活塞压缩机的故障分析

活塞压缩机的故障分析（共9篇）

活塞压缩机的故障分析 篇1

一、使用现状

制冷压缩机应用领域极广, 包括核电、水利、水电、建筑、零售、化工、医疗、食品、水产、矿业、娱乐业等, 其质量的高低与设备、零部件的好坏有必然联系。随着我国制冷压缩机研发水平的不断提高, 尤其是活塞式制冷压缩机方面, 我国取得了长足的发展。在我国应用的主要国产品牌来自大连冰山集团、烟台冰轮集团及国外在华合资或独资品牌YORK、COPELAND、BITZER、顿汉布什等。国产制冷压缩机虽然近年来在技术水平、加工工艺等方面取得了很大进步, 但由于采用部件的材质、加工精度、装配技术等方面存在问题, 与发达国家相比仍有一定差距, 主要体现在故障率高、噪音偏大、外形笨重等。因此, 行业内应围绕现存的材质水平低、加工精度差等问题, 通过产学研结合就能效水平的提高与环保制冷剂的研发提出具体课题, 重点突破解决相关技术问题, 达到行业快速发展并创出国际品牌。

二、故障分析

2.1、主制冷机组的制冷剂不足

因为温度是保持不变的, 所以如果观察到制冷压缩机在环境试验设备运行过程中都能启动的话, 说明从主电源到各压缩机的电器线路正常, 电器系统方面没问题。这就要继续检查制冷系统, 查看两组制冷机组的低温级压缩机R23的排气和吸气情况。如果排气和吸气压力值偏低且吸气压力呈抽空状态, 说明主机组R23制冷剂缺乏;手摸主机组R23压缩机的排气和吸气管路, 如果发现排气管路温度不高且吸气管路温度不低, 也说明主制冷机组的制冷剂不足。

2.2、压缩机不能启动或启动后就停机

电器线路有异常。在电源没接通、保险丝熔断、电气线路断开、启动电容或启动继电器破损、电机内部有问题等的情况下, 压缩机都是不能正常工作的。所以压缩机不能启动时会先检查电器线路、电机绕组阻值与对地电阻等。一般来说在低于常温25℃的情况下, 电机绕组阻值与对地电阻阻值在2MΩ～5MΩ之间, 如果温度较高则可相应减小;一般主机组R23的直流电阻值小于副绕阻, 而单相电机的直流电阻值为几欧至数十欧且R13=R12+R23。

压缩机卡缸或抱轴。气缸内落入的杂质使得活塞卡住不能在气缸内活动自如;压缩机缺油导致主轴承、连杆轴承与轴瓦抱在一起, 此时压缩机是不能启动的;压缩机年久不用也会因锈蚀而不能正常工作;润滑油一旦碳化或焦化则会烧坏轴瓦, 发生抱轴现象, 焦化的润滑油也可能会将活塞与气缸粘住而卡缸。当遇到压缩机卡缸或抱轴时, 对于开式压缩机启动前必须得先盘车。若盘得动而压缩机仍不能启动, 则纯属电气问题;对于全封闭式压缩机启动时如果“嗡嗡”作响而压缩机仍不能启动, 则是压缩机卡缸或抱轴。压缩机卡缸或抱轴不严重可用敲击法、高压启动法和卸压启动法这些方法来检查, 开壳检查则是下下策。

2.3、能量调节装置出现故障

卸载机构不动作或动作不到位。卸载机构不动作多是气缸内油压不足, 不能推动油活塞运动, 导致压缩机空载运转而不能制冷。曲轴箱内油量过少;油中含有过多的制冷剂;油泵的齿轮间隙和端面间隙过大都会导致油压不足。因此运行过程中应定期添加冷冻油;关小膨胀阀;定期检修, 调整间隙。此外, 过滤网堵塞或油管路不通也会导致油压不足, 故应定期清洗过滤网与油管路。卸载机构虽然有动作但因调解不灵而不到位也会令人头疼, 究其原因有两点:一是摧杆位置不正确, 使得顶杆没有落入转动环斜面最凹处, 阀片行程缩小, 造成阀片关不严密;二是长期磨损导致顶杆长度不足, 吸气阀片顶不死使卸载机构动作不灵。因此应停车调整摧杆位置, 使油活塞在最深位置时顶杆恰好落入转动环斜面最凹处, 或更换失灵的油活塞弹簧;按工况通过调节螺钉调节弹簧力。

三、维护保养

3.1、应用新制冷机

基于环保要求, 应用新制冷剂也是制冷压缩机行业的一个热点问题。随着用于冰箱产品的R22制冷剂时代的结束, 近年来新制冷剂压缩机的研究重点放在了CO2压缩机上。之所以是CO2压缩机, 主要有三点:一是像汽车空调这种急需替代制冷剂的应用场合增加, 其制冷剂排放量大、环境危害大, 必须尽早采用环境友好型的制冷剂;二是CO2具有循环的特性, 适用于需要循环的应用场合, 如热泵热水器就是考虑到CO2在超临界条件下放热存在一个相当大的温度滑移而利于将热水加热到一个更高的温度;三是CO2具有热物理性质和迁移性质, 其良好的低温流动性能和换热特性可作为复叠制冷循环低温级制冷剂。因此, 作为跨临界CO2空调系统效率及可靠性影响最大的部件, 压缩机应充分结合CO2超临界循环具体特点进行设计。CO2和氨一样, 其绝热指数值较高, 可能会使压缩机排气温度偏高, 但因CO2所需的压缩机的压比不大, 因此无需对压缩机本身进行冷却。要注意的是因为CO2系统压力远远大于传统的压临界循环系统, 压缩机的轴封设计要求比原有压缩机要高得多, 所以压缩机的轴封泄漏在一段时间内仍是阻碍其实用化的症结。

3.2、泄漏、卸载装置和阀片密封性能的检查

停机期间, 用检漏仪和肥皂水相结合的方法对活塞制冷压缩机所有密封部位进行检查, 尤其是开启式压缩机的轴封更应仔细检查。对于半封闭压缩机, 电动机引线接线柱处的密封也要仔细检查。短期停机时, 对卸载装置的能量调节阀和电磁阀进行检查, 发现连接电磁阀的铜管、外套螺母等处有油迹时应及时修补, 同时对连接铜管进行吹污并对供油电磁阀进行“开启”和“关闭”试验, 确保其正常工作。检查电磁阀时, 可根据电磁阀线圈的额定工作电压, 用外接电源进行检查。停机期间, 应对吸、排气阀片进行密封检查, 同时检查阀座密封线有无污物并定期清洗。阀片变形、裂缝、积炭时应及时更换, 新更换的阀片应与密封线进行缝合, 确保活塞制冷压缩机密封性能良好。

参考文献

[1]刘远全:《制冷压缩机的的故障分析》[J]科技创新导报, 2009 (04)

[2]刘永军:《制冷压缩机检修前的基本操作方法》[J]家电检修技术, 2011 (15)

活塞压缩机的故障分析 篇2

活塞式发动机排气喷管断裂故障分析

对某型无人机活塞式发动机发生断裂故障的.排气喷管进行了现场检查、断口分析及静力学分析,表明焊接质量不合格是导致故障发生的主要原因;提出了增加焊接点数、加大熔核尺寸、加强无损检测等排故措施.

