活塞式压缩机活塞杆跳动量的调整

史元璋

(山西丰喜华瑞煤化工有限公司，山西 新绛 043100)

1 引言

活塞式压缩机广泛应用于各种生产活动中，尤其是在化工生产装置中占有重要地位。随着化工生产装置的不断扩大，活塞式压缩机也越来越大型化，其安全稳定运行也显得日益重要。活塞杆断裂是活塞式压缩机除气阀损坏(一般认为是故障)以外最常见的设备事故。事故的原因除压缩机长期超负荷运行、活塞杆本身质量问题外，一个主要原因就是压缩机的安装质量问题，主要表现为活塞杆跳动量超出规范允许的范围。合理地调整活塞杆的跳动量是活塞式压缩机安装、检修的一项重要工作，对压缩机的安全、稳定、长周期运行有着重要的意义。

2 活塞式压缩机的基本构成

为了达到生产工艺所需的最终出口压力，一般大中型活塞式压缩机由多个段组成，每段由在压缩机运行时处于静止状态的十字头滑道、中间接体、刮油器体、密封填料函、气缸和作回转运动的曲轴、作摆动运动的连杆体以及作往复直线运动的十字头体、活塞总成(含活塞杆及活塞环、支撑环)等组成。其中活塞杆与十字头体间有供调整活塞运行死点间隙的调整板。为了机组平稳运行，同时也为了安装、检修方便，大中型活塞式压缩机多采用对称平衡布置。活塞式压缩机的安装要求处于运行中的十字头体及活塞杆的中心线要与十字头滑道、气缸的中心线要在同一直线上，并且与曲轴的主轴颈的中心线在同一平面上。事实上在实际的安装、检修操作中是存在一定差异的，这种差异只要调整到规范允许的范围以内，都是允许的，认为是可行的。正常情况下活塞体在气缸中是呈悬浮状态的，与气缸壁并不发生实质性的接触，二者之间存在一定的间隙，其间隙大小因气缸大小及压力的不同而有所不同，其密封作用主要靠活塞环来实现。其主要部件十字头体通过十字头销、连杆体与曲轴的曲颈连接，同时通过端部的上紧装置与活塞杆连接，将驱动机的回转运动转化为往复的直线运动，带动活塞杆、活塞运动。十字头体上下则通过有耐磨的十字头滑履与滑道紧密配合并保持一定的间隙，以保证可以做相对运动。十字头体与滑履之间有供调整十字头体总成(含滑履)与滑道间隙的调整垫片。

3 活塞杆跳动量与测量

活塞杆跳动量可分为水平跳动量和垂直跳动量2种，一般情况下水平跳动量较小，垂直跳动量较大。这主要是由制造、安装以及运行的特点所决定的。制造过程保证了滑道中心线与曲轴中心线的垂直，也保证了滑道的水平度。但在实际的安装过程中垂直方向上调整的工作量要远大于水平方向上的调整工作量，难度也要大一些。而且在运行过程中在滑道内的十字头体受到的垂直方向上的力也较水平方向的力大。而且如果安装误差较大时其垂直方向上的受力情况也更为复杂。垂直方向的跳动量较大主要是影响因素较多，一个是十字头滑道的水平度较差，另外由于十字头体与滑道之间存在一定的间隙，间隙的大小对活塞杆的跳动量也有一定的影响。并且在安装现场往往通过手工操作进行调整，使得其安装精度不及机加工那样高，或多或少会产生一些偏差，直接的反映就是活塞杆跳动量。由于十字头总成与滑道之间主受力接触面的存在以及十字头的中心线与滑道的中心线不重合以及十字头连接活塞杆的端面与十字头中心线在垂直方向上的不垂直，活塞杆的中心线不同心等都会造成活塞杆垂直方向的跳动量较大，同时调整难度也较大。

