增壓機活塞銷的改進與研究

魯立強

(中國石油集團長城鉆探工程有限公司，北京100101)

?

增壓機活塞銷的改進與研究

魯立強

(中國石油集團長城鉆探工程有限公司，北京100101)

摘要：主要介紹了壓縮機的工作原理及現場使用的8T-903-82B颶風增壓機故障情況，分析了設備損壞等原因，對半浮式活塞銷的連接方式進行改進，提高設備的使用壽命。實踐證明該方法解決了活塞銷帶來的設備故障等問題。

關鍵詞:壓縮機增壓機半浮式活塞銷

0引言

隨著石油鉆探技術的提高，欠平衡空氣鉆井技術也逐漸在油田的后續開發中推廣應用。壓縮機是空氣鉆井中必需的設備，它是用于壓縮氣體介質，提高氣體壓力能的通用機械。壓縮機按工作方式可分為往復式、離心式和回轉式3種基本類型。往復式壓縮機具有輸出壓力范圍廣泛、造價適中、能耗低、適應性強等特點[1]。

在油田鉆井領域，壓縮機應用極為廣泛，其中增壓機一般為多級活塞式結構(往復式)。目前公司使用的颶風增壓機為往復式壓縮機，主要是對低壓空氣壓縮機輸出的空氣進一步增壓，以滿足鉆井需要的壓力，是維系空氣泡沫鉆井和充氣泥漿鉆井正常循環攜砂的關鍵設備。在鉆井現場往往會因為增壓機活塞銷斷裂影響運轉，耽誤生產。本文針對增壓器段活塞銷斷裂問題進行了分析研究，并進行了改進，解決了活塞銷斷裂問題，保證了設備正常運轉。

1增壓機工作原理與結構

往復式壓縮機是依靠活塞的往復運動來實現氣體的壓縮，達到提高氣體壓力的目的。如圖1，壓縮機曲軸帶動曲拐上的連桿運動，連桿帶動十字頭滑塊和與滑塊上部相連的活塞桿和活塞隨著曲軸的選擇在氣缸上下兩個端點之間做往復移動，這兩個端點稱為“止點”?；钊趦蓚€止點之間移動的距離稱為活塞的沖程或行程。只在活塞一側進行膨脹、進氣、壓縮和排氣4個過程的為單作用式；在活塞兩側進行膨脹、進氣、壓縮和排氣的為雙作用式[2]。

1.曲軸；2.連桿；3.十字頭；4.活塞桿；5.氣缸；6.吸氣閥；7.活塞；8.排氣閥。圖1　往復式壓縮機動作原理

圖2是壓縮機實際工作循環圖，圖中P1、P2分別為氣缸的名義吸氣和排氣壓力；Vh為氣缸的工作容積；1-4分別代表工作循環的4個端點。

圖2　壓縮機實際工作循環圖

壓縮機工作過程包括膨脹過程、吸氣過程、壓縮過程、排氣過程，完成對氣體的再次增壓。目前公司使用的颶風增壓機增壓器部分是由康明斯903發動機改造而來，是一種V型往復式壓縮機[3]。

2增壓機活塞銷損壞情況及原因分析

在肯尼亞項目鉆井施工中，部分增壓機出現了機油壓力降低的情況，同時有一臺設備出現機械故障，增壓器靠近風扇端右排的一級 1#缸活塞破裂，缸套出現裂紋，活塞銷、活塞銷襯套磨損較嚴重，滾針軸承損壞。

通過對損壞增壓機的分析判斷，有以下3種原因可能導致此設備故障：

1)壓縮氣缸內活塞環斷裂，造成“咬缸”，致使小活塞與大活塞連接處拉裂(為便于描述，壓縮缸的活塞氣缸稱為小活塞小缸套，增壓器活塞缸套稱為大活塞大缸套)。但是根據拆檢后觀察小缸套內壁磨損情況進行分析，如果壓縮缸發生“咬缸”，缸套內壁應該會出現很深的劃痕，缸套情況如圖3所示。

由圖3可以看出，小缸套內壁比較光滑，無明顯的拉缸咬缸的痕跡，因此，可排除此種“咬缸”說法。

2)小活塞與大活塞連接處的連接螺絲松動，小活塞與大活塞連接處有間隙，設備工作運轉時不斷的沖擊磨損，將大活塞越磨越薄，最后致小活塞與大活塞分離。大活塞與小活塞連接處螺絲情況如圖4所示。

