往复式压缩机轴瓦烧研问题的解决方案

张士永 袁清玺 陈辉

摘 要：阐述往复式活塞压缩机工作原理，对影响轴瓦工作的因素进行分析，并提出轴瓦磨损严重的问题提出相应的解决方案。

关键词：往复式压缩机;轴瓦;活塞;轻质化;改造

中图分类号：TH457 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）09-0053-02

0 引言

往复式压缩机是由活塞的往复运动来完成气体的压缩。在气体的压缩过程中，主轴瓦及大头瓦分别起到支承曲轴和连接曲轴与连杆并传递力的作用，而活塞部件的重量影响着整体的往复惯性力，也影响着综合活塞力，即轴瓦的比压也会改变，过大的轴瓦比压会使轴瓦的磨损速度急速增加。

1 活塞部件设计的基本原理

活塞与气缸内壁及气缸盖构成容积可变的工作腔，在气缸内作往复运动来实现气体的压缩。在活塞初步设计时既要保证活塞体的强度也要考虑整体的往复惯性力，综合活塞力及轴瓦的比压等等。

2 大头瓦及主轴瓦烧研问题的分析及解决方案

某伴生气压缩机机组，其中B机组经常发生大头瓦及主轴瓦烧研故障。根据现场情况及用户提供的相应资料初步分析，连杆大头瓦表面受到交替变化载荷作用，使轴承表面产生往复作用的拉应力、压应力和剪切应力，最后形成疲劳破坏。经过一段时间的运行，轴瓦表面镀层脱落，漏出底部合金层。

由于曲轴主轴颈变形（圆锥形）或机身主轴承孔变形，导致曲轴与一侧先接触，接触的一边承受了绝大部分的载荷，超出了油膜承载能力，造成了润滑不充分现象的发生，加剧了轴承的磨损。

通过对现场零件的测绘及对原厂随机资料的整理，找到了机组运动件的相关数据，机组实际转速与活塞行程叠加后的活塞线速度为6.307m/s（原设计为6.26m/s）。机组较高的活塞线速度导致最大拉伸往复惯性力156KN，曲拐和十字头销负载率达到100%，机组没有安全余量。另外，连杆大头瓦承受的最大法向力为160KN，超过了机组允许值综合杆载荷156KN，违反高速往复机所有运动部件受力不超过机组综合杆载荷的设计基本原则，机组在此种工况下运行存在连杆瓦过早损坏的风险。动力学分析結果汇总见表1。

3 解决方案

为了改善机组的受力情况，需要从降低往复运动部件的质量入手，对原机组一级活塞体进行优化设计。经过分析，在不降低原运动件使用性能的情况下，机组的总往复质量大约可以降低21.7%，连杆大头瓦轴瓦比压可以降低14%，且低于20MPa。通过对活塞体进行轻质化设计，即优化结构以及整体材质改为ZL401，可以显著改善轴瓦的受力状况，提升轴瓦的疲劳寿命。考虑到曲轴磨损过大已无法修复直接更换新的曲轴。改造前后对见图1、图2，活塞轻质化后数据对比详见表2。

通过对活塞进行轻质化处理，降低了往复质量并优化了原机型的设计，可以有效的改善轴瓦烧损的问题，截止目前为止，改造后的机组运行良好。

4 结语

压缩机作为化工工艺中的关键设备，该压缩机中存在的问题，国内其他压缩机中也有部分存在，该解决方案对于其他压缩机组一样适用。压缩机活塞部分一直以来都是压缩机设计的重要部分，如何让设备的效率达到最大，同时延长轴瓦的使用寿命始终都是设计长久以来的难题。

参考文献

[1] 郁永章.容积式压缩机技术手册[M].北京.机械工业出版社，2000.308.

[2] 安定纲.往复压缩机技术问答[M].北京：中国石化出版社，2005.

[3] API Spec 11P， Specification For Packaged Reciprocating Compressor for Oil and Gas Production Services（2nd Edition）[S].