高速大功率往复式天然气压缩机活塞杆有限元分析
往复式压缩机活塞杆断裂问题的解决方案
设备运维168 |2019年7月2 活塞杆断裂问题的分析及解决方案图1展示了宁波台塑某机组活塞杆发生断裂的情况。
2.1 活塞杆化学成分分析及力学性能检验对现场取回的活塞杆样块进行了化学成分分析及力学性能检测(WT4-400压缩机三级活塞杆最初使用的材质)，进行光谱分析，日本牌号 S45C 材料对应中国牌号45#，材料性能符合规范规定，检验合格。
据用户反映WT4-400压缩机三级活塞杆后来更换了材质SUS630。
根据资料表明，此牌号类似于国内牌号17-4PH 。
2.2 活塞杆载荷动力学分析三级活塞杆运行过程中的综合活塞杆载荷最大-86.5kN (杆受拉)，最小73.3kN(杆受压)，详见图2。
0 引言往复式压缩机是由活塞的往复运动来完成气体的压缩。
在压缩机使用过程中有时会出现活塞杆突然断裂的设备事故。
发现及时可尽早解决问题，如若不能及时处理轻则损坏缸盖，重则损坏十字头、连杆，曲轴等结构，以致停车停产并引发更严重的事故发生。
本文对活塞杆断裂原因分析，提出相应的预防措施及解决方案，以避免或减少活塞杆断裂事故的发生。
1 活塞杆断裂的原因活塞杆在做往复运动中受气体力、往复惯性力及往复摩擦力的作用，其受力随着吸排气的变化，大小与方向不断变化。
因此活塞杆受到了循环交变载荷。
若活塞杆螺纹及其他过度圆角设计不合理或由于加工制造原因造成了局部结构应力集中，极易在交变载荷的作用下形成微小裂纹，并不断扩展，最终断裂。
往复式压缩机活塞杆断裂问题的解决方案陈辉 庞岩卫 马静(沈阳远大压缩机有限公司，辽宁 沈阳 110027)摘要：阐述往复式活塞压缩机工作原理，对活塞杆产生断裂的因素进行分析，并对活塞杆断裂的问题提出相应的解决方案。
关键词：往复式压缩机；活塞杆断裂；应力集中；疲劳图1 现场活塞杆断裂位置示意力(k N )/力矩(k N ·m )曲拐转角(°)气体力往复惯性力综合活塞力活寒杆载荷十字头销载荷法向力各列扭矩综合扭矩图2 活塞杆载荷波形图2019年7月| 169表1 原S45C材料活塞杆材料使用安全系数材料许用疲劳应力/MPa最大工作应力/MPa 安全系数结论S45C243447.80.54不合格关于活塞杆升级后材料SUS630(17-4PH)的分析结论：活塞杆升级后的材料使用安全系数有所提升，在合格范围内(表2)。
往复式天然气压缩机常见故障及处理措施
往复式天然气压缩机常见故障及处理措施摘要：针对天然气往复式压缩机的故障问题，本次研究结合我国往复式压缩机的使用情况，首先对往复式压缩机使用过程中常见的故障问题进行深入分析，在此基础上，提出有效的处理措施，为保障往复式压缩机的安全运行奠定基础。
研究表明：往复式天然气压缩机最常见的故障问题主要有机组振动故障，气阀故障、密封系统故障和热力系统故障四种类型，每种故障问题出现的原因以及所产生的后果各不相同，相关技术人员需要根据故障出现的原因，分别采取多种有效措施，解决故障问题，进而保障往复式压缩机处于安全高效的工作状态。
关键词：往复式；天然气压缩机；常见故障；处理措施压缩机是天然气处理站的主要设备，担负着对不同压力来气的压缩任务，具有稳定性强、适用范围广和压缩效率高等优点。
但是，由于往复式压缩机结构复杂且零部件较多，天然气压缩机运行期间，因为运行负荷的不断增大，很有可能会造成同一位置产生多种故障，最终会对天然气压缩机运行产生影响。
针对故障的解决，需要思考的问题非常多，工作难度大，可对设备零部件进行细化，根据设备的运行状况，找出故障的形成原因，并提出解决措施。
其次，压缩机运行的环境比较复杂，作业量大，设备运行时需与子系统配合作业，这样很有可能会因客观因素而受到影响，形成多种故障一同存在的情况，如此便会造成一个问题影响整体运行的现象。
在此情况下，会增大故障的诊断难度，需对故障所关联的各个零件进行分析，查明故障原因，找出处理方法。
因此，亟需加强天然气压缩机故障问题研究，为天然气开采活动的有序开展提供指导和参考。
1往复式天然气压缩机常见故障分析1.1机组振动故障对于往复式天然气压缩机来说，机组振动对设备的正常运行有着非常不利的影响，不仅影响到企业的生产平稳，还会造成设备使用寿命的大幅度缩短。
机组的连续振动还会造成内部润滑油的不规则运动，特别是在润滑系统平稳运行的过程中会产生非常不理的影响。
导致机组振动的原因主要有两方面，一个是在安装过程中未严格把握质量，造成的自振动，另一个就是管道内流体介质的周期性运动造成的机组振动。
《往复式压缩机(往复式压缩机工作原理、主要零部件检修标准、关键部位质量关键点)》学习(2)
活塞式往复压缩机的三方面内容：
基本结构 工作原理 主要零部件
一、活塞式压缩机的基本构造及工作工程
1.活塞式压缩机的基本构造
活塞式压缩机虽然种类繁多、结构复杂，但
其基本构造大致相同，如下图所示，主要由三大
部分组成：运动机构（曲轴、轴承、连杆、十字
头、皮带轮或联轴器等）、工作机构（汽缸、活 塞、气阀等）与机身。此外还有三个辅助系统， 即润滑油系统、冷却水系统及调节系统。
