往复式压缩机十字头及其活塞环故障分析与处理

刘亚勇(长炼机电达州分公司)

4M3.5 -10.77/35型空气压缩机为对称平衡型往复式，四列四级压缩，气缸采用水冷却系统强制冷却、压力循环润滑，各列气缸水平布置于曲轴两侧，具有动平衡性好，操作检修方便等优点。

1 设备参数及介绍

1.1 用途及其布置

本压缩机为四列，水冷式、M型无油润滑空气压缩机。四级压缩，将压力由常压提高到3.5MPA。布置方式为单层平面布置。

1.2 压缩机十字头

十字头是连接活塞杆与连杆的运动机件，在机身十字头滑道内作往复运动。十字头的一端螺孔与活塞杆连接，活塞杆螺纹可调整活塞与气缸盖间死点间隙的大小。两侧装有十字头销的锥形孔，十字头销用螺钉键固定在十字头上，并与连杆轴套互相配合。

1.2.1 压缩机活塞环

活塞环是密封汽缸工作面和活塞间缝隙的零件，活塞环装入汽缸后，活塞环的弹力使之产生一个对汽缸壁的压紧力。气体通过间隙产生节流，于是在活塞前后产生一个压差，活塞环被推向环槽压力低的一侧，阻止了气体沿环槽断面的泄漏。本压缩机活塞环和支撑环均为无油润滑原件，活塞环和支撑环采用贺尔碧格产品。

2 故障描述

2.1 活塞环故障

此压缩机从2010年3月开机后，正常检查各部件时发现活塞环磨损严重，按照机组随机资料的标准更换活塞环后运行一个月就出现活塞环损坏，支撑环属于正常磨损的情况。最严重的是2011年7月出现汽缸缸体严重噪音，紧急停机后检查1.2.4级汽缸磨损严重，各级活塞环严重磨损甚至断裂后无残留物，活塞有轻微拉伤，汽缸也拉毛。

2.2 十字头故障

机组正常运行巡检检查显示压缩机出入口压力和温度、流量，电机电流、定子温度、主轴承温度，压缩机主轴承温度、填料温度，润滑油油温和油压，冷却水的水压和水温，噪声和振动等数据正常。发现润滑油油体发黑，决定对其做一次例行检查，在机组停机后打开十字头处视镜发现1级、2级、4级十字头处有些许金属碎屑，而3级十字头在滑道和十字头中间有大片夹杂物，各级十字头拆卸后，检查发现1、2、4十字头下瓦面的巴式合金面有部分磨损的现象，瓦面有较深的凹槽，3级十字头巴氏合金严重磨损。其他部件未见明显伤处。

3 故障检查分析

3.1 活塞环磨损断裂分析

造成活塞环磨损和断裂的主要因素：

3.1.1 疲劳损伤。

3.1.2 偏向磨损。

3.1.3 活塞环与汽缸的肩脊相击，造成断裂。

3.1.4 活塞环热膨胀间隙不合适，在正常工作中受热后无膨胀余地而强行与汽缸壁磨檫。

3.1.5 汽缸内杂质太多造成汽缸拉毛后对易损件活塞环有较强的磨损。

3.1.6 活塞环材质不合适，自润滑性差。

3.1.7 检查活塞环断面

把更换的活塞环全部比照，发现损坏活塞环的时间不具有规律性，判断疲劳损伤的可能性不大。

3.1.8 检查活塞与汽缸的同轴度

装好活塞环和支撑环后，用塞尺检查活塞与汽缸的圆周间隙，经过检查后发现圆周间隙基本都保持在2MM左右，无严重偏差。

3.1.9 检查汽缸的肩脊

测量各部数据后，确定活塞在做往复运动过程中间不会与肩脊相击，造成断裂。

3.1.1.0 检查活塞环开口间隙

同型号同批次的活塞环装入汽缸测量以后，开口间隙为2MM，经过计算确认活塞环开口间隙最小为6MM左右，判断开口间隙小是造成活塞环磨损和断裂的因素之一。

3.1.1.1 检查汽缸气流通道和缓冲罐

打开气阀后发现流道内壁、缓冲罐内部有大量的铁锈及含水杂质，判断对活塞环损坏，造成汽缸拉毛有直接关系。

3.1.1.2 检查活塞环的材质

通过询问生产厂家后建议更换一种新型材质的活塞环。

3.2 十字头损坏检查分析

由3.2现象分析，出现故障的原因在十字头部，可能由下列因素造成：

3.2.1 十字头巴氏合金面与滑道接触不良，造成十字头局部受力，摩擦严重而受损。

3.2.2 有杂物或水介质进入润滑油，造成润滑不良。

3.2.3 十字头与滑道间隙超标，造成震动过大，十字头磨损。

3.2.4 十字头巴氏合金脱落

3.2.5 检查瓦面与滑道接触面

由于旧的十字头3级已完全报废，利用其它级数的十字头进行检查发现瓦面有轻微划痕，打磨处理划痕部位，用着色法检查其接触面符合70%的安装要求，排除瓦面与滑道接触不良的因素。

3.2.6 检查润滑油

此次十字头损坏以后对润滑油有严重的污染，润滑油有大量杂质，油体发黑，并且含有少量的水分。

3.2.7 检查十字头与滑道间隙

根据厂家提供资料十字头与滑道的允许间隙值为0.145-0.248。把十字头装入滑道实测其间隙全部在要求之内。

3.2.8 检查巴氏合金层

通过对十字头进行煤油渗透，在十字头上发现不同程度的裂纹，用刮刀挑开后，巴氏合金会有一整块掉落，判断造成十字头损坏主要原因是巴氏合金层脱落。

4 故障处理

4.1 活塞环处理

更换新材质活塞环，将开口间隙调整到6MM左右，按照中石化检修标准和厂家说明书进行检查。

4.2 十字头处理

4.2.1 更换新的十字头，先用着色法探伤检查有无裂纹，尺寸规格和旧件一致。

4.2.2 用着色法检查保证滑履瓦面与滑道接触面积70%以上，使滑履瓦面与滑道上间隙在0.18 mm左右，安装合格。

4.2.3 检查油管线及冷却器，打压合格后油运。

5 结语

通过处理后试机故障消失，机组顺利通过了100%负荷试车，现已投入运行1个月左右，运行参数全部正常。通过此次处理我们需要加强现场巡检，及时发现处理问题，把小问题及时消除，可以避免更大的事故。

[1]沈阳远大压缩机制造有限公司.4M3.5-10.77/35型新空气压缩机使用说明书.

[2]王福利.压缩机组,中国石化出版社,2007年7月第一版.

[3]长炼钳工检修教材,2010年6月.