往复压缩机十字头故障原因分析

（中国石油独山子石化分公司设备检修公司炼油钳工，新疆独山子 833699）

1 引言

独山子石化公司炼油厂200 t/a蜡油加氢装置，有两台进口往复压缩机，机组类型为往复活塞式H型水平对置平衡型压缩机，三级压缩，一级入口2 MPa，三级出口16.5 MPa，主要是为加氢炉子提供高压氢气。该压缩机为卧式四列对称平衡式压缩机，一级2个缸，在一侧，另一侧为二级缸和三级缸，入口压力2 MPa，出口压力16 MPa，于2009年9月开始正常运行。在2017年5月和2019年11月出现了突发性十字头损坏故障，为避免不再出现第三次类似问题，通过查阅压缩机图纸资料、结构分析和对各个零部件尺寸的测量，判断出造成的具体原因。

2 故障现象

2.1 第一次故障现象

2017年5月此台往复压缩机在运行过程中，曲轴箱侧突然出现较大的异常响声，拆检发现非电机侧一级十字头销挡板脱落，挡板紧固螺栓全部断裂，锥形套脱出挤压变形；小头销与锥形套间的调整环断裂，十字头滑履出现大面积划痕，并且表面有磨损金属嵌入到滑履上。大头瓦表面偏磨，大头瓦轴向推力面磨损（图1）。

2.2 第二次故障现象

2019年11月该压缩机出现同样故障现象，打开压缩机个气缸中体的侧盖板，发现非电机侧一级十字头销外侧压板防松螺栓松动，内侧的压板脱落，压板螺栓断裂，锥形套被挤变形。曲轴箱内有断裂的垫片，二级外侧调整垫片已经断裂并有磨损痕迹，内侧垫片断裂，磨损痕迹不明显（图2）。

3 原因分析

3.1 压缩机结构

该压缩机一共4缸，三级压缩，具体级数分配（图3）：

往复压缩机十字头的受力主要是活塞杆的拉力、压力以及连杆在水平方向的分力，自身与滑道的摩擦力；铅锤方向受力主要是连杆在铅锤方向分力以及自身重力，十字头销受力一般也是只有连杆方向的力。活塞连杆的轴向定位，基本都是采用利用连杆大头瓦来进行定位，控制连杆的轴向摆动量，防止十字头销受到较大的轴向摆动。

该压缩机十字头销装到连杆小头瓦中，两端由2个锥形套固定，再安装盖板将锥形套压紧，保证销轴的位置（图4）。

3.2 造成故障的直接原因

通过对压缩机拆检，发现该压缩机非电机侧一级和二级的连杆小头瓦两侧各有一个调整环，电机侧一级和三级的十字头销处无该调整环（如图4圆圈处）。该车间另外2套装置还有2台同一厂家制造的压缩机，结构相同，在大修期间检查十字头处无垫片。压缩机在运行过程中，调整环碎裂的残渣落入滑道内，造成滑履损坏，最终调整环断裂后，造成十字头销受力不均匀。

3.3 增加调整环的作用

一般如此大的往复压缩机一般都采用连杆大头端定位，具有侧向定位的比压小，润滑良好，运行平稳等优点。根据分别测量了4个缸相连的连杆大头瓦的侧间隙值见表1：

根据测量的数据发现电机侧一级和三级的大头瓦两侧间隙值较小，查阅厂家提供的说明书标准，满足运行要求，而非电机侧一级和二级一段的间隙值为13 mm，说明这2个连杆在轴向方向无定位。通过测量这2处十字头、调整环、连杆小头瓦的尺寸小头瓦长度a=185 mm，十字头内宽度b=195.4 mm，调整环厚度5 mm，可计算出每个调整环的间隙0.2 mm，通过测量的数据可分析出非电机侧一级和二级的连杆轴向定位是在小头瓦处，通过增加调整垫片限制小头瓦的摆动，从而限制连杆大头瓦的摆动。

图1

图2

图3

当调整环出现断裂脱落后，连杆轴向无定位，造成连杆运行时出现大幅摆动，此时受力最大的为十字头销两侧锥形套和压板，最终导致压板螺栓断裂，压板掉落，锥形套挤变形的设备事故。

3.4 调整环损坏的原因

通过对调整环材质分析，为球墨铸铁，其优点就是强度、韧性高，有较好的耐磨性和减震性，在运行过程中不会出现变形、弯曲等，但缺点是受力较大时出现断裂。

3.5 增加调整环原因

分别对该压缩机曲轴的曲拐宽度进行测量，尺寸见表2。

图4

上述数据可看出曲拐宽度数据有较大的偏差，分析曲轴在加工过程中出现加工失误，将非电机侧一级和二级曲拐宽度加工多了，而大头瓦的宽度尺寸未变，造成连杆大头瓦轴向无法定位，因此通过在连杆小头瓦处添加垫片对连杆定位，来弥补加工失误。

表1 测量各级连杆大头瓦两侧间隙值 单位：mm

表2 单位：mm

4 结论

往复压缩机作为将曲轴旋转运动转变为往复直线运动的机械设备，由于承受交变载荷的作用，故障发生频率相对较高，易损件也较多，因此在压缩机设计的时候减少易损件数量能够有效提高压缩机运行平稳。通过对压缩机各零部件尺寸测量，分析出调整环的作用，同时也发现了该压缩机出厂时的失误，同时也是压缩机运行过程中的较大隐患。