部件失效（共4篇）
部件失效 篇1
1 汽车零部件失效概述
1.1 汽车零部件失效的定义
汽车在运行过程中, 零部件逐渐丧失原有的或技术文件所要求的性能, 从而引起汽车技术状况变差, 直至不能履行规定的功能, 即汽车失效。零部件在使用过程中, 其技术状况的变化是不可避免的, 所以了解汽车零部件性能恶化的进程, 就能针对零部件失效的原因采取相应的措施, 防止零部件的早期损坏, 进而控制汽车的技术状况, 使汽车的技术状况处于规定的水平。
1.2 汽车零部件失效的分类
按失效模式分类, 汽车失效可分为磨损、疲劳断裂、变形、腐蚀及老化等五类。
1.2.1 磨损。
磨损包括磨料磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损、微动磨损, 如气缸工作表面“拉缸”, 曲轴“抱轴”, 齿轮表面和滚动轴承表面的麻点、凹坑等
1.2.2疲劳断裂。
疲劳断裂包括高应力低周期疲劳、低应力高周期疲劳、腐蚀疲劳、热疲劳等, 如曲轴断裂、齿轮轮齿折断等;
1.2.3腐蚀。
腐蚀包括化学腐蚀、电化学腐蚀、穴蚀, 如湿式气缸套外壁麻点、孔穴等;
1.2.4变形。
变形包括弹性变形、塑性变形, 如曲轴的弯曲、扭曲, 基础件 (汽缸体、变速器壳体、驱动桥壳) 变形等;
1.2.5老化。
老化包括龟裂、变硬, 如橡胶轮胎、塑料器件的老化等。
1.3 汽车零部件失效的主要原因
1.3.1 汽车零件的耗损。
在汽车技术状况的变化过程中, 尽管影响因素复杂, 但主要原因仍然是汽车各机构的组成元件 (包括零件) 之间在工作过程中相互作用, 使机构、总成、汽车的技术状况发生恶化。汽车零件的主要失效形式有磨损、变形、疲劳损坏、热损坏和老化以及腐蚀损坏等。
1.3.2 使用条件对汽车技术状况的影响。
汽车行驶的道路条件、运行条件、运输条件、气候条件和使用水平等汽车外部条件, 都会直接地或由驾驶员通过操纵控制系统传送给汽车, 使汽车产生“响应”;然后由汽车运行速度、燃料消耗、发动机排放、异响与振动、故障率以及配件消耗等可变参数输出, 表现出汽车失效的状况。以下就其中几项使用条件进行说明。 (1) 道路条件的影响。道路状况和断面形状等决定了汽车及总成的工况 (载荷和速度、传递的转矩、曲轴转速、换档次数以及道路不平所引起的动载荷) , 从而决定汽车零部件和机构的磨损情况, 影响汽车的工作能力; (2) 运行条件的影响。这主要指交通流量对汽车运行工况的影响, 如载货汽车在城市街道上的速度较郊区要降低50%以上, 发动机曲轴转速反而升高35%左右;换档次数增加2-2.5倍。显然, 这种工况必然加速汽车技术状况的恶化进程; (3) 运输条件的影响。城市公共汽车经常在以频繁起步、加速、减速、制动和停车为主的典型的非稳定工况下工作, 若曲轴转速和润滑系油压不能与载荷协调一致地变化, 恶化了配合轴的润滑条件, 则零件的磨损较稳定工况将大大加剧; (4) 气候条件的影响。这包括环境温度、湿度和风速的影响。图1表明故障率最低的环境气象温度。图2也表明气缸磨损最小的冷却液温度。环境的湿度大, 极易恶化汽车的运行条件, 加速零件的腐蚀。湿度低, 气候干燥, 道路灰尘多, 也会恶化汽车零件的工作环境, 使磨损增加。汽车静止不动, 风速为l0~12m/s时, 汽车主要总成的润滑油、专用液的冷却速度较无风时加快1.5-2倍。
2 汽车零部件的磨损失效
