CFA34往复压缩机大修及问题分析

龙 涛，任护国，袁宗泽，马 鹏，邢 鑫，李春丽

(1.中国空气动力研究与发展中心，四川 绵阳 621000；2.新疆博昌能源科技有限公司，新疆 哈密 839000)

1 引言

往复压缩机在石油化工、航空航天、舰船交通等领域有着十分广泛的应用，在气体压缩领域占据着重要地位。随着往复压缩机运行到一定年限，各类问题开始频发，及时的进行主机大修，能系统的解决安全隐患，延长其使用寿命，并能重新将往复压缩机导向正轨，恢复其性能，减少后期维护成本，提高生产效率，节省资金。

2 压缩机组简介

该高压空气站有5套往复压缩机组，压缩介质为空气，于2012年建成投产运行至今。前级经螺杆机增压至1.5～1.9 MPa，再经往复压缩机四级压缩，达到的22/32MPa 2个压力等级，最后经干燥器进行干燥处理。

该往复压缩机采用卡麦隆CFA34型活塞机，主要技术参数：压缩级数4级；进气温度≤50 ℃；最终排气温度≤60 ℃；1级吸气压力1.5～1.9 MPa；各级排气压力上限值3.9/8.6/21/32 MPa；润滑油压力0.35～0.8 MPa；各级排气温度上限值150/150/150/120 ℃；排气量(入口状态)45 N·m3/min；1列缸径(三/四级3.00″/1.50″)，2列缸径(二级3.875″)，3列缸径(三/四级3.00″/1.50″)，4列缸径(一级5.125″)。

3 往复压缩机主要大修内容及指标

3.1 大修前存在的问题

5套CFA34往复压缩机组随着运行年限的增长，流量逐渐降低，已由额定流量(入口状态)45 N·m3/min，1-5#分别将至(出口状态)35.9/35.6/36.1/34.8/35.6 N·m3/min。且该5套压缩机组都存在二级排气压力及温度偏高现象，大修前在22 MPa运行模式下1-5#压缩机组二级排气压力及温度分别为8.2/7.95/8.64/8.07/8.10 MPa、141/140/149/142/140 ℃。且1#、2#、3#压缩机组存在四级活塞环使用寿命急剧缩短，三级进、排气阀频繁损坏，2#、4#压缩机组存在高压填料漏气及曲轴箱主轴封漏油等现象。

3.2 大修涵盖的内容

针对该5套CFA34往复压缩机组运行中出现的一系列问题，展开设备大修。大修主要内容包括：

(1)解体往复压缩机主机，检查运转机构，包括联轴器、曲轴、轴承、连杆、中体、十字头、活塞杆等，测量相关配合间隙并进行探伤、修理、调整、更换磨损部件，装配后重新测量相关数据，达到合格要求。

(2)检查气路元件，包括气阀、气缸、活塞体、填料函、气水分离器、仪器仪表、安全阀等，进行清洗、测量、研磨、修理、更换、校验等维修维护，装配后重新测量相关数据，达到合格要求。

