往復式壓縮機十字頭及其活塞環故障分析與處理

劉亞勇(長煉機電達州分公司)

4M3.5 -10.77/35型空氣壓縮機為對稱平衡型往復式，四列四級壓縮，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。

1 設備參數及介紹

1.1 用途及其布置

本壓縮機為四列，水冷式、M型無油潤滑空氣壓縮機。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。

1.2 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。十字頭的一端螺孔與活塞桿連接，活塞桿螺紋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。

1.2.1 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。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。

2 故障描述

2.1 活塞環故障

此壓縮機從2010年3月開機后，正常檢查各部件時發現活塞環磨損嚴重，按照機組隨機資料的標準更換活塞環后運行一個月就出現活塞環損壞，支撐環屬于正常磨損的情況。最嚴重的是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。

2.2 十字頭故障

機組正常運行巡檢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。發現潤滑油油體發黑，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。

3 故障檢查分析

3.1 活塞環磨損斷裂分析

造成活塞環磨損和斷裂的主要因素：

3.1.1 疲勞損傷。

3.1.2 偏向磨損。

3.1.3 活塞環與汽缸的肩脊相擊，造成斷裂。

3.1.4 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。

3.1.5 汽缸內雜質太多造成汽缸拉毛后對易損件活塞環有較強的磨損。

3.1.6 活塞環材質不合適，自潤滑性差。

3.1.7 檢查活塞環斷面

把更換的活塞環全部比照，發現損壞活塞環的時間不具有規律性，判斷疲勞損傷的可能性不大。

3.1.8 檢查活塞與汽缸的同軸度

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。

3.1.9 檢查汽缸的肩脊

測量各部數據后，確定活塞在做往復運動過程中間不會與肩脊相擊，造成斷裂。

3.1.1.0 檢查活塞環開口間隙

同型號同批次的活塞環裝入汽缸測量以后，開口間隙為2MM，經過計算確認活塞環開口間隙最小為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。

3.1.1.1 檢查汽缸氣流通道和緩沖罐

打開氣閥后發現流道內壁、緩沖罐內部有大量的鐵銹及含水雜質，判斷對活塞環損壞，造成汽缸拉毛有直接關系。

3.1.1.2 檢查活塞環的材質

通過詢問生產廠家后建議更換一種新型材質的活塞環。

3.2 十字頭損壞檢查分析

由3.2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：

3.2.1 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。

3.2.2 有雜物或水介質進入潤滑油，造成潤滑不良。

3.2.3 十字頭與滑道間隙超標，造成震動過大，十字頭磨損。

3.2.4 十字頭巴氏合金脫落

3.2.5 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，打磨處理劃痕部位，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。

3.2.6 檢查潤滑油

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。

3.2.7 檢查十字頭與滑道間隙

根據廠家提供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。

3.2.8 檢查巴氏合金層

通過對十字頭進行煤油滲透，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主要原因是巴氏合金層脫落。

4 故障處理

4.1 活塞環處理

更換新材質活塞環，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。

4.2 十字頭處理

4.2.1 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。

4.2.2 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。

4.2.3 檢查油管線及冷卻器，打壓合格后油運。

5 結語

通過處理后試機故障消失，機組順利通過了100%負荷試車，現已投入運行1個月左右，運行參數全部正常。通過此次處理我們需要加強現場巡檢，及時發現處理問題，把小問題及時消除，可以避免更大的事故。

[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]王福利.壓縮機組,中國石化出版社,2007年7月第一版.

[3]長煉鉗工檢修教材,2010年6月.