一般情况下在测量过程中，活塞杆跳动量的表现出2种形式：第一种现象是在测量过程中测量值随活塞杆的运动缓慢地增大或减小，在活塞杆达到死点位置时达到极值，随后随活塞杆反向运动时，测量值开始减小或增大，这是一种正常的现象。如果测量值超出允许范围，则需进行调整，如果测量值在允许范围内，则可以不进行调整。第二种现象是在活塞杆运行到接近死点位置或达到死点位置后反向运动时，测量值突然有一个较大的变化，我们把这种现象称作为跳表。这种现象多发生在垂直方向上，而且数值不会很大，一般只有0.05 mm左右，甚至更小。这种跳动对活塞杆正常使用有很大的影响，容易引发活塞杆断裂事故，所以跳表的值不论大小都必须对其进行调整。

活塞杆跳动量的测量方法可以分为静态测量和模拟动态测量。传统的安装、检修测量一般采取静态测量，即通过盘车电机带动压缩机曲轴做低速转动，曲轴通过连杆带动十字头体、活塞杆等往复直线运动，用百分表测得活塞杆的跳动量。但这个数据并不能真实反映压缩机在实际运行状态下的跳动量，因为这个数值是压缩机的十字头体在盘车器的带动下在重力的作用下紧贴着下滑道做低速运动是测得的。而在实际运行过程中，根据压缩机曲轴的转向不同以及滑道、气缸相对于曲轴箱的位置不同(分布于曲轴箱的两侧)，十字头滑道根据受力情况分为上滑道面主受力和下滑道面主受力两种。在下滑道面主受力的滑道采取这种方法测得的数据尚可参考，而在上滑道面主受力的滑道中采取这种方法进行测量，其所测得数据的参考就值得商榷了。因此，在上滑道面主受力的滑道中运行的活塞杆跳动量的测量应采取模拟真实运行时姿态的方法进行测量，即让十字头体的上滑履与滑道上表面相贴合运动进行测量。具体方法是采用行车相配合的方法进行，即用行车将处于滑道中的十字头体吊起，使得十字头体的上滑履与上滑道面紧密贴合(把十字头体与滑道的间隙留在十字头体与下滑道面之间)，然后盘车测得活塞杆的跳动量。在此操作过程中要格外谨慎，十字头体的上滑履与上滑道的间相互作用力不可过大，以免发生零部件损坏及安全事故。

4 活塞杆跳动量超差原因分析

对于活塞杆第一种跳动量而言，造成活塞杆跳动量超差的原因主要有以下几种：(1)十字头滑道的中心线与曲轴的中心线不垂直，使得十字头体在滑道中的运行轨迹与曲轴的中心线不垂直，造成活塞杆跳动量超差。这个垂直度是通过机加工来保证的，安装现场通过手工很难处理，一旦发生超差，需测量出其数值，并对其进行机加工处理。(2)活塞与活塞杆安装不同心，在运行中活塞与气缸发生实际的接触并产生相互的作用力，导致活塞杆的运行轨迹发生变化，从而引起活塞杆跳动量发生变化。这种情况不多见，但确实发生过，而且一旦发生往往数值比较大，多是零部件加工质量的问题引起，是比较严重的，也容易引发活塞杆断裂事故。尤其是活塞与气缸在垂直方向上发生实质接触并产生作用力，后果更为严重，更容易引发活塞杆断裂事故，必须找出原因予以解决。(3)十字头与活塞杆的装配质量问题，即安装过程中活塞杆的中心线与十字头滑道的中心线不重合，2条中心线有一个很小的夹角，导致活塞杆上距离十字头长度不同的位置上的点与十字头中心线的距离不同，从而造成活塞杆跳动量超差。造成活塞杆中心线与十字头体的中心线不重合的原因主要是零部件加工质量的问题(主要是多种机加工件的累计误差)，只是加工质量偏差不大，质量问题不太严重，没有引起活塞与气缸壁等固定部分接触而已，但也影响了活塞杆跳动量。由于十字头体与活塞杆的连接采用上紧装置硬连接，在安装现场不对其部件作处理，如果超出规范允许范围则必须对不合格的部件重新进行机加工处理。零部件加工质量问题如活塞杆的中心线与活塞杆与十字头配合的端面不垂直，调整片两面不平行，十字头体与活塞杆连接的端面与十字头体的中心线不垂直等等。由于压缩机的运转部件的精度要求较高，都进行了精加工，一般情况下零部件的加工形位质量问题并不多见，即使有问题一般也不会太大，而且在安装、检修现场很难检测出来，并且零部件出厂都进行了严格检验，并进行了预组装，一般情况下不会出现因零部件加工质量问题造成的活塞杆跳动量超标。

