往复式压缩机十字头及其活塞环故障分析与处理

薄丹丹等

摘 要：本文对往复式压缩机运行中出现的十字头及其活塞环磨损现象进行分析，并阐述如何处理磨损故障。

关键词：往复式压缩机；活塞环；十字头；故障；分析；处理

1.压缩机简介

本压缩机型号为4M3.5-10.77/35，是一台对称平衡型往复式空气压缩机，四列四级压缩，将压力由常压提高到3.5MPa。布置方式为单层平面布置。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。其用途为一个小型污水处理厂提供压缩空气。

2.压缩机十字头及活塞环简介

2.1 .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，具有导向作用。十字头的一端螺孔与活塞杆连接，借活塞杆螺纹的连接深度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。本压缩机十字头是由QT60-2制成，滑板浇铸锡基轴承合金。

2.2. 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。作用在环内表面的气体压力大于作用在环外表面的气体的压力。在压力差的作用下，环被压向汽缸工作表面，阻止了气体沿着汽缸壁面泄漏。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。

3 .活塞环及十字头故障描述

3.1. 活塞环故障

此压缩机从2010年3月开机后，前期开开停停无固定时限，曾经因为压力不合格检修气阀时，正常检查各部件时发现活塞环磨损严重，后按照机组随机资料的标准更换活塞环后运行不到一个月就出现活塞环损坏，但支撑环属于正常磨损的情况。最严重的是在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，发现磨损严重，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。

3.2. 十字头故障

在机组正常运行情况下，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，但发现润滑油箱体油体发黑，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。

4. 故障检查分析

4.1. 活塞环磨损断裂分析

造成活塞环磨损和断裂的主要因素有：

（1）疲劳损伤。

（2）偏向磨损。

（3）活塞环与汽缸的肩脊相击，造成断裂。

（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。

4.1.1.检查活塞环断面

把压缩机运行三年以来更换的活塞环进行集中比照，参考各个损坏的活塞环运行时间段后，发现损坏活塞环的时间不具有一定的规律性，判断疲劳损伤的可能性不大。

4.1.2. 检查活塞与汽缸的同轴度

我们最简单可行的方法是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。

4.1.3. 检查汽缸的肩脊

通过在现场测量各部分数据后，确定活塞环在做往复运动过程中间不会与肩脊相击，造成断裂。

4.1.4. 检查活塞环开口间隙

在把同型号同批次的活塞环装入汽缸测量以后，发现活塞环的开口间隙只有2mm，经过计算后确认活塞环开口间隙最小应该在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。

4.2. 十字头损坏检查分析

由 4.2十字头故障现象分析，出现故障的原因在十字头部，可能由下列因素造成：

（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。

（2）有杂物或水介质进入润滑油，造成润滑不良。

（3）十字头与滑道间隙超标，造成震动过大，十字头磨损。

（4）十字头巴氏合金脱落。

4.2.1. 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，打磨处理了划痕部位，使其与滑道配合，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。

4.2.2. 检查润滑油

由于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。

4.2.3. 检查十字头与滑道间隙

根据厂家提供的资料，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。

4.2.4 .检查巴氏合金层

通过对其余三个比较好的十字头进行煤油渗透后发现，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的罪魁祸首主要是巴氏合金层脱落造成。

5. 故障处理

5.1.活塞环处理

更换厂家建议的新材质活塞环，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。

5.2.十字头处理

5.2.1.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。

5.2.2.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。

5.2.3.检查油管线及其冷却器，打压合格后进行油运。

6.结论与认识

通过以上处理后进行试机，故障消失，机组顺利通过了 100 %负荷试车，现已投入工艺运行1个月左右，运行参数全部正常。通过以上现象分析及处理，我们认识到需要加强设备现场巡检，及时消除小问题，可以避免大故障。

参考文献：

[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] 廖传华，朱延风，柴本银.设备检修与维护 中国石化出版社，2008年7月第一版.

[3] 王福利 压缩机组 中国石化出版社 2007年7月第一版.