作 者：邓海飞 汪卫华 DENG Hai-fei WANG Wei-hua  作者单位：炮兵学院,合肥,230031 刊 名：航空发动机 英文刊名：AEROENGINE 年，卷(期)： 34(2) 分类号：V2 关键词：活塞式发动机   无人机   排气喷管   断裂   故障分析  

活塞压缩机的故障分析 篇3

【关键词】活塞式压缩机；故障；处理；方法

一、引言

在实际生产过程中，活塞式压缩机的运行比较平稳，压缩较大，输送介质量也比较大，在企业生产中发挥着重要的作用。但是检修工作不方便，检修工作量大，检修的质量要求高。针对这种情况，有必要分析其常见的故障，并提出相应的处理方法，以期能够为实际工作提供参考。

二、撞缸事故分析及处理方法

1.事故分析。运行和启动当中，活塞到达内外止点的时候，与气缸端面直接或者间接发生撞击，从而出现撞缸事故。

2.处理方法。检修和安装过程中，严格控制影响活塞位置的情形，防止活塞出现位置移动情况，检修之后做好检查和调整工作

三、漏气故障分析及处理方法

1.事故分析。其成因包括：构件接合部位受到磨损，出现裂隙，引发气体泄漏；气体纯度不高，接触面磨损较大，导致吸气阀门或者排气阀门漏气；阀门、阀座质量不合格，导致阀门关闭不严，引发漏气现象。

2.处理方法。制定吸气阀、排气阀检修、清洗周期计划，保证阀片、阀座的质量，对于出现磨损的阀片、阀座要及时更换，及时清洗上面的油垢；保证气体纯度，无水、无杂质。

四、气阀故障分析及处理方法

1.事故分析。气阀故障主要表现为阀门卡住和阀门断裂现象，其成因主要是阀片、弹簧运动机构不良。

2.处理方法。及时清洗阀体、阀室的油泥，保证其清洁；环形阀片间隙过小或者边缘磨损过大的时候，应该对阀片及时更换；如果阀体中心螺栓松动，则需要打开阀体，紧固中心螺栓；阀门弹簧各圈之间出现错位，引起局部卡住现象，则需要改用其它类型弹簧。

五、弹簧出现故障分析及处理方法

1.事故分析。弹簧弹力过大，影响压缩机的工作效率；弹簧疲劳断裂，影响压缩机的工作效率；弹簧选择不当增加电能消耗和制造成本。

2.处理方法。配备红外线测温仪，定时进行巡检，对照测量数据和仪表盘数据，做好复核工作并进行记录；采用手摸吸气阀外壳的方式，判断气阀是否漏气；检修计划和运行都要有详细的记录，以做好检修工作，严格控制配件质量；根据压缩机运转的要求，恰当选择弹簧。

六、振动问题分析及处理方法

1.事故分析。其根本原因是压缩机受到交变荷载作用，包括惯性活塞力和干扰力，此外，还有设备附件设计不合理而引起振动。

2.处理方法。由惯性力不平衡引起的振动，应该从机器的结构上采取措施，减少和消除振动；在压缩机基础设计和建造的时候，也应该严格按照相关规定进行，按照相关规范做好机器的安装工作，尽量减小机器本身的振动。

七、冷却系统问题分析及处理方法

1.事故分析。在压缩机运行的时候，汽缸壁、活塞的温度会升高，对压缩煤气的效率、功耗、润滑油都会产生很大的影响。

2.处理方法。按照工作环境和机型的不同，合理配置冷却系统；使其达到良好的冷却效果，降低冷却水温度，保证冷却水水质符合国家相关规范，减轻冷却系统中出现的结垢、堵塞问题。

八、卸载装置失灵问题分析及处理方法

1.事故分析。具体问题表现为：油压不够，油管、油缸内有污垢现象。

2.处理方法。将油压调节至0.3—0.5MPa，或者清洗油管和油缸。目前，压缩机单机的连续运转时间加长，生产能力也得到了提高，对油压的要求也得到了提高，每台机组需要设置3台油泵，建议使用螺杆泵，其效果往往更好。

九、润滑系统常见问题分析及处理方法

1.事故分析。润滑油具有重要的作用，能够提高压缩机的效率，但在高温下，润滑油会发生氧化现象，使其在压缩机的作用下降，还可能形成固体物，导致运行部件出现磨损，被压缩气体发生泄漏现象。

2.处理方法。选用质量高的润滑油，按照规定使用，油品在高温下应该具有足够的粘度，对运转部件具备一定的密封能力；应该具有一定高的闪点，具备良好的化学性能，良好的抗氧化性能。此外，还应该加强检查，定期清洗油池，油管，过滤器等等，确保油路畅通。

十、连杆螺钉断裂分析及处理方法

1.事故分析。使用时间过长会产生塑性变形；螺钉头或者螺母与大头端面接触不良，产生偏心负载；螺栓材质不可靠，加工不到位，出现质量问题。

2.处理方法。做好定期维修保养工作，选用质量可靠的螺栓；螺钉头或螺母与大头端不允许出现任何微小的歪斜；定期检查连杆螺栓的伸长量，做好记录工作，连杆螺栓的连续使用寿命不超过三年，在更换的时候，需要对同一条连杆上的所有螺栓进行同时更换。

十一、排气量不足问题分析及处理方法

1.事故分析。进口滤网堵塞，吸气管线太长，入口管径变小，入口气量减小；气缸、活塞出现严重磨损；填料函漏气；吸气阀、排气阀出现故障；气阀的弹簧选择不当。

2.处理方法。定期清洗滤清器；按照规范正确安装，及时更换易损件；选用高质量的填料函；把握好活塞杆与填料函的同心度，避免偏磨，选用高质量的阀座和阀片；选用弹力匹配的弹簧。

十二、活塞杆断裂问题分析及处理方法

1.事故分析。主要出现在与十字头连接的螺纹处、紧固活塞的螺纹处，设计不到位、制造工艺疏忽、运转出现故障等等，都会导致断裂现象的发生。其它部件受到损坏，给活塞杆强烈的冲击，也可能导致活塞杆断裂的发生。

2.处理方法。使用质量合格的设备配件，定期对设备进行维修。按照操作规范进行压缩机的操作，并做好维护工作。加强对检修工的管理和培训，提高他们的业务水平和综合素质，做好日常的巡检工作。

十三、结束语

除了上述问题之外，设备备件质量也是不容忽视的，对机组的正常运行也会产生重要的影响。要保证备件的材质要求，采用正确的加工方式，对于关键的机构配合尺寸要保证其合理。只有加强这方面的工作，全面分析问题，采取适当的处理方法，才能及时处理活塞式压缩机的故障，保证其正常运行，使其在企业生产中发挥更好的效能。

参考文献

[1]崔玉清.大型活塞式压缩机常见故障的处理措施[J].油气田地面工程，2007（10）

[2]赵亚力.大型活塞式压缩机常见故障及处理措施[J].化工设备与管道，2003（6）

[3]谢俊锋.活塞式压缩机常见故障及处理方法[J].氮肥技术，2010（5）

[4]王占军.浅谈活塞式压缩机常见故障[J].河南化工，2011（4）

活塞式空气压缩机故障诊断分析 篇4

关键词：空气压缩机,故障诊断,事故

1引言

空气具有可压缩性、不燃烧、不凝结、无毒、无害等特点, 它不产生火花、无触电危险, 特别能适应湿度大、粉尘多、高温、易燃易爆等恶劣环境, 它不仅输送、使用方便、安全, 也不存在资源不足和污染环境的问题。因此, 被广泛地应用于工业、矿山、科研等部门。

空气压缩机就是一种生产压缩气体的动力机械, 随着科学技术的快速发展, 空气压缩机在国民经济中使用得愈来愈多。由于空气压缩机特别是活塞式结构复杂, 在长期运转的过程中, 难免会发生故障, 这就要求及时进行检查维修, 排除可能产生的故障, 因而分析活塞式空气压缩机常见故障及其原因, 对空气压缩机安全运行、减少事故的发生都有重大意义。