活塞式压缩机主要零部件
机 身 气 阀
活 塞
连 杆
曲 轴
一、活塞式压缩机的机身
卧式机身
主要零部件
曲轴
21
图2-7 连杆结构
连杆
23
干式缸套
24
湿式缸套
25
十字头
正反向十字头的辨认
26
气阀
气阀的作用是控制气缸中的气体吸入和排出。气阀的阀片是易
损部件之一。按阀片形状常可分为：环状阀和网状阀。
单作用填料环组型式
单作用填料环组工作原理
双作用填料环组型式
双作用填料环组工作原理
脉动密封环组型式
阻流环
带阻流环的填料环组D24
减压环
减压环的作用：
• 降低由于进、排气压力波动造成对填料环的冲击负荷 • 防止杂质、颗粒进入填料盒
无水冷却填料盒的结构
无水冷却填料盒——为您解决填料盒无水冷却的难题！
(J)
p2 Td Ts ( ) p1
m1 m
Ts
1 n
m1 m
v 1 ( 1)
F P AP
三、活塞式压缩机的分类及型号表示方法 1.活塞式压缩机的分类
按压缩机汽缸级数可分为： （1）单级压缩机 （2）两级压缩机 （3）多级压缩机 按压缩机具有的列数可分为： （1）单列压缩机 （2）双列压缩机 （3）多列压缩机
往复式压缩机活塞杆断裂分析
往复式压缩机活塞杆断裂分析摘要：通过分析往复式压缩机活塞杆断裂原因，找出防止活塞杆断裂的措施。
关键词：往复惯性力；疲劳强度；水击在各类压缩机中，往复式压缩机在各行业应用比较广泛，尤其在化工行业的老企业中。
在压缩机的使用中往往都出现过活塞杆突然断裂的设备事故。
如发现及时损失不大，如不及时则会给企业造成严重损失：轻则撞坏气缸盖；重则撞坏十字头、连杆、曲轴，甚至造成停产。
本文通过对断裂原因的分析，提出相应的预防措施，以避免或减少活塞杆断裂的发生。
1设备简介我公司低压机设备型号为6M40-394/24-BX型往复式半水煤气压缩机，该机组曲轴转速为333r/min，活塞杆的直径为100mm，材质为42CrMoE合金钢。
在运行期间，二段活塞杆因在检修、检查过程中发现活塞杆直径磨损超标（标准：磨损量≥0.30mm）而更换。
2活塞杆断裂具体分析从现场断裂裂纹情况分析，断口的部分横截面已经被断裂活塞杆的另一端撞击，研磨光滑，但从断口变形情况和断口表面研磨的情况可以推测，活塞杆属于疲劳断裂。
如果是正拉断形式断裂，在断口的周围将产生明显的缩颈现象，如果是扭断或是扭转疲劳，那么断口应该与轴线呈现出45度的扭断，最后断区有明显变形，产生脆性断裂。
但从现场看，断裂面比较平整，没有缩颈和45度的扭断现象，说明活塞杆断裂不是被拉断和扭断的，可能是疲劳引起的断裂。
因为在大载荷作用下，无论是扭断、还是拉断均将导致断口周围发生明显的变形，只有疲劳断口才不会有明显的变形，而实际断裂活塞杆的断口恰好属于这种情况。
活塞杆断口表面局部可见因裂纹扩展的不连续性而造成的众多细小台阶(即河流花样，河流花样的上游即指向裂纹源)。
从断口取样放大的图可以看出，裂纹源位于活塞杆表面螺纹的根部,并由表面向内扩展。
根据断口表面比较平整且塑性变形痕迹比较少等特点，可以判断裂纹是以比较缓慢的速度扩展，结合活塞杆交变的工作应力状态，活塞杆的断裂属于疲劳断裂。
另根据断裂活塞杆的断裂面与活塞杆轴线约呈45°角，断裂裂纹在活塞杆表面螺纹根部形成，并沿径向向活塞杆中心扩展，最终瞬断区在活塞杆心部,显示出活塞杆呈现明显的疲劳断裂特征。
往复式压缩机的振动原因分析及解决措施
往复式压缩机的振动原因分析及解决措施摘要：往复式压缩机组产生管道振动的原因，与其机械部件构成、工作原理密不可分。
本文对往复式压缩机出现的异常振动进行原因分析，并通过在管路增加限流孔板、增设止推支架或者更换地脚螺栓等一系列措施，有效地减少了压缩机振动，消除了安全隐患，保证了机组安全平稳运行。
本文主要针对机组运行过程中出现的异常机组本体振动及管道振动进行原因分析，并采取相应解决措施。
关键词：压缩机；振动；气流脉动引言润滑系统在整个压缩机系统中扮演着至关重要的角色，分别由曲柄连杆润滑系统、气缸填料润滑系统和油冷、油滤、油预热等辅助部分组成。
主要作用为延长压缩机零件的使用寿命，保障各润滑部位的正常运转。
轴头泵作为润滑油系统主要动力源，其主要依靠齿轮啮合空间的容积变化来输送液体，主动齿轮伸出泵体与主轴连接带动旋转，工作时给予一定的油压不断润滑设备主轴及部分接触部位，带走摩擦产生的热量以防零件烧毁造成设备损坏，因此轴头泵平稳运行是保证整个供油系统稳定的必要条件。
1往复式压缩机工作原理及设备简介（1）工作原理。
往复式压缩机主要是由曲轴、连杆、十字头、活塞杆、辅助系统等若干个单一部分组成，其工作原理是通过曲轴连杆机构将曲轴旋转运动转化为活塞往复运动。
当曲轴旋转时，通过连杆的传动，驱动活塞做往复运动，由气缸内壁、气缸盖和活塞顶面所构成的工作容积则会发生周期性变化。
曲轴旋转一周，活塞往复一次，气缸内相继实现膨胀、进气、压缩、排气的过程，即完成一个工作循环。
（2）设备简介。