2.1 磨损概念
零件摩擦表面的金属在相对运动过程中不断损失的现象, 称为零件的磨损。磨损将造成零件形状尺寸及表面性质的变换, 使零件的功过性能逐渐降低;但磨损有时也是有益的。
2.2 磨损分类
依摩擦原理的不同, 磨损可分为磨料磨损、粘着磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损。
2.2.1 磨料磨损。
由摩擦表面间存在的硬质颗粒引起的磨损, 称为磨料磨损。这种硬质颗粒称为磨料。它主要包括空气中的灰尘、润滑油中的杂质及运动过程中从零件径面脱落下来的金属颗粒。汽车发动机的磨料磨损主要是空气中的磨料造成的, 空气中的磨料主要是尘土和沙粒, 可以用空气滤清器过滤空气, 减少磨损。燃油和润滑油也可以分别采用燃油滤清器和润滑油滤清器进行过滤。此外增加零件的抗磨性能, 提高零件表面的硬度, 使表面硬度尽可能高于磨料的硬度, 也能提高零件的耐磨性。
2.2.2 粘着磨损。
当金属表面的油膜被破坏, 摩擦表面间直接接触而发生粘着作用, 使一个零件表面的金属转移到另一个零件表面而引起的磨损, 称为粘着磨损。它主要是由于金属表面负荷大、温度高而引起的。粘着磨损的作用机理:由于零件间的微观不平→实际接触面积小→接触处承受很大的静压力, 即凸起点的切向冲击力→接触点的油膜、氧化膜被破坏→纯金属直接接触→产生一定的弹性变形和塑性变形→零件间吸引力增强。同时, 摩擦所产生的局部高温也将导致接触点处发生组织变化、软化甚至熔化, 引起粘附及熔合。在随后的运动中, 粘结点又将被从其薄弱部位撕开, 使部分金属从强度较小的零件表面被撕去, 并粘附到强度较大零件表面上, 从而造成了零件的粘着磨损。
2.2.3 疲劳磨损。
在交变载荷作用下, 零件表层产生疲劳剥落的现象, 称为疲劳磨损。它主要发生在纯滚动及滚动与滑动并存的摩擦状态下, 如齿轮齿面的磨损。疲劳磨损分为非扩展性磨损和扩展性疲劳磨损。 (1) 非扩展性疲劳磨损。由于周期性的接触压应力作用, 摩擦表面上出现小麻点, 但随着接触面积的扩大, 单位接触面积降低, 小麻点停止扩大; (2) 扩展性疲劳磨损。当材料塑性较差时, 在接触表面作用有较大的压应力, 使表面产生小裂纹, 并扩展而使金属脱落, 形成小麻点和扩展成凹坑, 使零件不能继续工作。疲劳磨损机理为:由于交变载荷的反复作用, 使零件表层因为反复的弹性及塑性变形而疲劳, 导致表层的薄弱部位首先产生微裂纹;同时当润滑油浸入裂纹内部时, 若零件的滚动方向与裂纹的方向一致, 当滚动体封闭裂纹口时, 堵在裂纹里的润滑油在滚动挤压力的作用下, 对裂纹有劈开的作用, 使裂纹的扩展速度加快, 当裂纹扩展到一定程度后, 金属便从零件表层剥落下来, 在零件表面上形成点状或片状凹坑, 成为疲劳磨损。
2.2.4 腐蚀磨损。
零件摩擦表面由于外部介质的作用, 产生化学或电化学的反应而引起的磨损, 称为腐蚀磨损。
摘要：汽车零部件失去原设计所规定的功能称为失效, 汽车零部件失效分析, 是研究汽车零部件丧失其功能的原因、特征和规律;目的在于:分析原因, 找出责任, 提出改进和预防措施, 提高凄恻可靠性和使用寿命。
关键词：汽车零部件,失效原因,分析
参考文献
[1]张忠文, 张惟澄, 李立平.东风牌汽车零件失效分析[J].汽车科技, 1991, 3.
[2]王琼礼.磨损失效分析[J].机械工程材料, 1982, 2.
