄壁滑動軸瓦在研磨、刮研時軸瓦變形滑動影響尺寸精確度的問題，還可以有效消除軸瓦自身的彈性變形，為軸瓦的刮研修復提供有力的技術措施及前提保障。采用固定裝置對滑動軸瓦進行固定，使其能夠恢復到實際工作時的外形狀態，還能保證滑動軸瓦與軸承座的相對位置可靠，利用假軸進行研磨可有效防止滑動軸瓦隨假軸滑動，提高了刮研質量和精度。瓦座形狀與滑動軸瓦相同，使得滑動軸瓦可以貼合瓦座完全放入，并保持工作時的外形形狀，提高研磨精度。管套中部設置有弧形缺口，弧形缺口凹面與螺桿相切，當假軸研磨段直徑小于螺桿上端兩螺帽之間的間距時，假軸無法從豎直方向放下來時，可以先從弧形缺口水平送入，再豎直放下，避免了從豎直方向上放下時由于間距狹窄引起碰撞造成軸瓦變形。利用管套的壁厚壓住滑動軸瓦的凸耳，管套既起到了限位作用，又起到了固定作用。與螺桿下端配合的螺帽為半圓形螺帽，因為軸承座底部與固定螺栓孔距離太近，一般采用的六邊形螺帽是放不下去的，一方面半圓形螺帽能夠放進去，另一方面可以起到限位的作用，防止螺桿轉動，造成軸瓦的擠壓。本夾持裝置中，假軸有擋邊，假軸的研磨段長度不小于瓦座長度，可以保證研磨段對滑動軸瓦的完全研磨，擋邊可以防止假軸在研磨過程中的跑位，保證研磨效率與精度。螺桿下端一體連接的半圓形螺帽，起到了限位作用，其半圓形的設置也可以適應軸承座的形狀變化。

4 檢修效果

結合此次檢修當中所遇到的問題，提出相應的解決辦法，不但完美地完成了此次檢修任務，而且能夠節省檢修時間，最終能夠保證生產的順利進行。

圖4 夾持軸瓦的裝置

圖5 夾持軸瓦裝置的實例圖