志丹站共有五台往复式压缩机，布置方式均为单层分体撬装布置，其中再生气压缩机为两列两级，2D型对称平衡式压缩机、气缸为无油润滑双作用水冷式，BOG压缩机为四列两级，M型对称平衡式压缩机、气缸为无油润滑双作用水冷式，循环BOG压缩机为四列三级，M型对称平衡式压缩机、气缸为无油润滑双作用水冷式。
2机组运行过程中异常振动原因分析2.1齿轮泵存在困油现象和管线漏气进泵引起的振动钳工车间随即对该压缩机轴头泵进行检查，在拆检过程中排查出振动原因：传动盘柱销槽有拉毛、磨损痕迹，对柱销和柱销槽（加铜套）进行离心距测量，发现槽的离心距比销大0.5mm，联轴器轴孔磨损，配合间隙过大；轴头泵进行盘车，盘车过程流畅无卡点；管线无损坏漏气等；拆解泵体壳内存在困油旁通槽，因此问题主要在传动连接处。
往复式压缩机的故障原因及应对方法
往复式压缩机的故障原因及应对方法摘要：随着我国经济与科技的不断发展，各种科技化、技术化的设备正不断广泛应用于社会发展的各个领域。
尤其在社会工业化不断发展的今天，各种机器设备应用更加广泛。
“往复式压缩机”的广泛应用就是当下科技设备不断发展的重要表现。
“往复式压缩机”虽然在一定程度上对于工业化生产具有一定作用，但是由于其复杂的结构构造，导致其在工业化生产的过程中容易产生故障，对工业生产过程生不利影响。
因此本文主要对“往复式压缩机”的故障原因进行分析，从而提出有利于应对往复式压缩机的故障的方法。
关键词：往复式压缩机；故障原因；应对方法一、往复式压缩机常见故障往复式压缩机常见故障有一般包括：“异常振动、异常噪音、往复式压缩机过热”等。
其中异常噪声很有可能由于活塞故障、不同部件之间的间隙不当、连接松动或阀块损坏引起的。
往复式压缩机的过热误差通常在气缸、轴承、活塞杆、接头等处。
往复式压缩机运行的过程中往往很容易发生振动的故障。
经过长期的实践,发现振动故障的主要原因是气缸和机体本身。
造成气缸振动的主要原因有以下几点:第一,是往复式压缩机长期使用后,其管路支架会老化损坏。
第二,往复式压缩机往复运动时,释放转向部分,轴距相应增加。
随着时间的推移,活塞环将经历严重磨损。
如果长期不使用更换的管路,会对气缸产生强烈的振动,从而导致气缸发生振动。
因此,应该进一步加强对管道的支撑,以减少管道振动。
气缸内如果含有杂物,必须及时清除,否则可能引起气缸振动,久而久之将缸套损坏,降低往复式压缩机的性能和使用寿命。
而造成机身自身振动的主要原因包括:（1）机身没有摆放在水平的位置,地脚螺栓松脱,造成了机身不平衡。
往复式压缩机零件安装时,零件未能安装到位,或长期检查机体上的零件,零件松动。
而气阀故障也被认为是往复式压缩机中常见故障。
除了产品质量差之外, 气阀常常出现故障的一个主要原因有时也可能是在安装方法不正确所导致的。
当然,尤为重要的一个原因就是这种气阀在运行中的工作情况状态差。
往复式天然气压缩机系统常见故障原因分析及诊断方法
往复式天然气压缩机系统常见故障原因分析及诊断方法摘要：往复式压缩机在天然气运输、石油工业生产及煤化工业等领域中有着重要的运用，是一种复杂的容积式压缩设备，具有维修简便、维护成本低等特点。
往复式压缩机在运转过程中出现故障是难免的，采取正确的诊断方法排除故障，让压缩机在最短时间内回复正常运转非常重要。
基于此，本文对往复式天然气压缩机故障诊断方法进行了探讨，旨在促进往复式压缩机运行管理水平的提高，确保设备正常安全运行。
关键词：往复式；天然气压缩机；故障；诊断方法往复式天然气压缩机天然气输送过程中的一个重要设备，在天然气、压缩天然气、煤气和石油气等运输方面有着重要作用。
而在往复式天然气压缩机使用过程中，故障诊断与维修是一项重要工作，采取正确有效的诊断方法才能确保在最短时间内排除故障，恢复正常运转，从而提高生产效率和效益，因此必须要确保往复式天然气压缩机的运行稳定与安全，所以加强往复式天然气压缩机故障诊断方法等相关内容研究非常重要。
一、往复式压缩机结构及工作原理往复式天然气压缩机主要由主机和辅机两个部分组成，主机又主要包括机身、驱动机、活塞组件、气缸组件及气阀组件等部分组成，而气路系统、冷却系统及润滑系统等则为辅机主要组成。
在往复式天然气压缩机系统工作中，往复式压缩机中曲轴在连杆带动下活塞进行往复式运动，曲轴旋转一周则活塞在气缸中往返一次，在密闭的空间中进气、压缩机排气过程得以完成。
往复式压缩机通常由多列组成，且不仅每列传动部件和活塞结构相同，而且中体和中间连接筒结构相同。
密封填料置于中间连接筒与气缸连接一侧，而与中体连接的一侧则设置有刮油环。
连杆的大头端与曲柄梢一起旋转，小头端则与十字头装配共同做往复运动，气缸上设有吸气与排气通道，且为避免运动过程中温度过高，还设有冷却装置。
一般情况下，润滑系统分为机身内部传动件润滑系统和气缸内活塞件润滑系统，这两个系统独立供油，子诚系统。
二、往复式压缩机系统常见故障及原因分析（一）动力系统振动异常动力系统是往复式天然气压缩机系统运作的基础，动力系统出现故障直接影响整个系统运作，从而影响正常生产工作，而运作振动通常是动力系统故障的首先体现，因此对动力系统振动异常进行诊断和处理至关重要。