汽车零部件的磨损失效及其预防 篇2
磨损失效是零件的磨损使其尺寸误差和形状误差超过了允许值。例如汽车发动机的气缸磨损后, 不但使其与活塞环、活塞裙部的配合间隙增大, 而且使其形状变化, 圆柱度和圆度超差, 导致气缸与活塞之间的密封性能变坏, 积炭增多等缺陷的形成。磨损是由摩擦引起的, 磨损的快慢还与相互运动的零件之间的润滑条件等有密切关系。
磨损是个十分复杂的现象, 也是个复杂的多学科问题, 它与零件所受的应力状态、工作与润滑条件、加工表面形貌、材料的组织结构与性能, 以及环境介质的化学作用等一系列因素有关。按表面破坏机理的特征, 磨损可分为磨料磨损、粘着磨损、表面疲劳磨损、腐蚀磨损和微动磨损等。前三种是磨损的基本类型, 后二种磨损形式只是在某些特定条件下才会发生。
1 磨损磨损
1.1 磨料磨损及其失效
物体表面与硬质颗粒或硬质凸出物相互摩擦引起表面材料损失的现象称为磨料磨损。磨料磨损是最常见的, 同时也是危害最为严重的磨损形式。统计表明, 在各类磨损形式中, 它大约占磨损总消耗的50%。对汽车发动机来说, 空气中的尘埃、燃润料里的夹杂物、零件在摩擦过程中剥落的磨屑都是磨料的来源。如粒度为20μm~30μm的尘埃将引起曲轴轴颈、气缸表面的严重磨损, 而1μm以下的尘埃同样会使凸轮挺杆副磨损加剧。
磨料磨损的失效机理目前有四种假说:一是以微量切削为主的假说, 该假说认为磨损是由于磨料从金属表面上切下微量切屑而造成的, 其根据是实验室里磨料磨损试验所获得的磨屑像切削加工的切屑一样, 呈螺旋形、弯曲形等。;二是以疲劳破坏为主的假说, 该假说认为金属同磨料摩擦时, 金属的同一显微体积经多次塑性变形, 使金属产生疲劳破坏, 小颗粒从表层上脱落下来。但他并不排除同时存在磨料直接切下金属的过程。滚动接触疲劳破坏产生的微粒多呈球形。;三是以压痕为主的假说, 对塑性较大的材料, 磨料在压力作用下压入材料表面, 在摩擦过程中, 压入的磨料犁耕另一金属表面, 形成沟槽, 使金属表面受到严重的塑性变形, 压痕两侧金属已经受到破坏, 其它磨料很容易使其脱落。;四是以断裂为主的假说, 该假说主要针对脆性材料, 以脆性断裂为主。当磨料压入和擦划金属表面时, 压痕处的金属产生变形, 磨料压入的深度达到临界深度时, 随压力而产生的拉伸应力足以使裂纹产生。
总之, 磨料磨损是磨料的机械作用, 这种机械作用在很大程度上与磨料的性质、形状及尺寸大小, 固定的程度以及载荷作用下磨料与被磨表面的机械性能有关。
1.2 预防或减轻磨料磨损的措施
为了减轻零件磨料磨损的危害, 可采取如下措施:
1) 应选择耐磨料磨损的材料和表面处理工艺。常用的表面处理工艺有渗硼、镀铬、喷涂陶瓷或其他硬材料。
2) 查明磨料进入摩擦副的通道, 采取严格的密封和过滤措施防止或减少磨料进入其内部。
3) 选择合适的润滑油, 加强对摩擦副的润滑。
2 粘着磨损
2.1 粘着磨损及其失效
摩擦副相对运动时, 由于固相焊合作用的结果, 造成接触面金属损耗的现象称为粘着磨损。干摩擦和在润滑不良条件下工作的滑动摩擦副容易产生粘着磨损, 严重时会使摩擦副咬死。在汽车零件中, 如气缸套与活塞、活塞环、曲轴轴颈与轴承、凸轮与挺杆、差速器十字轴和齿轮等在装配、作用不当时, 都可能产生粘着磨损。