2活塞式空气压缩机工作原理

压缩机在运转时, 活塞不断运动, 气缸与活塞之间的容积发生增大或缩小的周期变化。依靠气阀的作用, 容积每发生一次变化, 就完成一次气体的吸入、压缩、排气的工作过程。

3活塞式空气压缩机常见故障诊断

活塞式空气压缩机的故障主要是机件长期运转后自然磨损, 零部件的材质差或加工精度低, 安装或部件组装不符合技术要求, 或操作不当、维修质量差等原因。若故障出现后不及时处理, 就会影响空压机的安全运行及使用寿命。下面, 就常见的润滑、冷却、排气以及部件断裂等方面的故障加以诊断分析。

3.1 润滑故障诊断分析

活塞式空气压缩机的润滑系统分为气缸润滑系统和运动机构润滑系统。气缸润滑系统一般易出现注油器堵塞、柱塞机构损坏;气缸进油管上的逆止阀阀芯不严、气缸内气体倒流进阀内等故障, 致使气缸润滑不良, 活塞环与缸体产生干摩擦, 缸体温度升高;还有注油器供油量大, 致使气缸内形成焦渣。运动机构润滑系统的故障一般有油压突然 (或缓慢) 下降、油池内油温过高 (超过60℃) 、耗油量大、供油不良等。油压突然 (或缓慢) 下降的原因一般是:油池内油量不足、油泵吸不上油;油冷却器或油过滤器堵塞;齿轮油泵调节阀弹簧失效或阀芯不严、油流回油池;填料函内刮油环损坏、润滑油跑向气缸;连杆大、小头瓦磨损使配合间隙增大, 齿轮油泵的齿轮磨损使轴向间隙过大, 导致泄油过多;油太稀;油温过高;油压表失灵等。

3.2 冷却故障诊断分析

活塞式空气压缩机经常出现的冷却故障就是水垢的堵塞问题。如果水垢堵塞了油冷却器, 会造成润滑油的散热率大大下降, 从而进油温度很快升高, 尤其在炎热的夏季, 容易造成空压机油温报警停车;若堵塞了气缸水套或中间冷却器, 会造成气缸温度高、二级进气或排气温度高。其次, 要经常检查冷却水泵和冷却水管路, 保证冷却水压力正常、稳定, 为空压机的安全运行提供良好的冷却条件。

3.3 排气故障诊断分析

排气温度高是活塞式空气压缩机最常见的故障, 原因是气阀安装不良, 阀簧、阀片磨损、断裂, 或者是阀片与阀座密封不严, 导致循环风;活塞环磨损过大或者断裂, 造成缸内气体来回串风, 再经过活塞压缩, 排气温度就会升高;冷却水质差、气缸水套内水垢淤积严重, 或冷却水水量较小, 滤清器吸气温度高, 也会导致排气温度过高。

3.4 断裂故障诊断分析

空气压缩机的断裂事故发生的部位主要有:连杆、连杆螺栓、曲轴、活塞环、活塞杆、机身, 以及气缸缸体、缸盖的破裂。连杆的断裂主要原因在于制造精度差、热处理工艺不符合要求;连杆螺栓由于受力不均而折断, 危及到连杆本身;十字头滑板与滑道之间由于缺油而“咬死”;曲轴轴线与十字头滑道不垂直而使连杆承受过大的应力等。曲轴的断裂经常发生在曲拐与曲臂连接的过渡圆角处 (此处承受的应力最大) , 主要原因是:基础不均匀下沉;装配质量未严格按照技术要求进行, 如公差超过规定值、配合间隙过大或过小;紧急停车、超负荷运行或遭受剧烈冲击;安装时曲轴上已有砂眼、裂纹等缺陷;曲轴的过渡圆角过小、粗糙度或硬度不符合要求;曲轴长期运行造成疲劳断裂等。活塞环断裂的原因主要有磨损加剧形成断裂;环开口处的热膨胀间隙不够, 温度过高时形成“咬死”而断裂;活塞下沉产生倾斜;环的材质差;安装不当等。活塞杆的断裂主要发生在与十字头或活塞连接的螺纹处, 气缸磨损或活塞下沉, 都会增加活塞杆的附加应力;气缸与机身不同轴、运转时遭受过载冲击等, 都会造成活塞杆折断。机身断裂的原因主要有:活塞在气缸内“咬死”或气缸内发生“水击”, 使气缸内形成强大的冲击力, 导致机身上部或机身与气缸连接处发生断裂;运转中连杆上的连接件突然松动脱落, 猛烈撞击机身;基础下沉或空压机移位等, 这些都是造成机身断裂的原因。气缸缸体和缸盖的破裂, 主要是冬季停车后未将冷却系统内的冷却水放尽, 造成气缸水套内结冰膨胀, 致使气缸冻裂;空压机运转期间冷却水突然中断, 气缸温度过高, 而又突然进入大量的冷却水, 致使气缸炸裂;气缸内掉入损坏气阀的阀片、阀簧或阀座碎块, 活塞运动时使之与气缸缸盖相撞;活塞杆两端的固定螺母松动、连杆螺栓松动, 或活塞止点间隙过小, 造成活塞与缸盖相撞;气缸已有的细小裂纹。这些都是造成气缸破裂的原因。

4结束语

为确保空气压缩机安全可靠地运行, 操作及维修人员应了解活塞式空气压缩机常见故障及其原因, 有效减少甚至避免空气压缩机出现故障, 这样有利于保障空气压缩机安全运行, 减少事故的发生。

参考文献

[1]赵秋峰.煤矿空气压缩机安全评价指标及事故预防.科技创新与应用, 2012

[2]聂书奎, 黄光亮.浅析空气压缩机综合节能技术在煤矿的应用.矿山机械, 2012

[3]刘永梅.预防煤矿空气压缩机常见事故的新途径.甘肃科技纵横, 2009

活塞压缩机的故障分析 篇5

1活塞压缩机的工作原理和基本构造

按工质分, 活塞压缩机有氨压缩机和氟利昂压缩机;按压缩级数分, 可分为单级压缩机和双极压缩机;按作用方式分, 有单作用压缩机和双作用压缩机;按制冷蒸汽在气缸中的运动分, 有直流式和逆流式。活塞压缩机的工作是通过气缸、气阀和气缸中往复运动所构成的容积不断变化来完成的。在压缩过程中, 活塞从下往上运动, 吸、排气阀处于关闭状态, 气体被压缩, 气缸内气体的压力和温度增大;在排气过程中, 活塞继续向上移动, 气体压力大于排气压力, 气阀打开, 气缸内的气体在活塞的推动下排放至气管道, 直到活塞运动到定点为止, 气体排放完后, 由于受到重力的作用, 排气阀关闭。活塞压缩机的工作是一种由吸气、压缩和排气三个过程组成的工作循环, 周而复始。

2活塞压缩机检修中常见故障和处理措施

2.1撞缸

所谓的撞缸就是在压缩机在运行的过程中, 活塞到达止点时与气缸发生的撞击。撞缸对压缩机的破坏程度较大, 如活塞杆损坏或报废、轴瓦损坏等。导致撞缸的原因主要有一下几种, 第一种, 直接撞缸。即由于安装或检修造成的活塞和气缸的预留空间变小, 使得活塞与缸盖之间产生了直接地撞击。在检修时, 要注意检查活塞与缸盖之间的相对距离, 在每次检修时要给两者留有足够的间隙, 保证他们不会直接产生碰撞。第二种, 液压撞击, 即冷却水、润滑油进入气缸后会造成活塞与气缸盖的撞击。在检修时, 除了做好常规的检查外, 还要认真检查消除隐患, 在启动压缩机前, 要认真检查气缸内有无积液。第三种, 异物撞缸, 由于进气管过滤网不干净导致异物落入气缸, 造成撞击。在检修过程中, 要及时检查进气管有无破损、气缸内有无异物, 在启动后要注意观察气阀的工作情况、听气缸内有无异物声。