往复式压缩机中活塞杆与活塞连接处结构分析
往复式压缩机中活塞杆与活塞连接处结构分析摘要：本文通过实际案例，说明活塞杆与活塞的连接处由于预紧力过大，会导致活塞杆与活塞连接的部分提前发生疲劳失效，针对该情况，本文提供了三种活塞杆与活塞连接的结构形式，并说明其安装方法。
关键词：活塞杆活塞预紧力疲劳失效Abstract：In this paper,through the actual case shows that because of the excessive pre-tightening force at the connection of piston rod and piston, it will cause this part fatigue failure earlier.In view of this situation, this paper provides three kinds of structures of the connection between piston rod and the piston,and explains its installation method.Key words: Piston rodPiston Pre-tightening force Fatigue failure0 前言往复式压缩机是一种应用范围广、需求量大的通用型机械设备，它的主要工作原理是：通过曲柄连杆机构，将传动机构的旋转运动转换为活塞的往复直线运动来压缩气体。
本文主要是围绕着往复式压缩机中活塞杆与活塞的连接结构而进行的分析和讨论。
依据以往经验，若活塞杆与活塞的连接结构设计得当，则可以有效地提高活塞部件的使用寿命，确保长周期使用；反之，会给压缩机的正常运行埋下潜在安全隐患，甚至给用户直接带来严重的经济损失。
1 案例分析图1中显示的是某型号压缩机的活塞杆在活塞连接段处发生断裂的案例，其断裂的原因经中科院分析确定为疲劳断裂。
活塞压缩机压缩连杆有限元分析(1)
体力 、往复运动质量的惯性力以及由于自身摆动所
产生的惯性力 。
图2
( 3 )综合活塞力
P =I+F
(6)
( 4 )连杆所受力
由图 2可知 ,连杆受力 FL 为综合活塞力沿连杆
方向的分量 ,可得
FL = Pcosβ
(7)
31113 几个典型工况
本文选取的研究对象为一级压缩连杆 ,对应的
工况参数为 :吸气压力 1192 MPa,排气压力为 4105
图 4 连杆受力图
由式 (7)可得连杆受力图 ,由图可见 ,当曲柄转 角为 2512°时 ,连杆拉力达到最大为 20560416 N。
( 4 )最大压缩连杆力工况 当曲柄转角为 22312°时 ,对应的连杆最大压缩 力为 - 19691811 N。 通过对上述 4种工况的分析比较 ,可以看出 ,最 大活塞力和连杆力见表 1。
( 2 )气体力
并转成为. x_t文件后导入有限元通用计算软件中计
F = Pi ·S
(5)
算 。为了缩小解题规模 ,提高计算速度 ,模型中去除
了部分圆角及倒角 。本文采用四面体单元进行网格
划分 (图 1b) 。
3 连杆力学模型的建立
311 工况及载荷计算 31111 运动分析
由图 2运动简图及曲柄连杆机构运动规律可推 得
( 2 )最大压缩综合活塞力工况 由综合活塞力图可得最大压缩活塞力出现在曲 柄转角为 22312°,对应的活塞力为 - 19878112 N。 根据式 (7) ,求出对应的连杆力为 - 19691811 N。 ( 3 )最大拉伸连杆力工况
实测的方法来确定 ,但根据工程计算的成熟经 验 [ 3 ] ,本文计算采用如下载荷分布模型 : 接触面处 的载荷沿连杆厚度为均匀分布 ,在连杆平面内按余 弦规律分布 。以小端为例 ,其载荷分布如图 6所示 。
往复式天然气压缩机常见故障诊断
连杆轴颈
主轴颈
往复式天然气压缩机常见故障诊断
15/79
压缩机连杆 compressor connecting rod assembly
○连杆作用是将曲轴旋转运 动转换为活塞往复运动。 连杆由连杆体、小头和大 头三部分组成。
○连杆采取铸钢制造,内有油 道以使润滑油进入十字头 销衬套内,连杆大头和压 缩机曲轴连接，小头和十 字头销连接。连杆衬套上 有一个孔，此孔和连杆孔 要对中，以确保此孔经过 足够润滑油润滑十字头。
洗涤罐
高液位停车 AS
液位控制器 自动排放阀
往复式天然气压缩机常见故障诊断
37/79
压缩机工艺气系统流程
2、润滑油温度传感器/润滑油压力变送器
润滑油温度高低直接影响了机组运行工况。假如润滑油温度偏高，则润 滑油粘度降低，润滑油无法再各运动部件之间形成油膜；温度偏低，则 润滑油粘度大，润滑油流动性能差，油泵输送性能差，一样也无法起到 良好润滑作用。