对于活塞杆的第二种跳动量而言，主要原因是运行中的活塞杆的中心线与滑道的中心线不在同一平面，造成十字头体在运行至接近或到达活塞死点位置时受力方向发生变化，使十字头体与滑道的主受力面也随着发生变化，原来的主受力面变为了非主受力面，原来的非主受力面变为了主受力面。由于十字头体与滑道受力面的变化，它们之间的间隙也随着从一侧转移之另一侧，这个间隙的变化引起十字头体及活塞杆中心线的变化，使原来与十字头中心线重合的活塞杆的中心线不再重合，二者之间存在一定的距离，也就是说活塞杆的中心线在运行到接近或到达活塞死点位置时突然发生变化，偏离了原来的位置。这个变化引起了活塞杆跳动量突变(具体过程分析本文不做详细叙述)。本文主要讨论在保证零部件加工质量的前提下，对于因处于运行中活塞杆的中心线与十字头滑道的中心线不重合而造成活塞杆在垂直方向上突跳，如何在安装、检修现场通过调整十字头体与滑履间的调整垫片来调整或消除活塞杆的这种跳动量，使之处于规范允许的范围内。

5 活塞杆跳动量调整前相关数据的测量

5.1 十字头滑道及活塞杆水平度的测量

在安装和调整十字头前，要先测量十字头滑道的水平度，要求在规范允许范围之内，越小越好，允许气缸侧稍高，以消除气缸安装后气缸重量对十字头滑道水平度的影响。然后测量滑道的直径，并根据十字头体与滑道的间隙要求，确定十字头体(含滑履)的直径，再根据十字头体直径及滑履的厚度，确定十字头与滑履间垫片的总厚度。然后根据滑道主受力面的位置及间隙要求确定上下滑履与十字头体间垫片的厚度，并对十字头体进行组装。安装好十字头体及活塞杆后测量活塞杆的水平度，要求活塞杆的水平度在规范允许范围之内，越小越好，并在数据及方向上与滑道的水平度保持一致。这样基本保证了活塞杆中心线与十字头中心线是一个轴线。

5.2 活塞杆中心线是否在滑道中心的测量

一般来说，在机加工阶段就保证了十字头滑道中心线与曲轴中心线在同一平面，安装过程只要保证活塞杆的中心线与滑道的中心线保证一致即可。在这里需要强调的是这个活塞杆的中心线是活塞杆在实际运行中的中心线，而不是静止状态下的中心线。一般情况下压缩机在出厂前都要进行预安装，以验证零部件的加工质量，最大限度的保证了安装质量，同时也减少了现场安装的工作量。具体到十字头体的安装，预安装时对其与滑道间的间隙、以及二者中心线的关系都作了调整，同时也考虑了滑道主受力面的问题，并在组装好的十字头滑履上作出标记，确定与滑道主受力面配合的十字头滑履。在现场安装时要严格按标记要求进行安装。在十字头体及活塞杆安装并测量水平度以后，要对活塞杆的中心线是否与滑道的中心线重合进行检验。测量活塞杆距上下滑道的距离，结合滑道受力情况以及滑道与十字头体的间隙要求，通过计算验证活塞杆的中心线是否与滑道的中心线重合。由于十字头体与滑道间隙及滑道主受力面的存在，使得十字头中心线的调整变得较为复杂。要根据滑道受力面的不同，确定间隙的位置(滑道上面为主受力面的间隙在下面，滑道下面为主受力面的间隙在上面)。通过计算确定十字头体与上下滑履间的垫片尺寸(也可给主受力面预留0.03mm左右的间隙)以确保十字头中心线与滑道的中心线相重合。最后通过把活塞杆安装上测量活塞杆距上下滑道的数值来验证(验证前要保证活塞杆的水平度在规范要求之内)。

