往复式压缩机活塞故障分析与解决措施

摘 要：针对往复式压缩机活塞故障问题，本次研究结合我国往复式压缩机的应用现状，首先对活塞问题容易出现故障问题的原因进行深入分析，在此基础上，提出活塞故障问题的解决措施，为保障往复式压缩机的正常运行奠定基础。研究表明：应力集中因素、尺寸变化因素、表面状态因素、载荷频率因素、材料性能因素以及平均应力因素等都会对往复式压缩机的活塞故障问题产生影响，因此，相关工作人员需要从活塞制造工艺控制、活塞制造结构改进、活塞安装措施以及原料控制措施等四方面入手，分别采取多项有效措施，全面保障往复式压缩机的安全运行。

关键词：往复式压缩机;活塞故障;影响因素;解决措施

0 前言

活塞是往复式压缩机中非常重要的组成部件，在压缩机运行的过程中，受到各种因素的影响，活塞非常容易出现各种类型的故障问题，例如变形、失效等，这些问题的出现会对压缩机的安全运行产生严重的影响，这对于石油化工行业的生产作业而言十分不利[1]。针对往复式压缩机运行过程中的活塞故障问题，本次研究主要是对出现这些故障问题的影响因素进行全面分析，在此基础上，提出提高往复式压缩机活塞部件质量的相关措施，为保障往复式压缩机的安全运行奠定基础。

1 往复式压缩机活塞故障问题影响因素分析

1.1 应力集中因素

根据目前的研究结果显示，在活塞形状突变的位置处，会产生应力迅速升高的问题，在距离形状突变区域较远的位置处，应力状况会逐渐趋于缓和状态，这种现象就可以被称为应力集中现象。在活塞的连接部位以及挡肩位置处都存在形状突变问题，在形状突变以后会产生应力集中。如果活塞受到的应力相对较为缓和，应力分布相对较为均匀，则活塞出现故障问题的概率将会大大降低，如果存在严重的应力集中问题，则在应力集中的位置处活塞出现失效、断裂、变形等问题的概率都会大大增加。活塞存在一个疲劳极限，当某一个位置处受到的应力超过这个疲劳极限数值时，活塞就会断裂[2]。

1.2 尺寸变化因素

活塞自身的存在以及与活塞相连接其他零部件的尺寸都会对活塞的故障问题产生严重的影响，这种影响与应力梯度之间具有一定的联系，一般情况下，随着活塞尺寸的逐渐增加，在受到外力的作用下，单位面积上受到的载荷相对较低，所以出现故障问题的概率将会大大降低。在另一方面，如果活塞的尺寸过大，则其性能会出现一定程度的降低，应力梯度也会逐渐减小，其他零部件与活塞出现接触的可能性逐渐增加，外部损伤源的数量增加，出现活塞故障问题的概率有所升高。事实上，活塞的疲劳极限与尺寸之间具有一定的关系，符合相关计算公式，为了防止出现活塞故障问题，工作人员在对活塞进行设计的过程中需要进行合理的计算。

1.3 表面状态因素

对于活塞而言，其产生的故障问题主要可以分为两种类型，分别是由内向外的故障问题和由外向内的故障问题。尽管最大的应力会作用在活塞的表面上，但是出现裂纹问题只会从其内部向外部拓展，这种现象称为由内向外的故障问题;另一种故障是在活塞的表面已经出现了缺陷，缺陷的出现使得活塞的疲劳强度受到了严重的影响，此时活塞就会各种类型的故障问题，这种现象称之为由外向内的故障问题，同时，缺陷影响疲劳强度的现象称为表面系数。在活塞表面处于标准状态时，其疲劳极限与其表面处于抛光光滑状态时存在较大的差别，表面状态也会对其故障问题产生严重的影响。

1.4 载荷频率因素

载荷频率对活塞产生的影响与载荷的持续时间具有一定的联系，对于活塞的材料而言，塑性变形会落后于应力，如果最大应力的持续时间增加，则活塞受到的破坏将会越剧烈，在另一方面，如果载荷频率增加，就相当于使得载荷的加载速度得到了提升，当载荷的加载速度高于裂纹的扩展速度时，活塞产生的裂纹将会来不及得到扩展，进而使得活塞遭受严重损坏问题的可能性继续升高。在另一方面，加载频率对于疲劳强度的影响与外加应力之间还具有一定的联系，当应力相对较高时，加载频率也会升高。通过进行实验室实验后发现，在室温条件下，加载频率与疲劳极限之间并没有明显的联系。