活塞环用以密封气缸内高压气体，预防其从活塞 和气缸之间间隙中泄漏。支撑环对活塞起到支撑 和导向作用。活塞环泄漏会引发排气量下降 和温度上升。 活塞杆填料主要用来密封气缸座与活塞杆之间 间隙，预防气体沿活塞杆方向泄漏。 填料泄漏会造成：排气量下降；易燃易爆气体外 泄引发危险；有毒气体污染环境，危及人身安全； 工作介质进入曲轴箱污染润滑油，引发润滑油闪 点降低及损坏主轴瓦和连杆瓦。
往复式天然气压缩机常见故障诊断
4/79
连杆经过大头瓦与 曲轴相连
刮油盘根
活塞杆盘根
曲轴箱
连杆经过小头瓦 与十字头相连
活塞杆
往复式天然气压缩机常见故障诊断
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往复式天然气压缩机常见故障诊断
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活塞式压缩机工作原理及零部件简介
往复活塞式压缩机零部件工作原理 Principe de fonctionnement des pièces
de compresseur à piston alternatif
u往复压缩机工作原理 Principe de fonctionnement de compresseur à piston alternatif
往复活塞式压缩机零部件工作原理 Principe de fonctionnement des pièces
de compresseur à piston alternatif
u往复式天然气压缩机 Compresseur de gaz naturel à piston alternatif
工厂内组装完毕——成撬天然气压缩机机组 Assemblage en usine – Groupe des compressiers de gaz naturel
曲轴组件 Composant de vilebrequin
连杆组件 Composant de bielle
十字头 Crosse
活塞组件 composant de piston
填料组件 Composant de bourrant
往复活塞式压缩机零部件工作原理 Principe de fonctionnement des pièces
de compresseur à piston alternatif
u零件部件结构概述 Généralité de structure de pièces
机体 Corps
中体（十字头滑履） Corps central (coulisseau de crosse)
气缸组件 Composant de cylindre
活塞杆位移探头数据异常原因分析及处理
接地;电缆屏蔽层剥离是否过长等现象。处理方法:重新
制作电缆头；线路屏蔽线接地则需确认接地位置,判断
是否需更换电缆或者对电缆头处屏蔽层进行绝缘处理。
⑸ 检查卡件附件是否有电磁干扰;查看现场不
正常卡件位置相近卡件的仪表回路系统的历史曲线，
是否也存在显示波动现象。处理方法:如果同样存在,
检查电缆 路 或
是否
文章编号1672—9323 (2019)05—0063—02
#引言
位移、温度等探头是石油化工工艺流程中大型压 缩机组的重要组成部分，广泛应用于各类机组运行时 的实时监控。由于探头的形式、种类繁多，对安装及调 试提出了更高的要求。同时机组探头安装及调试过程 中也会出现诸多不可预见的难题和故障。活塞杆位移 探头位于往复式压缩机组气缸的中间接筒填料函外侧 (图1),它可以实时监测压缩机组活塞杆运行状态下的 上下浮动量,如果数据过大,则表示活塞体部分的支撑 环和活塞环磨损严重，这也是保障压缩机组正常运行 的极为重要的监测手段。
电 电缆
并对交流电源电缆进行隔离。
3.3原因三:仪表回路故障
探头延长线 接线 处 , 前
置放大器前段利用过程校验仪(一般为福禄克745)送 模拟信号，检查仪表回路是否正常。如果仪表回路不正
常,则逐级检查接线箱电缆接线6接线箱至控制机柜电 缆、控制柜卡件、控制器及控制系统组态。
处理方法:更换卡件、调整组态。
曲轴箱
活塞杆探头填料函活塞环、支撐环活塞
nn
图(机组外观图
2过程简介
某石化厂往复式压缩机组(4M型)试运转过程中 发现：1、3级气缸活塞杆位移探头控制室显示数据为
200〜300)*；2、4级气缸活塞杆位移探头控制室显示
数据最大为750-*并且机组运转过程中位移探头数 据波动较大(表1)。根据此次试运转过程，将原因分析 及处理方法进行分析总结。
石油化工企业压缩机活塞杆失效分析理论基础
石油化工企业压缩机活塞杆失效分析理论基础摘要：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。
本文主要分析石油化工企业压缩机活塞杆失效分析理论基础。
关键词：石油化工；往复式压缩机；活塞杆；断裂；失效分析引言压缩机活塞杆失效是石油化工企业常见的机械故障问题，本文分析了活塞杆失效的基础理论，内容包括三个方面：疲劳损伤机理；活塞杆失效分析方法选择；活塞杆失效影响因素分析，主要目的是为开展活塞杆故障模型的建立与试验提供理论基础。