6 十字头体与滑道总间隙的调整

十字头体与滑道的间隙要符合规范要求，同时检查接触面的贴合情况。间隙过大会造成运行过程中声音及震动过大，造成零部件的损坏，间隙过小，会造成润滑困难，温度过高，也会造成零部件损坏，接触面过小，会造成运行不稳，同时加快磨损，从而造成间隙加大。十字头体与滑道总间隙的调整可以通过加减十字头体与滑履间的调整垫片进行，接触面可以通过刮研十字头滑履上的巴氏合金获得，刮研时要分多次进行，且不可急于求成，要从多个方向交错进行，刮削后要进行实际配研，以获得较多且分布均匀的接触点，刮研过程要保证十字头体的圆柱度。把刮研、组装好的十字头体装在滑道内用塞尺测得十字头与滑道间的间隙，也可以用外径千分尺及内径千分尺(或内径量表)分别测量十字头体的外径与滑道的内径，再通过计算获得。但由于十字头滑履的表面为手工刮研，各个点的尺寸有所差异，同时也由于零部件个体较大，实际测量比较困难，而且测量误差也可能较大，在安装及检修现场十字头体与滑道间的间隙多采用塞尺测得。

在保证十字头滑履与滑道总间隙合格以及接触面接触良好的情况下，要测得十字头体用于与活塞杆连接的端面与主受力滑道面的垂直度，这个测量在安装及检修现场也较为困难。一般情况下是直接将活塞杆与十字头连接好，直接测活塞杆的跳动量。如果活塞杆在垂直方向上的跳动量(不含跳表)超标，则说明二者垂直度差。这个超标是由于活塞杆的水平度与滑道的水平度不一致引起的。如果此时的滑道的水平度符合规范要求，可以测出活塞杆的水平度是超标的。这个跳动量可以通过调整十字头体与滑履间的调整垫片进行调整。调整时根据活塞杆的跳动情况或水平度判断活塞杆的远端(气缸侧)是抬头还是低头，然后调整十字头体与滑履一侧的垫片即可。如抬头可以把十字头体靠近活塞杆端与下滑履间的垫片取出一部分加到十字头体与上滑履之间，也可以把十字头体靠近曲轴箱端与上滑履间的垫片取出一部分加到十字头体与下滑履之间，如低头则按相反的方法进行。垫片的调整只能在同侧上下间进行，以保证十字头体的圆柱度及十字头体与滑道间的间隙。调整与测量交替进行，直到活塞杆的跳动量符合规范要求。如有突跳现象，则说明活塞杆的中心线与滑道的中心线不重合，也需要通过调整十字头体与滑履间的调整垫片进行调整(这里要排除因机加工原因造成的因素)。调整时要根据测量的活塞杆的跳动量进行，根据活塞杆突跳跳动量方向及大小，以及运行中的变化情况，分析活塞杆跳动量的性质。并通过测量活塞杆距上下滑道的距离进行确定活塞杆的中心线是高于还是低于滑道的中心线(此时活塞杆的第一种跳动量已调整完成，活塞杆的水平度与滑道的水平度是基本一致的。活塞杆的中心线与十字头体的中心线是一条线，与滑道的中心线是一组平行线，只需将活塞杆中心线抬高或降低即可)，进而决定调整垫片的增减以及增减的数值。具体方法为将十字头体盘车至曲轴箱端死点位置附近，分别以活塞杆上下圆周点为基准，测量其与滑道的距离，测量点应靠近十字头体，这样所测得的数值更为准确，也可以多选几个测量点，对其测量的数值进行比较、分析。测量时要考虑实际运行过程中滑道的受力情况，采取与测量活塞杆跳动量的相同方法模拟实际运行情况进行。如上面的数值大于下面的数值，则说明活塞杆的中心线低于滑道的中心线，需将活塞杆的中心线抬高。具体方法为根据数值的大小计算出需要抬高的数值，由于此时十字头体外径的大小已经确定，接触面已经刮研完成，活塞杆的水平度也处于规范要求之内，所以调整时调整片的调整只能在十字头体的前后两侧同时进行，即同时将十字头体与上滑履间前后的调整垫片取出等厚一部分添加到十字头体与下滑履间，这样可以保证十字头体外形尺寸及圆柱度不变，保证两滑履的平行度以及十字头体与滑道间的总间隙不变，保证活塞杆的水平度不变，只是整体抬高活塞杆的中心线，使之与滑道的中心线重合。调整的同时要兼顾活塞杆的水平度，如果在调整前活塞杆的水平度有误差，可以将两种调整方法结合进行，通过前后增加或减少的垫片厚度的不同，同时结合进行调整。调整完后要再次测量其数值，同时通过盘车测量活塞杆跳动量特别是突值的变化情况。测量与调整是相辅相成的，即根据测量的结果进行调整，通过调整可以减小误差，通过再测量可以验证调整的效果，如此重复几次，可以最终获得理想的结果，调整后获得的数值应在规范允许的范围之内，力争达到规范允许最大值的二分之一以内，调整好的机组运行一段时间后要进行复查，如变化较大要分析原因继续调整予以解决。但无论如何调整，调整后的活塞杆的水平度要与滑道的水平度要在大小和方向上保持一致，且数值在规范允许的范围内。