2.2曲柄销轴瓦的偏磨

在运行过程中, 连杆与活塞和曲轴连接, 运转后, 利用活塞的推理传给曲轴, 将曲轴的旋转力传递给曲轴, 这样的往复推动了活塞的运动。但由于在安装过程中, 曲轴联轴器会产生偏差, 导致曲轴销瓦的磨损。在检修中, 要仔细检测曲柄销轴承的间隙、连杆大小头瓦的间隙。

2.3活塞杆断裂

活塞杆的断裂主要发生在与十字头连接的螺纹处和紧固活塞的螺纹处, 这两个连接点均是容易断裂的环节, 一旦设计有问题或操作不规范很容易导致活塞杆断裂。如果螺纹设计有缺陷, 则在安装时必须用大力才能够拧紧, 否在活塞杆在到达顶点时就会断裂。另外, 在长期的使用后, 气缸会产生一定程度的磨损, 处于卧式列的活塞会产生下沉, 这样就产生了纵向拉力, 如果继续运转, 拉力过大, 会导致活塞杆的断裂。

2.4十字头销的处理

十字头销的端面压紧螺钉断裂及十字头销的脱落, 可能引发严重的事故。因此, 应确保十字头销与连杆小头瓦之间的间隙, 同时还要保证十字头销锥面与十字头体之间的无间隙, 间隙一旦存在, 会影响力的传递, 影响机组的稳定性, 在检修时要确保80%的接触面积。

2.5压缩机振动

造成压缩机振动的原因有, 第一, 活塞惯性力的失衡。在活塞惯性力的影响下, 压缩机会产生一定幅度的振动。在检修时, 要确保压缩机整体的平衡, 减小各部件之间的摩擦, 保证水平振幅和垂直振幅在标准范围内。第二, 压缩机内供气不连续。在运转过程中, 压缩机的吸气、排气的间歇性使得管路中气压和气流速度产生周期性的变化, 这种情况下通常利用缓冲器、孔板、减震器等减小压力差、降低气流脉动。

2.6活塞杆异常跳动

一般的, 活塞杆的跳动应在允许范围内, 水平跳动量应为一个公差带, 即±0.00015mm/mm行程, 最大不超过±0.064mm, 垂直跳动也应考虑活塞杆的挠度等情况。在检修中可以通过调节水平及各方向串动董伟即可给予消除。

3压缩机正常运行的建议

一方面, 要坚持按规章操作、维护和保养, 在消除故障后启动, 另外, 还要加强对关键部件的螺栓、螺母的维护, 必要时更换。另一方面, 加强压缩机的温度检测。要积极采用红外线检测仪监控压缩机重要部位的温度, 也可以通过压力传感器、振动传感器等设备测试压缩机的示功图, 进而科学分析压缩机的运行状态。第三, 加强压缩机的润滑。要按照生产厂家的说明选用润滑油, 提高压缩机运行的流畅度, 减小摩擦和振动。第四, 加强操作人员和维修人员的培训, 以尽早发现问题, 及时排除隐患。

4结语

活塞压缩机以其广泛的用途成为了工业成产的必备设备这一, 为了保证压缩机的正常运行, 必须做好日常的检修工作, 坚决不放过任何一个细节, 认真分析各部件的参数, 及时调整, 消除隐患。同时, 还要加强日常的养护工作, 保持气缸的清洁度, 为活塞的正常运行提供一个良好的环境。

参考文献

[1]崔玉清.大型活塞式压缩机常见故障的处理措施[J].油气田地面工程, 2007 (10) .

[2]谢俊锋.活塞式压缩机常见故障及处理方法[J].氮肥技术, 2010 (05) .

活塞压缩机的故障分析 篇6

关键词：往复式活塞,氮氢气,压缩机,故障

往复式压缩机以其产生气体压力大、效率高、可靠性高在工业生产中应用非常普遍, 特别是化工企业, 往复式活塞压缩机发挥着重要的作用。随着生产技术的不断提高, 往复式活塞氮氢气压缩机的应用, 在化工企业生产中应用非常广泛, 已经成为石油和化工生产中不可或缺的重要设备。往复式活塞氮氢气压缩机在持续的生产运行中, 不可避免会发生一些故障, 对正常生产造成影响, 氮氢气如果发生泄漏还会造成火灾隐患, 对生命财产安全造成威胁。因此, 对故障要及时发现和排除, 以保证生产的顺利进行, 排除安全隐患, 避免造成更加严重的安全生产事故。

1往复式活塞氮氢气压缩机常见故障分析

1.1曲轴断裂

往复式压缩机进行往复运动是依靠曲柄连杆完成的, 曲轴断裂故障是指活塞发生撞杆, 机身与汽缸发生脱离开裂的故障。曲轴发生断裂分成两段, 排气管发生严重的撕裂变形。在高压的情况下, 管路中的氮氢气发生泄漏, 氮氢气如果遇到明火, 就会发成火灾或者爆炸, 对人身和财产的安全都具有巨大的威胁, 会造成严重的安全事故。这种故障发生的原因主要是因为曲颈和曲臂过渡的圆角不当, 在经过热处理的情况下, 应力全部集中在圆角位置上并且呈不规则的分布。如果曲轴长期中超负荷的状态下运行, 油气孔逐渐发生起裂直至曲轴发生断裂。

1.2连杆断裂

往复式活塞氮氢其压缩机连杆经过长期的持续运转, 连杆的螺栓逐渐老化出现塑性变形, 螺栓的钉头发生松动, 与断面相脱离而产生了偏心负荷。另外螺栓的质量问题, 也是造成连杆发生断裂的原因之一。连杆发生断裂, 会造成十字头滑履、罐焊口和冷却器等多种部件发生故障。

1.3活塞杆断裂

活塞杆断裂对生产运行的稳定性和持续性造成严重影响, 而活塞杆断裂在化工企业的压缩机故障中又很常见。实践中发现, 活塞杆断裂的位置主要集中在紧固活塞的螺纹位置以及十字头连接螺纹的位置。究其原因, 是因为在对设备进行设计的过程中, 没能考虑到运转拉力对活塞杆的影响, 在设备安装的过程中, 预紧力过大, 使活塞受到的撞击力远超过了活塞杆的承载极限, 长期运转势必会造成活塞杆发生断裂。

1.4排气量不足

往复式压缩机中长期的运转中过滤清器重积累了大量的污垢造成了堵塞, 吸气阻力增加, 对气量造成不利的影响, 造成排气量不足。气阀的阀片和阀座之间有杂质存在, 使得二者间关闭不严有漏气现象, 对排气量造成不利影响, 同时还会对压力和温度造成影响。另外气缸、活塞、活塞环因本身质量的原因或者长期的使用受到严重的磨损, 汽缸余隙过大造成泄露量的增加直接对排气量造成不利影响。

1.5排气温度不正常

排气温度不正常多表现为排气温度高于设计值。排气温度受多方面因素的影响, 如进气温度、压力比、滤网情况、气体压缩指数等等。从生产实践中看, 造成排气温度高的原因主要在于吸气温度过高。冷却器供水不足或者换热效果不良, 直接会造成后面段的吸气温度高, 相应的排气温度也会高。另外气阀、活塞环等密封装置发生漏气不仅直接会造成排气温度升高, 同时会造成各级间的压力发生变化, 在压力超过正常值的情况下, 排气温度必然会升高。过滤器滤网的堵塞影响压缩机的正常做功, 也会导致排气温度升高。