1、活塞杆工作原理从压缩机的结构来看，曲轴与连杆相连接，连杆通过十字头与活塞杆相连，曲轴的回转运动通过十字头带动活塞杆和活塞做往复运动，在气缸内实现气体膨胀-进气-压缩-排气四个过程，完成气体的压缩与运输。
BOG压缩机的活塞杆采用中空冷却结构，主要由三个部分组成，分别是外杆件、固定中体及内杆件部分。
活塞杆的外杆件部分用于与其它活塞部分相连;固定中体可增加活塞杆的刚度并具有冷却通道;内杆件部分与十字头部分相连。
活塞杆两端杆头具有螺纹，因结构特点易发生裂痕。
活塞零部件的连接主要用径向联接的方法，同时保证活塞杆平面浮动。
活塞部分带有迷宫槽，缸体与活塞间有间隙，此间隙值根据间隙表标准选择。
压缩机的活塞杆还需有密封填料，活塞杆的结构也会发生断裂，因此对活塞杆进行受力分析很有必要。
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。
天然气压缩机组活塞杆磨损技术分析
天然气压缩机组活塞杆磨损技术分析摘要：对活塞杆磨损进行维护维修数据比对分析，找出导致活塞杆磨损的主要原因及产生的危害，并提出预防措施和改进建议。
关键词：活塞杆、加工工艺、磨损数据分析、磨损原因分析、预防措施1.概述往复式压缩机组活塞杆主要作用有两种：动力活塞杆与活塞为整体，不可拆卸，通过燃烧室提供动能；压缩活塞杆与活塞通过丝扣连接，可拆卸，通过曲轴往复压缩做工。
活塞杆的主要作用连接活塞与十字头，将燃烧室产生的热能通过动力活塞杆直线运动，转化为机械能，推动动力十字头，通过曲轴将直线运动转换成圆周运动，在通过压缩十字头及压缩活塞杆，转换为直线运动，推动活塞压缩做工2.活塞杆材质及加工工艺分析活塞杆：优质高强度合金钢并氮化处理，氮化处理指一种在一定温度下一个介质中使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺，作用优异的耐磨性、耐疲劳性、耐腐蚀性及耐高温性。
采用滚压加工，由于表面层留有表面残余压应力，有助于表面微小裂纹的封闭，阻碍侵蚀作用的扩展。
从而提高表面抗腐蚀能力，并能延缓疲劳裂纹的产生或扩大，因而提高疲劳强度。
通过滚压成型，滚压表面形成一层冷作硬化层，减少了磨削副接触表面的弹性和塑性变形，从而提高了表面的耐磨性，同时避免了因磨削引起的烧伤。
滚压后，表面粗糙度值的减小，可提高配合性质。
同时，降低了活塞运动时对密封圈或密封件的摩擦损伤，提高了整体使用寿命【1】。
3.活塞杆磨损数据分析以动力缸活塞杆及压缩缸活塞杆全生命周期磨损量检测数据进行分析，如图1、图2。
图1：动力活塞杆磨损曲线图2：压缩活塞杆磨损曲线如上图所示，可以分析出动力缸活塞杆每工作24000小时磨损量为0.1-0.42mm，压缩缸活塞杆每工作24000小时磨损量为0.1-0.3mm，而活塞杆极限使用磨损值为0.13mm，从而可得出活塞杆的科学维修更换周期为24000小时；同时压缩活塞杆刮油环接触位置磨损值为0.3mm左右，填料位置磨损值为0.11mm左右，从而可得出压缩活塞杆易磨损部位为刮油环接触位置。
对大功率往复式天然气压缩机组的故障诊断分析
对大功率往复式天然气压缩机组的故障诊断分析摘要：本文根据天然气压缩机故障特点，构建压缩机故障诊断系统，并对该系统中包括的数据管理模块、信号处理模块、故障诊断模块以及结构输出模块的作用进行阐述。
根据小波包分析基本原理，以实例探究的形式，通过分析不同频率成分能量变化情况，对大功率天然气机组的故障进行有效诊断。
关键词：大功率；往复式；天然气压缩机组；故障诊断引言：往复式天然气压缩机组具有压缩效率高、适应性强等特点，在石油化工行业中得到广泛应用。
但是，由于该机组的结构较为复杂，且激励源较多，在运行过程中容易出现故障问题，需要采用专业技术进行诊断和维修，使各类故障问题得到有效解决，提高机组运行质量与效率。
1.天然气压缩机故障特点1.1多样性对于往复式天然气压缩机来说，其占地面积较大，内部结构较为复杂，构成零件数量较多，因此其故障具有多样性特点，主要体现在零部件方面。
由于该机组中零部件数量较多，在运行时往往因磨损等原因导致故障问题发生，有时对于相同的零部件来说，也可能出现不同问题，这将需要将对零件进行精细化处理，掌握系统故障源头所在，并深入到系统运行的各个流程之中，对设备以往的故障史进行分析，由此准确判断故障位置与类型，及时寻找维修方法，使设备尽快恢复正常状态。
1.2并发性天然气压缩机每日工作任务量较重，易损件故障的发生概率由此增加，加上设备子系统之间存在一定联系，当某个设备出现故障后，引发连锁反应，导致多台设备无法正常运行，因此故障具有并发性特点，这也是此类设备的典型特点。
现阶段，在压缩机故障诊断中，对于此类多故障并发情况，需要根据故障所涉及到的每个部件与子系统，从中寻找各个故障零件之间的内在联系，通过综合考虑，准确寻找突破点，做出准确的判断[1]。
2.天然气压缩机故障诊断系统构建往复式天然气机组的诊断系统中各个部分借助数据库实现信息交互，具体内容如下。