(3)检查并处理机组各级管路振动情况，对管卡、支架进行相应的紧固或焊接，对振动较大的管道焊接口进行探伤。

(4)检查油路元件，包括曲轴箱油过滤装置、加热装置、齿轮油泵、油过滤器、注油器、油分配块等，进行清洗、修理、更换等维修维护，并全部更换曲轴箱润滑油。

(5)检查水路元件，包括各级间冷却器、油冷却器、水阀、仪器仪表等，进行清洗、修理、更换、校验等维修维护。

(6)检查电路及控制元件，包括电力电缆、电机、控制柜，测量相关参数检查动作、显示等情况。

(7)检查整机情况，包括机身水平、电机与活塞机对中、中体与机身对中、气缸与中体对中等情况。

3.3 大修程序及技术要求

大修程序和技术要求如下：

(1)准备必要的技术文件、图纸资料，准备好检修工具、备件和辅助材料。

(2)切断大修压缩机组电源并挂牌禁动，打开放空阀，放空气缸及管道内余压，关闭进出水阀、打开排水阀、放尽机内余水，检查是否符合检修条件。

(3)拆卸压力表、温度表、安全阀、传感器等仪器仪表，送校验机构校验。

(4)拆除各级进排气管道，清洗水冷器、级间气水分离器。用专用积碳清洗剂对管道内壁进行浸泡，浸泡完毕后用汽油进行二次清洗，并用干净的棉布在管道内拖干。对振动较大的管道焊接口进行无损探伤检测，并加固管道支架。水冷器气路可用积碳清洗剂浸泡，浸泡完毕后用高压水枪进行二次清洗。水冷器水路可用弱酸进行浸泡，以清除水垢，浸泡完毕后用自来水进行二次冲洗，并用低压干净空气进行吹扫。

(5)拆卸各级进、排气阀，进行拆解、检查、修复。阀座密封面不得有腐蚀麻点、划痕，阀座边缘不得有裂纹、沟槽等缺陷，如很轻微麻面或划痕可研磨消除，重新组装后用煤油试漏，在1 min内渗漏不得超过20滴，必要时更换气阀。

(6)拆卸各级气缸、活塞、活塞杆和填料函，对其进行拆解、清洗、检查、修复。检查气缸内表面，应光洁，无裂纹、气孔、拉伤等缺陷，如有轻微擦伤或拉毛时，可用半圆形的油石沿气缸内表壁圆周进行研磨修理或镗缸处理，但当表面拉伤超过圆周的1/4时，并有严重沟槽，沟槽深度大于0.4 mm，宽度大于3 mm时，应更换气缸或缸套；检查气缸内径，其圆柱度公差应符合表1要求，否则应更换气缸或缸套。

表1 气缸内径圆度及柱度允许范围 单位：mm

检查活塞体，其表面应光滑，无磨损、划伤、裂纹、变形等缺陷，检查活塞与气缸的安装间隙(要求符合计算值：(0.005～0.02)Dmm，D为气缸直径)，必要时进行修理或更换。检查活塞杆，表面应光滑，无划痕、变色、变形，测量活塞杆直线度公差值(要求0.06～0.10 mm/m)，测量活塞杆圆柱度公差值(要求0.02～0.05 mm)，测量活塞杆最大磨损量要求不超过0.5 mm，用盘车的方式检查活塞杆的摆动度(要求摆动值每100.mm行程应小于0.02～0.04 mm，跳动值应小于0.03～0.05 mm)，检查活塞杆螺纹，不得有变形、断裂等缺陷，必要时进行更换。

检查填料函，更换各组密封填料和刮油环，新密封圈应在活塞杆上用铅丹油进行对研，密封圈与活塞杆接触面积应达到70%以上，用涂色法检查，接触点不少于4～5点/cm2，密封圈填料的接口缝隙要求为2～4 mm，密封圈填料在填料盒内的轴向间隙要求为0.20～0.25 mm，刮油环与活塞杆接触面不得有沟槽、划痕、磨损等缺陷，接触线应均匀分布且大于圆周长的70%，疏通填料函油孔及冷却水道，并在填料组装完成后进行冷却水流通试验，要求水路畅通无泄漏。

更换各级活塞环，活塞环在活塞槽内能活动自如，用手压紧时，活塞环应高出活塞表面0.25～0.5 mm(注：该机型无支撑环，活塞环应高出活塞表面)，并测量活塞环的侧向间隙(符合公式(1)要求)；将活塞环单独放入气缸，活塞环与气缸壁要求有良好的贴合，活塞环外径与气缸壁接触线不得小于周长的60%，在整个圆周上漏光不多于两处，每处弧长不大于25°，漏光处的径向间隙允许值参照表2，并测量活塞环的接口间隙(符合公式(2)的要求)；活塞环的安装时，相邻两活塞环的搭接口应错开90°(两瓣环)。活塞安装完毕后，用铅丝法检查活塞端面与气缸头的间隙(要求曲柄端与杠头端的间隙比为1∶2，一级活塞总间隙约3 mm)。