由于表面存在微观不平, 表面的接触发生在微凸体处, 在一定载荷的作用下, 接触点处发生塑性变形, 使其表面膜被破坏, 两摩擦表面金属直接形成粘结点 (即固相焊合) 。当零件表面缺乏润滑, 相对滑动速度较小而比压很大、超过表面实际接触点处屈服极限时, 会发生这类磨损, 也称为第一类粘着磨损。
当摩擦副在高的滑动、高接触应力的工作条件下, 摩擦表面实际接触的微凸体, 因大量的摩擦热而产生熔化和熔合, 相互粘接在一起, 又在相对运动中被撕裂, 严重时造成相对运动停止, 这种形式的磨损称为第二类粘着磨损, 也称为热磨损。
发动机中的“拉缸”、“抱轴”都属于这类磨损。这是一种严重而危险的破坏过程, 常常是突然发生的, 应设法避免。
2.2 预防或减轻粘着磨损的措施
粘着磨损的发生与材料特性、零件表面粗糙度、润滑油、零件运动速度和单位面积上的压力等因素有关, 为了减少粘着磨损, 在使用与修理中可采取如下措施:
1) 保证配合副合理的装配间隙 (如气缸与活塞间隙等) 。
2) 正确选择摩擦副的材料。汽车修理尤其是旧件修理, 选择材料应特别注意其针对性。为减轻粘着磨损。
3) 按规定的润滑油品种进行适时的润滑, 并在使用中注意加添或更新。如在润滑油中加入油性和极压添加剂, 能大幅度提高润滑油膜的吸附能力以及油膜强度, 即大幅度提高边界润滑能力, 因而可大幅度提高粘着磨损抗力。
4) 对摩擦副表面进行适当的表面处理。进行表面淬火、渗碳、磷化、镀铬等处理。
5) 应保证在使用中发动机的润滑系与冷却系各部件及监视仪表工作正常。
3 表面疲劳磨损
3.1 表面疲劳磨损及其失效
两接触表面在交变接触压力的作用下, 材料表面因疲劳而产生物质损失的现象称为表面疲劳磨损。表面疲劳磨损一般多出现在相对滚动或滚动———滑动复合运动的点接触或线接触的摩擦副, 如齿轮副的轮齿表面、滚动轴承的滚珠和滚道以及凸轮副等。滑动摩擦时, 也会出现疲劳破坏, 如巴氏合金轴承表面材料的疲劳剥落。
表面疲劳磨损是疲劳和摩擦共同作用的结果, 其失效过程可分为两个阶段:一是疲劳核心裂纹的形成;二是疲劳裂纹的发展直至材料微粒的脱落。
表面疲劳磨损与零件材料、热处理的金相组织、表面粗糙度、接触精度以及润滑状态有关。材料的强度和硬度影响表面疲劳磨损, 材料的抗断裂强度愈大, 则磨损微粒分离所需要的疲劳循环次数也愈多, 可以提高耐磨性。零件的强化层 (渗碳层、氮化层等) 要合理, 使最大剪切应力在强化层内, 则能提高抗疲劳磨损的能力。另外, 零件摩擦表面间的润滑油粘度较高时, 由于接触部分的压力近乎均匀, 同时油液不易渗入裂纹, 从而能提高表面抗疲劳磨损的能力。
3.2 预防或减轻疲劳磨损的措施
疲劳磨损的快慢与材料的机械性能、接触表面承受的单位压力、载荷单位时间内的循环次数等因素有关。
为了降低零件的疲劳磨损可采取如下措施:
1) 选用合适的材料和硬度。对于承受疲劳磨损的零件, 其材料最好选用真空冶炼和电渣重熔工艺冶炼的材料, 以减小非金属夹杂物的含量。
2) 要特别注意提高零件的表面质量。表面状况对零件的疲劳磨损影响很大, 如表面粗糙度对疲劳磨损有显著影响。其次采用表面处理的办法, 如采用表面层渗碳、淬火、软氮化、喷丸、滚压等工艺, 使表面层产生残余压力来提高零件的抗接触疲劳磨损的能力。最后应尽量避免表面出现如疏松、划痕、凹坑、沟槽、锈斑等缺陷, 来提高抗疲劳磨损能力。
机械零部件的失效原因与预防对策 篇3
一、失效分析和预防在科学技术进步中的重要性和作用