2往复式活塞氮氢气压缩机故障排除方法

2.1提高压缩机排气量

要排除曲轴断裂的故障就要从根本上降低曲轴长期超负荷的水平, 提高压缩机的排气量。首先要注意氢气对过滤器进行彻底的清理。过滤器长期的运行会积累大量的污垢, 将污垢清楚啊, 同时缩短吸气管, 加大吸气管的直径, 可以有效的降低吸气阻力, 提高吸气量, 相应的增加了排气量。其次, 设备内部活塞、气缸等部件的磨损会造成气体的泄漏, 从而影响到排气量, 进而加大了部件的磨损率。在对气缸、活塞安装的过程中, 合理的控制间隙, 可以有效的降低磨损, 间隙的大小可根据活塞的材质和质量情况加以确定。最后, 控制气阀的弹簧力保持适中, 弹簧力过大或者过小都会影响阀片的正常工作。合理控制弹簧力, 应与气体通道界面和阀片的生程相结合。

2.2对温度进行控制

为了保证往复压缩机排气温度的政策, 需要找到导致温度升高的原因, 并采取有效的方法加以控制。首先, 对排气温度加以控制, 提高膨胀阀的开启都和吸气的压力, 如果排气温度高, 可采取改变吸气管长度、增加冷却水量的方法加以解决, 同时配合对不凝性气体量加以控制。其次, 定期更换润滑油, 选择品质良好的润滑油, 定期检查压缩机的部件, 对有磨损迹象的部件提早更换。最后, 保证冷凝器保持恒定的温度, 定期清理冷凝器的结垢, 尽量降低制冷剂, 同时将冷凝器的传热面积适当的增加。

2.3控制压缩机压力

首先, 对滤清器定期进行污垢的清理, 疏通排气管道, 降低吸气管的吸气阻力, 并根据实际生产条件控制排气量保持在标准范围内。其次, 降低填料函的漏气量, 严格按照要求安装填料函, 预防填料函与活塞杆之间的磨损, 中填料函位置定期加润滑油, 以保证冷却和密封作用的充分发挥。控制压紧气阀压紧力适宜, 压力过大和过小都会对气阀的做功造成不利的影响, 根据阀腔直径和大气体压力来确定压紧力。

3结语

综上所述, 往复式压缩机的正常运转需要在日常的工作中加强维护和管理, 定期对压缩机的运行情况进行巡检, 对有磨损迹象的部件做到及早发现, 及时更新, 以保证设备能够保持持续稳定的运行, 更能预防安全事故的发生。在实际工作中要注意积累经验, 不断提高故障的判断力和检修技术, 对检修周期进行合理的控制, 既满足生产的需要又延长了设备的使用寿命。

参考文献

[1]王立新, 朱艳芳.压缩机的故障原因及对策[J].科技创新导报, 2012 (5) .

[2]付宁.浅谈压缩机的故障原因及对策[J].科技创新导报, 2013 (23) .

活塞压缩机的故障分析 篇7

1 常见故障及其原因和处理措施

1.1 排气量不足:排气量不足是与空气压缩机的设计气量相比而言。主要可从下述几方面考虑:

1.1.1进气滤清器的故障:积垢堵塞, 使排气量减少;吸气管太长, 管径太小, 致使吸气阻力增大影响了气量, 要定期清洗滤清器。1.1.2空气压缩机转速降低使排气量降低:空气压缩机使用不当, 因空气压缩机的排气量是按一定的海拔高度、吸气温度、湿度设计的, 当把它使用在超过上述标准的高原上时, 吸气压力降低等, 排气量必然降低。1.1.3气缸、活塞、活塞环磨损严重、超差、使有关间隙增大, 泄漏量增大, 影响到了排气量。属于正常磨时, 需及时更换易损件, 如活塞环等。属于安装不正确, 间隙留得不合适时, 应按图纸给予纠正, 如无图纸时, 可取经验资料, 对于活塞与气缸之间沿圆周的间隙, 如为铸铁活塞时, 间隙值为气缸直径的0.06/100~0.09/100;对于铝合金活塞, 间隙为气径直径的0.12/100~0.18/100;钢活塞可取铝合金活塞的较小值。1.1.4填料函不严产生漏气使气量降低。其原因首先是填料函本身制造时不合要求;其次可能是由于在安装时, 活塞杆与填料函中心对中不好, 产生磨损、拉伤等造成漏气;一般在填料函处加注润滑油, 它起润滑、密封、冷却作用。1.1.5空气压缩机吸、排气阀的故障对排气量的影响。阀座与阀片间掉入金属碎片或其它杂物, 关闭不严, 形成漏气。这不仅影响排气量, 而且还影响间级压力和温度的变化;阀座与阀片接触不严形成漏气而影响了排气量, 一个是制造质量问题, 如阀片翘曲等, 第二是由于阀座与阀片磨损严重而形成漏气。1.1.6气阀弹簧力与气体力匹配的不好。弹力过强则使阀片开启迟缓, 弹力太弱则阀片关闭不及时, 这些不仅影响了气量, 而且会影响到功率的增加, 以及气阀阀片、弹簧的寿命。同时, 也会影响到气体压力和温度的变化。1.1.7压紧气阀的压紧力不当。压紧力小, 则要漏气, 当然太紧也不行, 会使阀罩变形、损坏, 一般压紧力可用下式计算:p=kπ/4 D2P2, D为阀腔直径, P2为最大气体压力, K为大于1的值, 一般取1.5~2.5, 低压时K=1.5~2.0, 高压时K=1.5~2.5.这样取K, 实践证明是好的。气阀有了故障, 阀盖必然发热, 同时压力也不正常。

1.2 排气温度不正常排气温度不正常:

是指排气温度高于设计值。从理论上进, 影响排气温度增高的因素有:进气温度、压力比、以及压缩指数 (对于空气压缩指数K=1.4) 。实际情况影响到吸气温度高的因素如:中间冷却效率低, 或者中冷器内水垢结多影响到换热, 则后面级的吸气温度必然要高, 排气温度也会高。气阀漏气, 活塞环漏气, 不仅影响到排气温度升高, 而且也会使级间压力变化, 只要压力比高于正常值就会使排气温度升高。此外, 水冷式机器, 缺水或水量不足均会使排气温度升高。

1.3 压力不正常以及排气压力降低:

空气压缩机排出的气量在额定压力下不能满足使用者的流量要求, 则排气压力必然要降低, 所要排气压力降低是现象, 其实质是排气量不能满足使用者的要求。此时, 只好另换一台排气压力相同, 而排气量大的机器。影响级间压力不正常的主要原因是气阀漏气或活塞环磨损后漏气, 故应从这些方面去找原因和采取措施。

1.4 不正常的响声:

空气压缩机若某些件发生故障时, 将会发出异常的响声, 一般来讲, 操作人员是可以判别出异常的响声的。活塞与缸盖间隙过小, 直接撞击;活塞杆与活塞连接螺帽松动或脱扣, 活塞端面丝堵脱, 活塞向上串动碰撞气缸盖, 气缸中掉入金属碎片以及气缸中积聚水份等均可在气缸内发出敲击声。曲轴箱内曲轴瓦螺栓、螺帽、连杆螺栓、十字头螺栓松动、脱扣、折断等, 轴径磨损严重间隙增大, 十字头销与衬套配合间隙过大或磨损严重等等均可在曲轴箱内发出撞击声。排气阀片折断, 阀弹簧松软或损坏, 负荷调节器调得不当等等均可在阀腔内发出敲击声。由此去找故障和采取措施。

1.5 过热故障:

在曲轴和轴承、十字头与滑板、填料与活塞杆等摩擦处, 温度超过规定的数值称之为过热。过热所带来的后果:一个是加快磨擦副间的磨损, 二是过热量的热不断积聚直致烧毁磨擦面以及烧抱而造成机器重大的事故。