2.1数据管理模块该模块采用关系数据库，根据树型目录进行管理，最上层的根结点采用往复式压缩机组，下方为压缩机、发动机，再下方为各个气缸，在气缸的下方设置各个气阀、火花塞等。
往复式天然气压缩机故障诊断方法探析
往复式天然气压缩机故障诊断方法探析摘要：油气企业所用往复式压缩机所处工作环境恶劣，运行风险大，失效概率高，故进行往复式压缩机的失效研究具有重要意义。
本文就往复式天然气压缩机故障诊断方法进行了简单论述，以供参阅。
关键词：往复式；天然气压缩机；故障诊断；方法引言目前往复式天然气压缩机组在石油化工行业越来越受到青睐，其具有稳定性强、适用范围广、压缩效率高等优点，是一种十分通用的机械设备。
但是，这种压缩机目前凸显出较多缺点，其结构较为复杂，因此在实际生产的过程中容易发生磨损以至于故障频发，并且故障的诊断过程也相对复杂，对维修的技术人员的素质要求非常高，同时需要运用专业合理的方法才可以达到较好的维修效果。
另外，气阀部分作为复式天然气压缩机组中是最容易发生的故障，若设备机组的故障振动信号不明显，则将给维修带来更大的难度。
1往复式压缩机工作原理往复式压缩机属于容积式压缩机，是使一定容积的气体顺序地吸入和排出封闭空间提高静压力的压缩机。
曲轴带动连杆，连杆带动活塞，活塞做上下运动。
活塞运动使气缸内的容积发生变化，当活塞向下运动的时候，汽缸容积增大，进气阀打开，排气阀关闭，空气被吸进来，完成进气过程；当活塞向上运动的时候，气缸容积减小，出气阀打开，进气阀关闭，完成压缩过程。
复式压缩机组结构主要包括发动机、曲轴箱和压缩机。
发动机提供动力通过曲轴传递给压缩机，其基本组成零部件有缸体、火花塞、燃气注气阀、活塞、活塞环、活塞杆、刮油环、十字头动力连杆等等。
空气经空气阀道进入缸体和燃气注气阀喷射的燃气混合，当活塞运动临近上死点位置时，火花塞电子打火，空气和燃气的混合气爆燃推动活塞向曲轴箱运动。
压缩机分为一级压缩和二级压缩，主要零部件有压缩连杆、十字头、刮油环、填料密封环、活塞等等。
曲轴旋转带动活塞往复运动，当进气阀打开时，工艺气被吸入压缩缸。
活塞继续前进，进气阀关闭，活塞压缩石油气体。
2复式压缩机的重要性科学技术的不断发展，企业对机械设备的耐用性、经济性、安全性等等的要求也越来越高，机械设备的工艺也逐渐复杂，机械设备各零部件之间的联系也越来越紧密。
天然气压缩机的基本介绍
天然气压缩机的基本介绍
此外还可以采用的调节方法有：改变气缸 工作方式，如双作用改单用，四缸工作改 为双缸工作等等。这些方法可根据具体情 况进行选择。
天然气压缩机的基本介绍
气量的调节应缓慢、均匀，防止机组超速、 超温、超压及超负荷运行，防止机组因运 行不稳定引起不应有的停机。
天然气压缩机的基本介绍
天然气压缩机的基本介绍
3、主要部件及零部件
主要零部件包括曲轴、连杆、十字头、气 缸、气阀及填料密封等。下面分别简介其 结构和工作原理。
天然气压缩机的基本介绍
1）曲轴 曲轴是往复式压缩机的重要运动部件，外 界输入的转矩要通过曲轴传给连杆、十字 头，从而推动活塞做往复运动。同时，它 又承受从连杆传来的周期变化的气体力和 惯性力。 曲轴主要由主轴颈（安装主轴承部位）、 曲柄销（与连杆大头相连部位）、曲柄及 平衡铁所组成。
天然气压缩机的基本介绍
调节排气管路放空阀。由于此种方法是将 一部分或全部排出的高压气体通过放空阀 排至火炬系统，所以此种方法是不经济的， 故仅用于压缩机开、停机和生产中特殊情 况下作临时调节。
天然气压缩机的基本介绍
利用气缸可调余隙进行调节。此种方法是 在压缩机吸压、排压、转速等运行参数不 变的情况下改变气缸的余隙容积，使气缸 容积效率增大或减小，从而达到增大或减 少气缸排气量的目的。由于此种方法即经 济，又比较方便，在生产中被广泛采用。
天然气压缩机的基本介绍天然气压缩机的基本介绍22工作原理工作原理往复式压缩机由曲柄连杆机构将驱动机的回转运动发为活塞的往复运动气缸和活塞共同组成实现往复式压缩机由曲柄连杆机构将驱动机的回转运动发为活塞的往复运动气缸和活塞共同组成实现气体压缩的工作腔活塞在气缸内往复运动使气体在气缸内完成迚气压缩排气等过程
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图 ７ 最大拉伸工况下的活塞杆应力分布 图 图 ４ 机组布置方式图
３ ２ １ 一 级 活塞杆 综合 活塞 力计 算 ． ．
图 ８ 最大压缩工况下 的活塞 杆应 力分 布图
４ ２ 二级 活塞 杆强 度校 核 ．
图 ５ 一级活塞杆综合活塞力 图
通 过对 一 、 级 活塞 杆 在 最 大拉 压 作 用力 下 的 二
压 缩 机技术
２１ ００年第 ２ 期
应力分 析 ， 以得 出 ， 活塞 杆 往 复运 动 的过 程 中， 可 在 与活 塞结合处 的 弹性 段是 应力最 为集 中的地方 。