失效分析和预防在科学技术进步中的重要性和作用可以从经济、工程、社会生活和理论等方面进行阐述。它在经济上的重要性和作用主要反映在它是防止失效事故再发生、减少经济损失或人员伤亡的必由之路, 它是对国内外进行经济索赔的科学技术依据, 它是创建名牌产品的重要途径, 它是各级领导进行经济决策的重要参考资料;失效分析和预防在工程上的重要性和作用可以概括为:它是提高机械产品质量和振兴机械产品的有效途径之一, 它是促进工程技术进步的重要手段和杠杆, 它是机械产品可靠工程的基础技术工作之一, 它是机械产品维修工作的技术基础和前提条件;失效分析和预防在社会生活中的重要性和作用是十分明显的, 主要表现在:它是促进安全生产、保护生产力的有效武器, 它是保证社会安定、生产持续稳定发展的重要条件之一;失效分析和预防在理论上的重要性和作用也逐渐被人们所认识, 它可以应用学科发展提供重要的信息, 它是新学科、新理论、新技术、新材料、新装备、新方法和新工艺等诞生的产婆。
二、失效分析的基本思路、技术和方法的要点
对重大或恶性的失效事故的失效分析常用的分析思路主要有残骸分析法、统计分析法和系统分析法等。残骸分析法是失效分析工作者常用的方法之一, 而统计分析法和系统分析法则常被管理专家和安全工程工作者所采用。以下重点阐述残骸分析法, 另外两种方法不作详细介绍。
残骸分析法最主要的关键技术是寻找首先破坏件、寻找断裂源的位置、诊断失效模式、分析断裂原因和影响因素、以及事故的综合分析等。寻找首先破坏的主要方法有残骸拼凑法、断口法、裂纹法和痕迹法等。残骸拼凑法又可以分为“空中”拼凑法和地面拼凑法。找到首先破坏件后, 下一步的关键是从首先破坏件上寻找断裂源的位置。一般地说, 寻找断裂源的位置可以从放射线的“发源”地、起始疲劳弧线的“几何中心”位置、纤维区的“几何中心”位置等方面来加以判断。寻找断裂源的位置是诊断失效模式及分析失效的原因的前提条件。
失效模式的分析诊断要依据先粗后细的原则进行。即先诊断是断裂型的失效还是非断裂型的失效, 塑性还是脆性断裂等大的分类, 然后再按各自的类、目进一步分析诊断。对腐蚀模式的诊断主要从介质气氛、裂纹特征和腐蚀产物分析等方面入手, 磨损模式的诊断主要从摩擦条件、磨屑特征、摩擦表面的特征等方面入手。断裂模式的诊断主要从变形情况、碎片情况、材质情况、应力情况、环境情况和断口裂纹的特征等方面入手。
归纳起来, 引起失效的原因主要有:设计的原因———结构不合理, 工作应力过大;材质的原因———性能不合格, 缺陷超标;制造的原因———工艺不合理, 残余应力过大;使用的原因———违章操作, 工作参数控制不当;设备或材料老化———“老化”、“退化”超期服役。
在上述失效分析的关键技术中, 应特别强调如下几项专门的分析技术要点:一般地说, 爆破能量高和应力大可根据爆破碎片多、断口上有人字纹 (或放射线) 花样、塑性变形量小、裂纹源数目多和断口上的二次裂纹多等方面加以判断。
材料质量问题可以从化学成分不合格、力学性能不合格、低倍缺陷超标、高倍显微组织不合格、因材质引起的沿晶断裂、断口上特别是断裂源区有冶金夹杂, 或因材料短横向塑性低而沿轧制方向断裂等方面加以确认。
裂纹是最常见的一种结构损伤形式。对裂纹的在线监测, 可以经济可靠地保证结构使用安全, 具有重要意义。目前结构裂纹的无损检测主要有诊断法、声发射法、超声波诊断法、光学诊断法、涡流诊断法、漏磁诊断法、红外诊断法, 其中基于结构动力学的振动诊断法易于提取信号, 探测器可以安装在人们不易接近的结构部位, 操作简单、快捷、经济, 使用安全, 可以最大程度地减少人的介入、易于实现检测自动化, 适用于运行状态下的在线检测。