2 空气压缩机的事故及预防

2.1 断裂事故曲轴断裂:

其断裂大多在轴颈与曲臂的圆角过渡处, 其原因大致有如下几种:过渡圆角太小, r<0.06d (d为曲轴颈) ;热处理时, 圆角处未处理到, 使交界处产生应力集中;圆角加工不规则, 有局部断面突变;长期超负荷运转, 以及有的用户为了提高产量, 随便增加转速, 使受力状况恶化;材质本身有缺陷, 如铸件有砂眼、缩松等。

2.2 连杆的断裂:

有如下几种情况:连杆螺钉断裂, 其原因有:连杆螺钉长期使用产生塑性变形;螺钉头或螺母与大头端面接触不良产生偏心负荷, 此负荷可大到是螺栓受单纯轴向拉力的七倍之多, 因此, 不允许有任何微小的歪斜, 接触应均匀分布, 接触点断开的距离最大不得超过圆周的1/8即450;螺栓材质加工质量有问题。

2.3 活塞杆断裂:

主要断裂的部位是与十字头连接的螺纹处以及紧固活塞的螺纹处, 此两处是活塞杆的薄弱环节, 如果由于设计上的疏忽, 制造上的马虎以及运转上的原因, 断裂较常发生。若在保证设计、加工、材质上都没有问题, 则在安装时其预紧力不得过大, 否则使最大作用力达到屈服极限时活塞杆会断裂。在长期运转后, 由于气缸过渡磨损, 对于卧式列中的活塞会下沉, 从而使连接螺纹处产生附加载荷, 再运转下去, 有可能使活塞杆断裂, 这一点在检修时应特别注意。

2.4 气缸、缸盖破裂:

主要原因:对于水冷式机器, 在冬天运转停车后, 若忘掉将气缸、缸盖内的冷却水放尽, 冷却水会结冰而撑破气缸以及缸盖, 特别是在我国的北方地区, 停车后必须放掉冷却水;由于在运转中断水而未及时发现, 使气缸温度升高, 而又突然放入冷却水, 使缸被炸裂;由于死点间隙太小, 活塞螺帽松动, 以及掉入缸内金属物和活塞上的丝堵脱出等原因都会使活塞撞击缸盖, 使其破裂。

2.5 燃烧和爆炸事故:

有油润滑空气压缩机中往往产生积碳问题, 这是我们所不希望的, 因为积碳不仅会使活塞环卡在槽内, 气阀工作不正常以及使气流信道面积减小增加阻力, 而且在一定的条件下积碳会燃烧, 导致压缩机发生爆炸事故。因此, 气缸中的润滑油不能供给太多, 不能让没有经过很好过滤, 含有大量尘埃的气体吸入气缸, 否则形成积碳与含有多量挥发物的气体接触导致爆炸。

除此以外, 引起空气压缩机燃烧和爆炸事故还有如下操作方面的原因:空气压缩机在用氢、氧、氮氢气负荷试车之前, 没有用低压的氮气将空气驱除干净而引起爆炸。因缺乏操作知识, 开车后没有打开空气压缩机到储气罐的阀门, 致使排气压力急剧升高导致爆炸。因此, 要防止这类事故发生, 开车前必须熟悉操作规程, 开车后, 密切注意压力表数值。在一般中小型压缩机中, 最好将空气压缩机到储气罐这段管路上的闸阀取消, 只留下逆止阀即可。

因此, 正确安装使用空气压缩机, 以及合理的日常维护, 可以防止不利因素的出现, 是避免空气压缩机故障与事故的根本方法。

摘要：根据我厂这些年实际工作出现的问题, 对空气压缩机在运转过程中出现一些故障, 以至事故加以总结以供大家参考, 在以后的工作中加以避免。

关键词：空气压缩机,常见故障,处理措施,事故及预防

参考文献

[1]徐建英.空气压缩机[M].北京:中国铁道出版社, 2004, 4, 1.

[2]张军.空气压缩机司机[M].北京:煤炭工业出版社, 2006, 2, 1.

活塞压缩机的故障分析 篇8

一、活塞式压缩机撞缸问题及处理

在活塞式压缩机日常运行的过程之中, 撞缸是相当常见的现象, 如果处理不善, 则会对活塞式压缩机的正常运行产生不利影响, 故应加以重视。一般的情况之下, 活塞式压缩机出现撞缸有两个方面的类型, 第一是直接撞缸, 当活塞式压缩机在运行的过程之中由于相对位置以及安装检修等方面的因素出现运行的异常情况, 当上述变化大于气缸与活塞之间预先预留的位置之时, 活塞式压缩机设备就会出现严重的直接撞缸情况。所以, 在实践的安装和检查维护过程当中应当对间隙进行严格控制, 以避免出现活塞相对位置的移动进而导致撞缸的情况。第二种是液压撞缸的情况, 当压缩气体以及冷却水等进入至气缸内部之时, 会与活塞式压缩机内部的装置出现较为严重的直接撞击现象, 导致上述情况的因素可以称之为是液压事故。为了尽可能的避免出现液压事故, 应当加强对设备和装置的维修处理, 全面的消除设备运行过程当中的不利因素, 且在设备运行之前应当加强对车盘的检查, 运行的实践过程之中应当时刻注重对设备和相关装置的控制, 如果出现活塞式压缩机内部异常声响的情况, 则应当及时且有效的处理。

二、活塞杆断裂问题及处理

一般的情况之下活塞杆出现断裂的主要原因是在活塞前部的螺纹部位以及十字头连接的部位出现了问题, 由于上述部位在整个活塞式压缩机之中属于较为薄弱的环节, 所以如果在实践的工作之中没有深入且细致的考虑上述装置的操作运转情况之时, 则会出现严重的断裂现象。通常情况之下设计缺陷会导致上述的问题, 并且在安装的过程之中还应当尽可能的对预紧力进行严格控制, 避免应力过大导致活塞式压缩机出现断裂的情况。最后还需要注意的是当活塞式压缩机相关设备长时间的运行之后, 气缸可能会出现一定程度的磨损情况, 此时应当加强对相关设备的检查和维护管理, 避免由于长时间的运转而导致设备内部出现较大的纵向应力进而使得活塞杆出现断裂的情况。在维护和检查维修的过程当中应当重点的检查由于下沉而导致的螺纹连接部位纵向应力, 以保证相关活塞式压缩机装置设备时刻处于最佳工作状态之下。

三、活塞式压缩机振动

除了上述分析的几种常见异常情况之外, 在实践的活塞式压缩机运行过程之中, 内部压缩机出现振动也是常见的故障之一, 也应当引起高度的重视。首先, 内部的活塞式压缩机出现供气不连续等情况, 会使得相关设备产生较大的干扰力, 进而使得内部的装置出现剧烈振动情况, 所以, 在实践的活塞式压缩机设备操作过程当中应当在气体的管道上加装相关孔板, 且设置较为均匀的气流, 合理的设置管道的支点, 且尽量的保证管道平直, 尽量的避免出现弯角的情况, 以确保活塞式压缩机设备可以稳定运转。

四、活塞式压缩机活塞杆异常跳动

活塞杆跳动有一个指标范围, 超出这个范围则称为活塞杆的异常跳动。活塞杆的跳动值在运行控制中作为压缩机找正的最终验证结果, 必须在允许范围内。如果气缸和十字头滑道位置处于正确对中的情况下, 垂直径向跳动也应考虑活塞杆的挠度等情况。如果出现超差也应是在打表过程中由一侧到另一侧, 数值持续增减变化。如果在检测过程中存在以下异常情况:在活塞运动过程中, 活塞杆垂直方向跳动量一直较好, 而在两侧死点突然发生大范围跳动, 水平跳动较好。发现活塞环越程出现问题导致了活塞杆跳动量的突变。处理方法为将气缸内壁的磨损台肩磨削去除, 调节好活塞环越程值, 就可以消除了活塞杆跳动量的异常现象。