1.5 材料性能因素

材料的性能是影响活塞故障问题的直接因素，材料的性能主要指的是活塞的疲劳极限和抗拉极限，随着其疲劳极限和抗拉极限的逐渐增加，活塞遭受故障问题的概率将会大大降低。目前，国内外研究机构对活塞材料的性能问题展开了广泛的研究，也研究出来很多性能优越的活塞材料，但是使用高性能活塞材料的成本相对较高，针对此问题，相关企业需要在材料价格与材料质量之间建立一种平衡关系，在合理的价格范围内使用高性能的活塞材料，这是防止活塞出现故障问题的关键所在。

1.6 平均应力因素

在往复式压缩机运行的过程中，活塞遭受故障问题的概率与平均应力之间还存在一定的联系，当拉伸活塞的平均应力时，会使得活塞材料的疲劳强度以及自身的寿命都严重下降，当减压缩活塞材料的平均应力时，会使得活塞材料的疲劳强度和自身的寿命都得到提升。往复式压缩机活塞平均应力的修正方法主要可以分为三种类型，分别是Gerber方法模型、Sodberg方法模型以及Goodman方法模型，如果活塞材料的韧性相对较低，则可以使用Goodman方法模型对其平均应力进行修正。

2 往复式压缩机活塞故障解决措施

2.1 活塞制造工艺控制

活塞制造的工艺控制工作主要可以分为三个方面，首先需要对其热处理参数进行严格的控制，热处理参数主要包括加热温度、冷却时间等，通过控制热处理参数的方式使得活塞材料的脆性降低，使得其力学性能可以满足相关要求，抗拉强度可以得到一定的提升;其次，在进行热处理的过程中加入时效处理环节，进而使得活塞的高温韧性可以提升，防止由于往复式压缩机内的温度相对较高，进而对活塞的使用产生影响;最后，对活塞表面进行抛光处理，使其表面的光洁度可以得到提升，这是提高其疲劳寿命的关键方法。

2.2 活塞制造结构改进

对活塞的结构进行一定的改进也是防止其出现故障问题的关键，这里讨论的结构改进主要指的是与其他零部件连接形式的改进，需要将活塞与活塞杆之间的连接方式由电加热连接形式改为超级螺母连接形式，所谓的超级螺母主要指的是具有很強预紧力，且上部位置处存在顶锥的螺母，使用该种螺母材料可以实现逐渐紧固的基本功能，可以使得两者之间的连接力更强。

2.3 活塞安装措施

在对往复式压缩机进行安装或者检修的过程中，需要按照相关的标准规范对活塞进行合理的安装。在这一方面，在进行安装作业之前，首先需要对活塞进行无损检查，活塞不得出现裂纹或者缺陷情况;其次，需要保证按照的活塞表面处于光滑的状态，其粗糙度最好可以小于Ra0.8。

2.4 原料控制措施

由于活塞自身的质量是决定是否会出现故障问题的重要因素，因此在对活塞进行生产作业的过程中，需要对物料进行严格的控制，首先相关部门需要加强物质材料的管理工作，防止因管理因素使得物质材料的质量受到影响;其次，需要对活塞生产环节进行严格的监控，严格把控各种物料的比例，尽可能降低活塞材料中的硫含量，这主要是因为随着硫含量的提升，活塞的质量将会受到严重的影响。

3 结论

通过本次研究可以发现，受到多种因素的影响，往复式压缩机的活塞非常容易出现断裂、失效以及变形等一系列的问题，这些问题的出现对于石油化工行业的生产作业而言十分不利，针对此问题，相关单位需要采取活塞制造工艺控制、活塞制造结构改进、活塞安装措施以及原料控制措施四种措施，全面防止往复式压缩机在运行的过程中出现活塞故障问题。

参考文献：

[1]李新军.浅析往复式压缩机的常见故障及处理措施[J].山东煤炭科技，2012（06）：76-78.

[2]刘亚勇.往复式压缩机十字头及其活塞环故障分析与处理[J].化工管理，2015（26）：111.

作者简介：

聂士占（1982- ），男，河南濮阳人，技师，从事天然气开采压缩机管理工作。