断口裂纹分析应着重于断裂源区、断裂方向、断口和裂纹型貌、断口粗糙度、断口显微组织与成分、断口和裂纹的晶面晶向的分析等。断裂源区的分析应注意冶金夹杂、工艺缺陷和应力集中因素等方面的分析;断口和裂纹方向的分析应考虑它与轧制方向的关系、与应力方向的关系和与零件形状的关系;断口和裂纹形貌分析则应注意特征形貌和主要断口形貌的关系, 宏观断口和微观断口形貌的关系。一般地说, 宏观断口形貌诊断 (如放射状、颗粒状、纤维状、剪切唇、疲劳弧线、疲劳台阶和层状) 具有定性的作用, 而要从微观断口形貌 (如解理、准解理和韧窝等) 来诊断其断裂的模式则应注意到它是否是主要的断口形貌的问题;断口上的颜色往往是冶金夹杂的色彩、高温氧化的颜色、腐蚀或磨损产物的特色, 因此可以从断口上的颜色定性的分析材质、高温经历和腐蚀环境的作用;断口粗糙度一般与材料晶粒大小和应变速度的高低等因素有关;而断口的显微组织和成分分析不仅有利于材质的好坏的诊断, 而且还可为环境分析、工作条件的分析提供重要的参考依据, 不仅可以找到“薄弱”的显微组织, 而且有助于断裂模式的分析。从以上看出断口裂纹分析是残骸分析中的一个重要而且有时是十分关键的组成部分。
单项专门的分析诊断是整个事故分析的基础, 但仅仅只有单项的分析诊断是不够的, 还必须对整个事故进行综合的分析诊断, 综合分析的要点是:一是收集所有的现象、特征和实验数据, 进行归纳、筛选、去伪存真和由表及里。二是采用“排除法”或“求证法”, 逐步缩小“怀疑”圈, 必要时还需做若干补充实验。三是根据初步的分析结论、失效的模拟试验、加速试验或工程试验, 进一步得到证实, 并对预防或补救方法也有所设想。四是对存疑的问题进行进一步的分析和失效机理上做进一步深入的研究, 并得出公正、准确和科学的结论。
三、结语
本文全面分析了机械零部件的失效预测、安全评估、失效补救和失效预防等问题, 进一步论述了失效分析与预防在科技进步中的重要性和作用, 然后分别就失效分析与安全评估的基本思路、技术和方法要点进行比较全面的探讨。机械零部件失效分析和预防是一件十分重要的工作, 也是一门复杂、综合性的工作, 它既是一种技术工作又是一种管理活动。做好失效分析和预防工作, 对解决提高企业生产效率问题和发展社会经济效益有着深远的意义。
摘要：本文综述了机械零部件失效分析与预防的主要技术和方法。首先系统论述了失效分析与预防在科技进步中的重要性和作用, 然后分别就失效分析与安全评估的基本思路、技术和方法要点进行比较全面的探讨。
关键词：失效分析,失效模式,安全评估,失效预防
参考文献
[1] .陆燕荪等.我国机电装备失效分析预测预防和发展[A].全国机电装备失效分析预测预防研讨会论文集[C], 1992
部件失效 篇4
一、往复式压缩机应用现状
1.1往复式压缩机的使用
在石油企业进行石油的炼制过程当中, 往复式的压缩机是应用的比较广泛的, 它的使用涉及到催化裂化反应, 石油产品的脱硫、加氢制精这些重点的工艺过程, 在进行催化和裂化的时候, 采用的介质主要是烃类, 在脱硫和精制的过程中工艺的介质主要是氢气。在石油炼制企业当中, 石油的下游生产和炼油当中需要的压缩机种类、功率、压力上需求也是不同的, 这样所采用的压缩机种类也是不同的。现在大中型油田的开发, 对压缩机的要求也不断的增高, 压缩机厂商也在技术上不断的进行创新, 在国产化的道路上不断的前进。