结束语

针对相关设备的管理和维护, 应当严格的遵循科学原则, 保证工作的有序性。综上所述, 根据对当前活塞式压缩机相关设备在运行和生产的过程之中常见故障进行综合性的分析, 从实际的角度着手, 对问题的基本现象和本质的发生原因等进行了细致的探讨, 且以此为基础, 提出了相应的改进政策, 旨在促进活塞式压缩机设备运行稳定性的增强, 为新时期的工业技术生产发展打下基础, 且为今后相关工业水准的提升作出积极贡献。

摘要：活塞式压缩机在日常的使用和操作过程之中可能会出现各种问题, 而针对常见的问题进行处理和改进, 则是确保活塞式压缩机处于最佳工作状态之下的关键点, 故应当加以重视和分析。文章将针对这一方面的内容展开论述, 详细的分析了现代化的活塞式压缩机在日常使用过程当中的常见问题, 同时对问题的处理技术和处理的重难点等进行了细致的研究, 旨在为今后工作的发展奠定坚实基础。

关键词：活塞式压缩机,研究分析,故障处理,问题方式

参考文献

[1]崔玉清.大型活塞式压缩机常见故障的处理措施[J].油气田地面工程, 2007 (10) .

[2]赵亚力.大型活塞式压缩机常见故障及处理措施[J].化工设备与管道, 2003 (6) .

压缩机活塞杆断裂原因分析 篇9

本工作通过对活塞杆进行断口形貌分析、能谱分析、金相显微观察及力学分析, 得到了该活塞杆的断裂失效模式和断裂原因。

1 宏观观察和分析

1.1 活塞杆宏观观察

活塞杆材料为42CrMoE优质合金结构钢, 热处理工艺为:正火+调质+消除应力处理。

活塞杆自靠近活塞锁紧螺母根部约150mm处断裂, 断裂位置如图1所示, 断裂面垂直于轴线方向。断裂处的活塞杆塑性变形较大, 发生明显弯曲变形 (见图2) , 图2a为图1断裂处左侧的断裂宏观形貌, 图2b为右侧的断裂宏观形貌, 可以看出活塞杆螺纹部分有明显磨损痕迹, 螺纹发生变形, 与活塞杆连接的锁紧螺母底部也发生了较大的变形 (见图3) , 螺母底部有四处明显的压痕形貌 (A, B, C, D区域) , 其中A, D区域的变形较大, 可以初步确定发生事故时, 螺母与汽缸组件之间发生了碰撞挤压。

1.2 断口宏观观察

图2a中活塞杆断口宏观形貌如图4a所示。可看出, 断口垂直于轴线方向, 心部低, 周围高, 断口呈杯锥状, 1区和2区有明显台阶, 3区存在有剪切唇断裂特征, 并且断口表面1区颜色较深, 3区颜色较浅, 边缘处呈现接近金属光泽的白亮色。采用体视显微镜对断口进行观察, 大部分区域呈现放射线花样特征, 并且放射线发散的方向由1区指向3区。图4b为图4a中A区域的放射线形貌。因此, 根据断口的宏观观察, 可以判断活塞杆断口的裂纹扩展方向如图4a中的箭头所示, 即活塞杆弯曲变形后, 从变形截面作用有最大拉应力处起裂, 向承受最大压应力处扩展, 并最终断裂[1,2]。

2 断口微观分析

使用扫描电镜对活塞杆断口进行观察。发现整个断口表面几乎均呈明显的韧窝特征, 图5a为图4a中“1区”的微观形貌特征, 未观察到明显裂纹源, 未发现缺陷特征。图5b为图4a中“2区”的微观形貌特征。由断口微观形貌可知, 活塞杆断裂是过载断裂。

3 材质分析

3.1 成分分析

为确定活塞杆的材质, 对其进行了能谱分析 (见表1) 。结果表明, 材料主要成分为Fe, 另有少量Cr, Mn和Mo。由分析结果可知活塞杆的材料没有误用。

3.2 夹杂分析

在距断口轴向距离约25mm处取轴向和径向截面, 制成金相试样, 切取位置及方向如图6所示, 其中阴影部分为轴向截面和径向截面选取位置。在光学显微镜下观察未发现明显的夹杂等缺陷。

3.3 组织分析

将金相试样腐蚀后, 在金相显微镜下观察其显微组织形貌, 如图7所示, 发现试样轴向截面和径向截面金相组织正常, 都为高温回火马氏体。

(a) 轴向截面; (b) 径向截面 (a) axial section; (b) radial section

3.4 硬度分析

对轴向截面和径向截面两金相试样进行洛氏硬度测试, 每个试样测量五个点, 取平均值, 其结果见表2。

测量时每个试样的五个测量点分散性很小, 无硬度不均匀现象。

4 受力分析

通过对活塞杆及其断口的宏观、微观观察, 活塞锁紧螺母的宏观观察, 以及活塞杆材料的材质分析, 初步确定此次活塞杆断裂事故是由于过载造成的。因此, 下文从压缩机的基本结构和工作原理[3], 对活塞杆和活塞锁紧螺母进行力学分析, 进一步推断活塞杆断裂的原因。

4.1 活塞杆稳定性分析

根据活塞杆的设计原理[4,5], 正常工况下, 处于活塞腔内的活塞杆仅有很小的弯曲变形空间, 并且活塞锁紧螺母不会挤压到汽缸盖, 但从上文可知, 活塞杆发生了明显的弯曲变形, 弯曲的挠度远远大于活塞腔内活塞杆可变形的挠度, 并且活塞锁紧螺母底部有明显的压痕, 所以推断事故发生时活塞先发生破碎, 而后活塞杆在驱动力作用下继续运动, 并挤压在了汽缸内部物体或破裂的活塞组件上, 使运动受到阻碍, 从而发生断裂。

活塞破碎后的活塞杆可看作两端铰支的压杆, 其长度按十字头销中心至活塞锁紧螺母底部的距离计算, 力学模型如图8所示。其中, 支点A表示十字头销中心, 支点B表示活塞锁紧螺母底部, F表示活塞杆受到的压力, l表示活塞杆的长度且l=2502mm, 不考虑活塞杆十字头销处长度为144mm的活塞杆截面, 则最小截面为活塞腔内的长度为662mm的活塞杆截面, 其外径D2=63mm, 内径d=13mm, 弹性模量E=210GPa, 则最小横截面的惯性矩undefined, 惯性半径undefined, 柔度undefined, 由于活塞杆为两端铰支, 即μ=1, 则λ=156.4>100, 所以由欧拉公式计算其临界压力为:

undefinedkN (1)

可见, 当驱动力大于254kN, 就会造成活塞杆失稳, 而此驱动力是由电机带动曲柄连杆的运动产生的, 曲柄连杆机构图如图9所示。

由厂家提供的资料可知轴功率Nz=1180kW, 曲柄半径r=125mm, 连杆长度L=850mm, 则

undefined

式中:ω为正常工况下曲柄的角速度, undefined为曲柄转速) ;Fz为曲柄旋转产生的力。Fz可分解为平行于连杆的力Fl和垂直于连杆的力Fr, 且

undefined

式中δ为Fz与Fl的夹角。其中Fl传给活塞的驱动力为:

undefined

式中β为连杆摆角, 联立公式 (2) , (3) , (5) 可得:

undefined

由图9可得undefined, 式中α为曲柄转角, 因此由公式 (6) 式可知:活塞运动到接近外止点的正常工况下, 驱动力Fs不会达到254kN, 但当活塞运动受阻, 曲柄的瞬时角速度 (或瞬时转速) 就会降低, 从而使驱动力达到254kN以上, 因此推断在本事故中, 活塞破裂后, 活塞杆在驱动力作用下继续运动并遇到阻碍, 导致曲柄瞬时角速度降低, 使驱动力达到254kN以上, 从而造成活塞杆的压缩失稳。