表2 活塞环与镜面不贴合间隙允许值 单位：mm

活塞环的热胀间隙按下列公式计算：

A=(2.8%～3.2%)D

(1)

S=0.01h+H9/d9

(2)

式中A—活塞环的街头间隙，mm

D—活塞外径，mm

S—活塞环在活塞槽中的侧向间隙，mm

h—活塞环宽度，mm

H9/d9—基孔制间隙配合极限值，mm

(7)拆卸十字头销、连杆螺栓，取出十字头和连杆，进行拆解、清洗、检查、恢复。检查十字头、十字头销、滑板及导轨，应无裂纹、划痕等缺陷。测量和调整十字头滑板与导轨之间的间隙，使之符合要求(要求0.12～0.20 mm)。用涂色法检查十字头滑板与导轨的接触情况，其接触面积不小于全面积的70%。检查十字头销，其直径最大磨损不超过0.5 mm，圆柱度公差不小于0.03 mm。十字头销与连杆小头瓦之间的间隙要求值按公式(3)、(4)计算衬套为铜合金

δ=(0.0007～0.0012)d

(3)

衬套为轴瓦浇注巴士合金

δ=(0.0004～0.0006)d

(4)

式中d—为十字头销直径，mm

(8)对曲轴箱进行拆解、清洗、检查、修复。放尽曲轴箱内润滑油，用汽油对曲轴箱进行清洗，并用棉布擦拭干净。拆下油过滤器，进行更换。检查曲轴、连杆、连杆螺栓及大小头轴瓦不得有裂纹和明显的划痕等缺陷，瓦衬不得有烧瓦或脱层，测量曲轴水平度(要求不大于0.1 mm/m)，测量主轴颈径向圆跳动值(要求不大于0.05 mm)，测量主轴颈中心线与曲轴颈中心线平行度偏差(要求不大于0.003 mm/m)，测量曲轴中心线与气缸中心线垂直公差值(要求不大于0.15 mm/m)，测量轴承与轴颈径向间隙(要求0.10～0.13 mm)，测量轴承轴向间隙(要求止推轴承0.15～0.20 mm，支撑轴承0.60～0.90 mm)，检查并更换曲轴箱主轴油封。

(9)脱开电机电力电缆，测量电机绝缘，检查维护电机轴承磨损情况，测量电动机轴承端盖间隙(要求1.5～2.5 mm)，加注电机润滑脂。

(10)测量联轴器对中情况，径向圆跳动和端面圆跳动值均不大于0.05 mm，必要时进行平衡校正。

(11)按相反顺序完成压缩机各部位的恢复回装，并记录相关装配数据。

(12)检查机身水平，测量机体纵向和横向水平度，其偏差不大于0.05 mm/m。

(13)检查管路支架情况，对松动管卡、管箍进行紧固，更换顺坏的管卡、管箍。

(14)恢复电源和冷却水，打开控制系统，检查传感器，必要时进行更换。

(15)整理大修记录，准备调试机组。

4 大修遇到的问题处理及分析

压缩机各级压阀罩变形严重，从阀腔内取出困难。针对该故障对压阀盖螺栓紧固力矩进行测试，并对压阀罩材质硬度进行检测。发现一、二级压阀盖螺栓紧固力矩为75 N·m，螺栓规格为1/2-13UNC，三级压阀盖螺栓紧固力矩为95 N·m，螺栓规格为5/8-11UNC。通过查询手册发现其紧固力矩偏大，重新调整一、二级压阀盖螺栓紧固力为65 N·m，调整三级压阀盖螺栓紧固力矩为85 N·m。对压阀罩材质硬度进行检测时，发现其硬度偏软。查询资料发现该批次压阀罩加工材质为45#钢，且未进行热处理，重新调整加工材质为55#钢，并进行调质处理。调整后的压阀罩经现场多次安装测试后，无变形现象。