6M25压缩机在构成上主要有三个部分, 分为基础部分、气缸部分、辅助部分: (1) 6M25压缩机的基础部分:基础部分包括机身、中体、曲轴等各个部件, 基础部分的作用是进行动力的传递、将气缸和基础部位连接在一起。 (2) 6M25压缩机的辅助部分:压缩机的辅助部分有冷却器、缓冲器、安全阀等, 同时还包括个管道系统在内, 这些辅助部分是确保压缩机正常运转所必需。 (3) 6M25压缩机的气缸部分:气缸部分主要组成为气缸、气阀、活塞以及进行排气调节的装置零件。作用主要就是在压缩机中形成容积, 同时还能防止气体的泄漏现象出现。主要参数如表1所示。
沈阳气体压缩机股份有限公司引进的往复式活塞压缩机是从德国引进的技术, 功率最大能够达到17000KW, 本厂生产的压缩机最典型的产品是4M80型的压缩机, 是最早应用到茂名石化公司的压缩机设备中的, 480型压缩机在结构上表现为活塞杆受力低、机身刚性强、承受力大、传动机构寿命长等优点。这个压缩机具体参数见表2所示。
1.2往复压缩机研究的热点
在工艺的流程上使用的往复式压缩机现在研究的热点主要集中在两点, 一是多品种、大功率、高压的天然气压缩机的研究, 二是加气站用的压缩机的研究。
(1) 油田注气类型的压缩机, 油田在注气过程是一个稳定、高产的过程, 我国是在80年代后开始实行此工艺的, 如现在新疆油田使用、中原油田使用的天然气压缩机都是具有高压、大排量的压缩机。 (2) 集输用天然气压缩机:现在应用的较为广泛的为RDS系列的压缩机、整体式燃气压缩机两种。汉江石油管理局使用的是RDS系列的压缩机, 具体的系数如表3所示。
整体式燃气压缩机是由动力缸和压缩缸构成的有机整体, 整个运转过程当中是不需要外接提供任何的动力的, 在接电困难的分散油田、边缘油田中使用的是比较广泛的。此压缩机的具体功率计参数如表4所示。
二、往复式石油压缩机故障原因
2.1热量原因引起的压缩机故障
(1) 排气量低是引起石油压缩机故障的热量原因之一, 气缸排气温度出现异常, 轴瓦温度过高等都是引起热量故障的原因。以6M25往复式压缩机为例, 这种类型的压缩机结构上是比较复杂的, 这种压缩机的排气量公式如下:
在这个公式当中Vs1是指压缩机第一级行程的容积。λv1指容积的系数;λt1指温度系数;λp1指压力系数;λl1指泄露系数;n0指额定的转速。
以上任何因素都会是引起故障的原因, 其中引起排气量不足主要有以下几点: (1) 由于排气温度或者是气缸的温度超过要求引起的。 (2) 往复式压缩机的活塞各个组件之间出现磨损、润滑油质量问题等引起的活塞环出现影响排气量的问题。 (3) 填料和压缩机活塞杆之间出现磨损而引起的排气量不足。 (4) 压缩机运转时的转速低于额定值。
(2) 气缸排气温度出现异常, 在压缩机的运行中也是引起压缩机故障的热量原因之一, 6M25往复式压缩机的进气温度都要求在50摄氏度以内, 排气温度需要控制在120摄氏度以内, 但是压缩机在实际的使用当中, 吸气和排气出现异常温度的现象时有发生。主要有是因为一级吸气阀、排气阀、中间排气阀出现的不良逆流、吸气前的泄露、冷却器冷却的效率过低等原因。
(3) 轴瓦温度过高会引起压缩机故障, 6M25往复式压缩机的轴承是轴瓦式的, 运行当中机身的7个轴瓦之间会出现不断的摩擦, 这样就会不可避免的产生一定的热量, 而热量的产生就会使轴承的温度增高, 而一旦温度超过60摄氏度就会引起机械的故障。