由圖3可以看出，螺帽鎖片無變形和損壞，說明螺帽沒發生松扣現象，因此排除此種可能。

3)連桿小頭處螺絲剪斷，固定連桿小頭、活塞銷、活塞銷襯套三者的螺絲使用時間過長，安裝扭矩不足或強度不夠松動，致使剪斷(圖5)。由于螺絲剪斷后造成活塞銷和活塞銷襯套產生一定的旋轉位移，致使去往活塞銷、活塞銷滾針軸承的油道封堵。兩只活塞銷滾針軸承長時間沒有潤滑，干摩擦損壞散架，掉落在大缸套內發生拉缸，造成后來一系列的損壞[4-6]。

圖5　固定連桿小頭、活塞銷、活塞銷襯套三者的螺絲被剪斷

3解決措施及使用效果

3.1解決措施

通過上述對比分析，設備故障主要是由于活塞銷及襯套的鏈接方式造成，所以應改變活塞銷及襯套連接結構。原來的活塞銷襯套和活塞的相對位置是固定的，連桿的擺動依靠活塞銷兩端的滾針軸承完成?，F將半浮式活塞銷更換為全浮式活塞銷，全浮式活塞銷沒有兩端的滾針軸承，避免了由于潤滑不暢導致滾針軸承損壞，從而引起的一系列設備故障?；钊N襯套改為內側面有油道凹槽的，如圖6所示。新活塞銷不再和襯套固定在一起，活塞銷和襯套直接可以相對轉動，不影響潤滑油的流通，保證了任何時候活塞銷和襯套都能充分潤滑[7-8]。

在組裝過程中，采用冷裝和熱裝相結合的方式，保證了活塞銷襯套與連桿小頭的緊固，同時對襯套內壁進行研磨，保證活塞銷與襯套之間的間隙適中，設備運轉正常。

圖6　新舊活塞銷及襯套對比圖

3.2使用效果

增壓機活塞銷及襯套在改進后，設備運轉平穩，性能良好，活塞銷的壽命明顯改善，目前已累計運轉7 000多小時，沒有出現任何故障，達到了設備預期。

4結束語

8T-903-82B增壓機是2001年美國Hurricane公司生產，增壓器端是由康明斯903發動機改造，早期活塞銷都是半浮式滾針軸承方式，由于該方式存在一定的設計缺陷，導致設備在運轉過程中出現各種故障，甚至出現頂缸等大事故。因此，準確發現問題并找到解決問題的辦法是關鍵。事實證明，活塞銷由半浮式改為全浮式是可行的，能夠預防設備故障的出現，提高設備的完好率。

參考文獻

[1]鄧志安，趙會軍，姬忠禮，等. 泵和壓縮機[M]. 北京：石油工業出版社，2008.

[2]郁永章. 活塞式壓縮機[M]. 北京：機械工業出版社，1982：124-126.

[3]李群山，李傳華，單正明，等.利用空氣干燥裝置提高增壓機二級氣閥壽命[J].石油礦場機械，2008,37(7)：72-75.

[4]高晶波，徐敏強，張嘉鐘．2D12型往復式壓縮機氣閥故障診斷的時頻分析方法[J]．化工機械，2003，30(3)：140-142.

[5]余良儉. 往復壓縮機故障診斷技術現狀與發展趨勢[J].流體機械, 2014,42(1): 36-38.

[6]徐曉東. 淺議往復式壓縮機的故障的診斷技術[J].科技與企業，2012(10)278-279.

[7]劉衛華, 郁永章. 往復壓縮機故障示功圖診斷法研究[J]．壓縮機技術，2001(6)9-12.

[8]王金東，趙海洋，于慶江．基于支持向量機的往復壓縮機氣缸活塞系統故障診斷技術[J]．流體機械，2006，34(7)：43-46.

Improvement research on the piston pin of booster

LU Liqiang

Abstract:This paper mainly introduces the principle of booster compressor, and the failure situations of 8T-903-82B hurricane booster in operation, analyzes why the equipment is damaged. Based on the analysis, the connection of semi-floating piston pin is improved, so that the service life of the equipment is increased. It is proved in real application that the fault caused by piston pin is solved.

Keywords:compressor; booster; semi-floating piston pin

收稿日期：2015-08-25

作者簡介：魯立強(1980-)，男，山東鄆城人，漢族，2007年獲得中國石油大學(北京)碩士研究生學位，中級工程師，主要從事欠平衡鉆井技術研究與項目管理等工作。

中圖分類號：Tp

文獻標識碼：A

文章編號：1002-6886(2016)01-0089-03