在测量气缸内径圆度及柱度时，发现1～5号压缩机三四级气缸套磨损严重，超过最大磨损允许范围。气缸套磨损超过允许范围会导致活塞环漏气及磨损加速，甚至发生卡环现象，导致进排气温度上升，进、排气阀磨损加剧，排气量下降等现象。故大修前5套压缩机组流量偏低、二级排气压力及温度偏高、四级活塞环使用寿命缩短等故障和三四级缸套磨损严重有关。在更换三四级缸套时发现2号压缩机1列(四级缸套)，4号压缩机1列(三级缸套)，以及4号压缩机1列3列(四级缸套)缸套不能正常拔出。原因分析，由于前期该机型气缸用润滑油选型有误，造成三四级气缸及管路严重积碳，并因介质为压缩空气，三四级缸套与缸体长时间锈蚀，导致缸套与缸体融为一体，且在拆出四级缸套时还发现其涂抹了大量的密封胶，也是导致其无法正常拔出的原因之一。处理办法，拆下整个杠头运送至外加工厂用液压机床直接压出，其中2号压缩机1列(四级缸套)，5号压缩机1列(四级缸套)液压机床也无法直接压出，利用线切割将缸套切四道切口后再次用液压机压出。

拆卸1列3列缸头后，发现高压填料函下中体积液严重，且该处积液乳化严重并含有大量杂质。该处积液可通过十字头润滑油回油孔直接流入曲轴箱，导致曲轴箱润滑油污染。检查发现该处预留有中体排污口，堵头封死未接排污管，对其进行重新接管，并增加排污阀门。

5号压缩机4列十字头巴士合金脱落严重。造成十字头巴士合金脱落的原因有十字头在滑道内受力不均，十字头润滑油通道堵塞或油道内有金属屑污物等。十字头在机身滑道内位置应居中，并与整个机身滑道的中心线重合，否则就会产生十字头在滑道内歪斜跑偏的现象，引起敲击和发热。十字头润滑油通道堵塞或油道内有金属屑，会致使滑道内不能形成有效油膜，导致十字头干磨发热。针对该问题重新更换十字头，并检查吹扫润滑油道，对该列气缸、中体、机身重新找正定中心并检查十字头在滑道内的位置，测量滑道间隙，另活塞杆与十字头及连杆装配后，检查各部位有无“别劲”，十字头与滑道的接触面有无翘起，如存在对角间隙，表明十字头可能跑偏，应及时查明原因，予以调控校正。

3号压缩机在试车时发生四级活塞环融环故障。检查发现该四级缸套加工精度不达标，缸套与缸体油孔错位，且三四级注油管接反，致使缸内润滑油不足，最终导致高温融环。重新更换缸套，调正油孔及正确接上注油管，重新试车工作正常。

5 大修前后数据对比

表3中列出了大修前后1～5#压缩机二级排气压力、温度及瞬时流量参数，其中参数一为大修前平均值，参数二为大修后平均值。 从表2可以看出经过大修后，1～5#压缩机二级排气压力、温度偏高得到明显改善，瞬时流量提升了10.5%～21.9%，使其运行效率得到大幅提高。

表3 大修前后运行参数

6 结语

大修是每台往复压缩机所必须的“保健理疗”，通过大修的调整，能重新恢复压缩机性能，能系统的解决安全隐患，延长其使用寿命，并能重新将往复压缩机导向正轨，减少后期维护成本，提高生产效率，为企业节省资金。本文介绍了CFA34往复压缩机大修内容、程序及技术指标，分析了大修过程中遇到的问题，提出了相应的解决措施，为此类压缩机大修提供了参考。