压、 气体处理等所需的重大装备之一的往复式天然 气压 缩机 ， 向着高速、 大功率方 向发展 。以 多列大型 往复压缩机 的重要承载部件活塞杆为研 究对 象， 进行 了静 力分析 、 柔性 分析及模 态有 限元 分析 。在假 设 条件的基础上 ， 建立 了活塞杆 的有 限元模型 ， 计算分析得 出活塞杆的应力分布 ， 刚柔性特 征及模 态振型 ， 为往复压缩机 活塞杆 的设计和优化提供 了可靠的理论依据。 关键词 ： 往复压缩机 ； 活塞杆 ； 限元分析 有
中图分类号 ：Ｈ ５ Ｔ ４７ 文献标识码 ： Ｂ
１ 前言
活塞 杆是 往 复压 缩 机机 组 中重 要 的承 载部 件 ， 其结构 参数 和加工 工艺不 仅影 响着 整机 的尺 寸和重 量 ， 影 响着压 缩 机组 的寿 命 和可 靠性 。活塞 杆 而且 长径 比一 般 大 于 １ ： ， ０ １ 当压 力达 到 一定 值 时 ， 活塞
了有限元 分析 。
２ 有限元模 型的建立
２ １ 假设 条件 ．
活塞 杆主要 是 由活塞连接 段 、 字头连 接段 、 十 弹 性 段等几 部分构成 。本 文根据 活塞杆 的结构 形状 特
图 ２ 活塞杆 网格划分图
点， 以有限元计算的数据准备工作量 、 求解时间及精
度 等为基 本尺度 ， 活塞杆有 限元分 析时 ， 在 忽略 了活 塞 杆两端 的螺纹 ， 近似 为等径 的 圆柱 ， 上述 简化是 以
２１ 年第２ 总２０ ００ 期（ ２ 期）
文章 编 号 ：０６２ ７ （００）２０ １－４ １０ －９ １ ２ １ ０ －０ ００
■设计 研究
高速大功率往复式天然气压缩机活塞杆有限元分析
张 勇
（ 四川石油管理局成都天然气压缩机厂， 四川 成都 ６ ０ ０ １ １０）
摘
要： 随着天然气增 压规模的不 断扩大 ， 作为 天然气 集输 、 气和 注气、 采 气体贮藏 、 烃回收 、 轻 脱硫 增
（ ｊ ３ ）
为Hale Waihona Puke １６０ 。 ９００Ｎ ３ ２ ２ 二 级 活塞杆 综合 活塞 力计 算 ．．
上 式对 时 间 ｔ 分 ， 活塞 加速 度为 微 得
ａ ＝Ｔ ： ｒ （ ｏ ＋ Ｃ Ｓ ） 【Ｏ ｃｓ ｃ ｓ ｏ Ｏ２
ｄ ｖ
活塞杆在工作过程中需要承受通过活塞传递的
气 体力 、 往复 运动 质 量 的惯 性 力 以及 往 复 运 动 中 的 摩 擦力 。 由于摩 擦 力 相 对 于惯 性 力 和气 体 力 小 ｌ ０ 倍 以上 ， 文忽略 摩擦 力对 活塞 杆 的影 响 。 本
４ 活塞杆强度校核
根 据 ３ ２中对 一 、 级 活 塞 杆 所 受最 大拉 压 作 ． 二 用力的计算结果 ， 将最大拉压力作 为活塞杆强度计 算 的边界 条 件 ， 一 、 对 二级 活塞杆 的强 度进 行校 核 。
４ １ 一级 活塞杆 强度校核 ．
特点及工况参数 ， 本文分别计算了一 、 二级活塞杆在 最大 拉压工 况下 的应 力分 布 。
杆 可能 由于失稳 突 然 弯 曲而破 坏 。 因此 ， 塞杆 强 活 度 和稳定性 的研究 是压缩 机设计 和制造 中必 不可少
图 １ 活塞杆模 型图
的。本文 采 用 Ｓｌ ｗ ｒｓ０８建 立 了 活 塞 杆 模 型 ， ｏｄ ｏｋ２０ ｉ 并借 助大 型通 用 有 限 元 软件 Ａ Ｓ Ｓ １０对 其进 行 Ｎ Ｙ １．
收稿 日期 ：０ ９—１ ２０ １—１ ０
图 ３ 工作运动简 图
２１ ００年第 ２期
张 勇 ： 高速大功率往复式天 然气压缩机 活塞杆有限元分析
＝
ｒ
【 一 ｓ ＋ （ ｃ ａ （ 可 知 ， 曲轴 转 角 为 ２２ 时 ， 塞 杆受 到最 大 拉 伸 （ ｃ ）鲁１ 。 ） １ １。 一ｓ 】 ） ２ 当 ８。 活
不 影响 活塞杆 的动静力 学特性 为前 提 的。
２ ２ 网格 划分 ．
图 １所示 为活塞 杆 的模 型 图 ， ２为 进行 网格 图 划 分后 的活塞杆 有 限元 模型 图 。
３ 活塞杆力学模 型的建立
３ １ 运行 工况及 载荷 的计算 ． 由图 ３ 运动简图及 曲柄连杆机构运动规律可推得
（ ） 复惯性 力 １往 ，＝ （ 。＋ｍ ） ｍ ａ （） ４ （） ５
‰
图 ６ 二 级 活 塞 杆 综 合 活 塞 力 图
（） ２ 气体力
Ｆ ＝Ｐ ・ ｉＳ
图６ 所示为二级活塞杆综合活塞力曲线。由图 可知 ， 当曲轴转角为 ２２ 时， ８ 。 活塞杆受 到最 大拉伸 力为 １６ ０ 曲轴转 角 为 ８ ．。 ， 到最 大 压缩 ９０ ０Ｎ； ７５ 时 受
力 为 ２５０ 曲轴转 角 为 ８ 。 ， 到 最 大压 缩力 ４０ ０Ｎ； ９时 受
＝ ｔ ａｒ
图 ５所示 为一 级 活塞杆 综合 活塞 力 曲线 。由 图
对上式 求 导 ， 活塞 的运 动速 度为 得
ｄ ｘ
＝
（ ｓ ｓ ＋ ｉ） ｍ ｉ ｒＪ ｎ ｒ ２
Ｌ （ ｚ ２ ）
力 为 １ ２０ ４ ０ ０Ｎ。
（ ）综合 活塞 力 ３
Ｐ ＝，＋Ｆ
加 咖 ｍ咖 ０ 咖 咖６ 如 ） （
３ ２ 几个 典型 工况 ．
本 文选 取 的研究 对象 为 ６列对 置式 压缩机 的活 塞杆 ， 机组 布 置 方 式 见 图 ４ 根 据研 究 对 象 的 结 构 。