4.2 活塞锁紧螺母的受力分析

活塞破碎后, 驱动力使活塞杆 (连接有活塞锁紧螺母的一端) 挤压在了汽缸内部物体或破裂的活塞组件上, 因此对活塞锁紧螺母进行受力分析, 以确定活塞锁紧螺母发生如图3所示的压痕所需的载荷。由图3可知, 螺母发生塑性变形的区域均发生在外径R1=60mm, 内径R2=52mm的环形区域, 如图10所示的虚线区域, 所以, 本工作仅对图10虚线区域进行分析。

由图3可知, 活塞锁紧螺母发生塑性变形的面积约占图10虚线区域的一半, 设发生塑性变形的面积为Am, 则:

undefined

活塞锁紧螺母材料为35钢, 而产生压缩塑性变形的条件是所受应力达到压缩屈服极限, 由于35钢的压缩与拉伸的屈服极限之比约等于1, 拉伸屈服极限σs为315MPa, 所以这里取35钢的压缩屈服极限为315MPa。假设所选螺母分析区域承受的载荷为N, 则螺母产生压缩塑性变形的条件是:

undefined

即N≥443kN, 可见, 产生如图3所示的压痕时, 活塞锁紧螺母所承受的载荷应大于443kN, 因此进一步证明了活塞破裂后, 活塞杆在驱动力作用下运动遇到阻碍, 导致驱动力增大, 当驱动力达到254kN时, 活塞杆发生失稳, 驱动力继续增大, 使活塞杆弯曲变形, 当驱动力达到443kN以上时, 活塞杆最终断裂。

4.3 活塞杆变形分析

活塞杆发生失稳后, 曲柄继续运行就会使活塞杆发生弯曲变形, 由本工作宏观观察可知, 活塞杆自靠近活塞锁紧螺母根部约150mm处断裂, 所以本工作对距支点B为150mm的横截面C-C′进行分析, 如图11所示。

由材料力学可知截面C-C′的下边缘承受拉应力, 当截面C-C′承受的最大拉应力大于等于抗拉强度时, 活塞杆就会发生断裂, 即:

undefined

式中:σt为变形截面承受的最大拉应力;M为截面C-C′所承受的弯矩;F为活塞杆承受的压力且F=443kN;v为活塞杆发生断裂时的临界挠度;y为变形截面上受拉部分距中性轴的距离;Imin 为横截面C-C′的惯性矩 (Imin =0.77×10-6m4) ;σb为抗拉强度, 此压缩机活塞杆的σb≥800MPa, 则由公式 (9) 可得:v≥44mm, 即活塞杆在承受443kN的压力时, 活塞杆发生断裂的挠度大于等于44mm。

经测量计算, 断裂活塞杆的挠度约为72mm, 测量过程如下:活塞杆变形情况的还原图如图12所示, 图12中AB表示活塞杆原始形状, A′D表示图1所示的断裂处左侧的活塞杆, BD表示图1所示的断裂处右侧的活塞杆和活塞锁紧螺母, 不考虑活塞杆的轴向塑性变形, 设测量的活塞杆的最大挠度为v′, 距支点B为x。经测量计算, 活塞杆B支点的转角约为23°, x=170mm, 即undefined, 则挠度v′=72mm。

因为断裂活塞杆的挠度72mm大于活塞杆在承受443kN的压力发生断裂时的临界挠度, 得到如下结论:活塞杆发生失稳后, 驱动力继续增大, 使活塞杆的弯曲变形加大, 当弯曲变形截面所承受的最大拉应力超过材料的抗拉强度时, 导致了活塞杆的断裂。

5 综合分析

活塞杆材料的成分和组织均合格, 硬度在正常范围内。由活塞杆的宏观观察可知, 断裂活塞杆发生较大的弯曲变形, 从变形截面作用有最大拉应力处起裂, 向承受最大压应力处扩展, 断口呈现为韧窝特征的微观形貌;另外, 由与活塞杆连接的活塞锁紧螺母的宏观观察可知, 螺母底部有明显的压痕形貌, 因此可以判定活塞杆断裂是过载断裂。

根据活塞杆的设计原理, 正常工况下, 处于活塞腔内的活塞杆仅有很小的弯曲变形空间, 并且活塞锁紧螺母不会挤压到汽缸盖, 但从事故基本情况的宏观观察可知, 活塞杆弯曲变形的挠度远远大于活塞腔内活塞杆可变形的挠度, 而且活塞锁紧螺母底部有明显的压痕, 所以推断事故发生时, 活塞先发生破碎, 而后活塞杆在驱动力作用下继续运动, 并挤压在了汽缸内部物体或破裂的活塞组件上, 使运动受到阻碍, 通过力学分析可知, 活塞杆运动受到阻碍后, 会导致曲柄瞬时角速度 (或瞬时转速) 降低, 造成驱动力达到活塞杆压缩失稳的临界压力254kN以上, 从而造成活塞杆的压缩失稳。同时, 通过力学分析得到了活塞锁紧螺母产生如图3所示的压痕时, 活塞锁紧螺母所承受的载荷应大于443kN, 因此说明活塞杆失稳后, 驱动力继续增大, 使活塞杆的弯曲变形增大, 当驱动力为443kN, 活塞杆的挠度达到44mm时就会发生断裂, 而在本事故中, 断裂活塞杆的挠度经测量计算已达到了72mm。综上所述, 可得到如下结论:活塞破裂后, 活塞杆在驱动力作用下继续运动并受到阻碍, 导致驱动力增大, 当活塞杆所受到的驱动力大于活塞杆失稳的临界压力时, 活塞杆发生失稳, 随着驱动力的继续增大, 活塞杆的弯曲变形加大, 当弯曲变形截面所承受的最大拉应力超过活塞杆材料的抗拉强度时, 活塞杆最终断裂。

6 结论

(1) 连续重整压缩机2#缸活塞杆的失效模式为过载断裂。

(2) 压缩机2#缸活塞发生破碎后, 驱动力使活塞杆挤压在了汽缸内部物体或破裂的活塞组件上, 从而导致活塞杆发生压缩失稳、弯曲变形, 并最终断裂。

(3) 活塞杆材料的成分、组织均合格, 硬度在正常硬度范围内。

摘要：通过宏观断口观察、微观断口观察、能谱分析、金相显微观察及受力等分析方法, 分析了某厂连续重整压缩机2#缸活塞杆断裂的原因。结果表明:该活塞杆的断裂模式为过载断裂, 即活塞发生破碎后, 驱动力使活塞杆挤压在了汽缸内部物体或破裂的活塞组件上, 从而导致活塞杆发生压缩失稳、弯曲变形, 并最终断裂。

关键词：活塞杆,变形,断裂

参考文献

[1]张栋, 钟培道, 陶春虎, 等.失效分析[M].北京:国防工业出版社, 2004.

[2]钟群鹏, 田永江.失效分析基础知识[M].北京:机械工业出版社, 1990.

[3]活塞式压缩机设计编写组.活塞式压缩机设计[M].北京:机械工业出版社, 1974.

[4]林梅, 孙嗣莹.活塞式压缩机原理[M].北京:机械工业出版社, 1987.