不可采取的方法：在十字头体与活塞杆之间有供调整活塞死点间隙的调整板，通过改变调整板的厚度来调整活塞与气缸前后死点间隙的大小，调整板的两面是平行的，通过加工改变调整板两面的平行度，也可以使活塞杆的跳动量达到规范要求，但采取这种方法会使活塞杆与十字头的连接部位受力不均匀，是严格禁止的，绝对不能采取这种方法来调整活塞杆的跳动量。

7 在活塞杆跳动量的调整过程中，几条应该注意的中心线

第一条是压缩机曲轴的主中心线，一般以曲轴的各主轴承孔的中心线为测量对象，这是压缩机安装过程中确定的第一条中心线，也是压缩机安装的基准线，以后的安装都要向此线看齐，以此线为基准。

第二条是十字头滑道的中心线，这条中心线应与曲轴中心线在同一平面，且保持垂直。这两条中心线是否在同一平面，在安装现场较难测量，一般由出厂前的机加工工序来保障，同时十字头滑道所在的中体通过止口与曲轴箱上的止口孔相连接，止口的配合精度较高，相对保证了安装的精度，保证了十字头中心线与曲轴的中心线在同一平面。

第三条是活塞杆的中心线，十字头体是将回转运动转化为往复运动的重要部件，一方面通过连杆销孔、连杆销与连杆连接，另一方面通过活塞杆孔与活塞杆连接，在机加工阶段就保证了十字头体上的这两个孔的中心线在同一平面，即保证了组装好的活塞杆的中心线与十字头体上与与连杆连接的连杆销孔的中心线在同一平面。安装于十字头体上的活塞杆中心线要与第二条中心线即十字头滑道的中心线保持在同一轴线上，也就是说活塞杆的中心线要与曲轴得中心线在同一平面。需要特别强调的是这里所说的活塞杆的中心线是活塞杆在实际运行过程中的中心线，而不是处于静止状态下的中心线。由于十字头体与滑道间隙的存在以及滑道受力面不同的影响，在实际的安装过程中往往容易被忽视，而这又是影响活塞杆跳动量的主要原因，应引起高度重视。

第四条是十字头体的中心线，即十字头体总成(滑履组装以后)所在圆柱体的轴线，这个中心线与第三条中心线往往有一定的偏差，但由于对活塞杆跳动量的影响不大，一般不做专门的调整。

8 结语

活塞杆跳动量的大小对活塞杆的安全稳定运行，使用寿命有很大的影响。特别是在接近或达到活塞死点位置时垂直方向上的突跳，很容易引发活塞杆断裂事故，必须通过调整消除突跳现象。调整过程是将活塞杆的中心线调整至十字头滑道的中心线上，使二者处于同一中心线，使活塞杆的跳动量降低至规范允许的范围内，消除活塞杆跳动量的突跳现象。调整时一定要考虑十字头滑道的受力情况，并结合活塞杆在实际运行过程中的状态进行调整，这样的调整结果更加真实有效，切合实际，所测得的数据更具参考价值，更能有效地保证活塞式压缩机安全稳定运行。