2.2机械故障引起的压缩机故障
在压缩机故障当中活塞杆的断裂大约占1/4, 活塞杆除了对活塞有损害, 同时对整个机械都有连锁式的损坏, 容易引起比较重大的事故、对经济造成严重的影响。6M25型压缩机中, 第一、二级的活塞杆在交变力的作用下比较容易出现疲劳性的断裂, 同时活塞的机械性能、外部环境的长期作用等都会引起活塞杆的断裂。
在压缩机中填料密封在高压的环境下不断的进行往复运动就有可能出现磨损, 主要原因是密封盘上的弹簧发生磨损或者是自身弹力较小、密封的装置和活塞杆之间存在一定的缝隙、密封盘和活塞杆之间的密封不严、润滑作用下降等。
三、往复式压缩机关键部位———活塞杆的失效分析
往复式压缩机活塞—活塞杆这一体系中是不会出现机械间的共振的, 但是活塞杆的疲劳破坏是需要进行重点考虑的, 前面说过6M25这种类型的活塞杆断裂基本上是出现在第一、第二级, 断裂的部位主要是在连接螺纹处。6M25往复式压缩机的第一、二级活塞杆的具体参数如表5所示。
3.1活塞杆的断裂和受力分析
压缩机中的各个组件基本上都是处于循环性的往复运动, 所以活塞杆不仅要承受来自于曲轴运动转化过程中出现的拉伸和压缩外力, 还要抵抗来自惯性力和摩擦力的强大作用。当活塞杆在受到来自气缸的压力后, 活塞相关逐渐就会进行往复运动, 从而就会相应的产生惯性力和摩擦力。
当气体作用到活塞活塞杆上, 往复运动产生的摩擦力主要表现为活塞环和气缸之间的摩擦作用力。往复式压缩机在工作中, 活塞杆会承受交变拉—压力的交互作用, 而在这样交互力的作用下就会在活塞的螺纹根部出现裂纹, 长时间的力作用下, 在活塞杆上便会出现瞬间的撕裂情况, 这样的撕裂主要是疲劳性的工作造成的, 活塞杆受力分析图如图1所示。
3.2活塞杆断口情况分析
活塞杆的断裂主要是发生在螺纹处, 断裂面一般会与活塞杆成45度角, 关于这些断裂口在外观上看, 主要分为接近疲劳源部位的机械磨光区域、扩展后出现的裂纹区域、脆性断裂区域 (见图2) :
四、避免石油压缩机故障的措施
避免石油压缩机出现故障的主要措施就是压缩机的检查工作, 如空气压缩机滤清器进行检查, 如果发现有损坏、空气滤芯不干净等就要对损坏的部件进行及时的更换, 进气管需要保障内圈直径要复合要求。回油管的直径建议不要小于12MM, 同时不要有过多的弯曲、障碍灯。空气压缩缸的部件要随时进行检查, 发现问题必须及时的进行更换。空气冷却装置中存在的油污、杂质等要及时的进行零件更换等处理工作, 发动机的润滑油压力要按时进行检查, 保证其和额定的压力相同, 需要的时候必须进行润滑油的更换。
五、总结
根据本文的研究, 往复式压缩机要想更好的应用于生产当中, 必须加强对压缩机故障的研究, 利用各种诊断技术和手段去提高这类压缩机在诊断故障方面的水平, 同时为提高往复式压缩机的整体性能, 需要提高进行结构性的优化设计去实现。
参考文献
[1]王宇.往复式压缩机故障诊断及关键不见的失效行为分析.中南大学.2007年3月
[2]赵俊龙.往复式压缩机振动信号特征分析及故障诊断方法研究.大连理工学校.2010年5月
[3]李俊.往复式压缩机状态监测系统的研究.华中科技大学.2004年5月
[4]张鹏.基于振动信号分析的往复式压缩机状态监测和评估技术.东北石油大学.2011年3月