往复压缩机十字头故障的原因分析及处理

往复压缩机十字头故障的原因分析及处理

王天军

（中国石化中原石油化工有限责任公司河南濮阳457000）[摘要]本文介绍了变压吸附制氢装置原料气压缩机,十字头频繁出现故障的原因分析及最终解决方法，保证了该机组的长周期稳定运行。

[关键词] 往复压缩机；十字头；故障；分析；处理

一、前言

往复式压缩机的十字头是连接做摇摆运动的连杆和做往复运功的活塞杆的部件, 直接把曲轴的旋转运动转化为活塞的直线往复运动,并在滑道上起导向作用。它所受到的综合活塞力和往复惯性力比较复杂，连接十字头与连杆的十字头销是主要的受力零件。经验表明, 十字头销是压缩机中容易损坏的零件之一。文章对变压吸附制氢装置中的原料气压缩机，在运行初期频繁发生的十字头销退出销孔故障，进行了原因分析，提出了解决方案，并彻底解决了这一问题。

二、压缩机概况

图1 压缩机总体结构

如图1所示，变压吸附制氢装置的原料气压缩机为往复式，型号为

DW-56/2.2-9，采用对称平衡式结构，二级压缩。它担负着对甲烷氢原料进行增压的任务，是制氢装置的心脏，位号是C0101A/B，一开一备。

主要参数和规格如下：

压缩机十字头由十字头体、上下滑履及十字头销等零件组成，如图2所示，十字头体由碳钢铸成，滑履由球墨铸铁表面浇注巴氏合金而成，并用螺栓与十字头固定，连接成一体。滑履与十字头之间装有垫片，检修时可以调整。十字头销采用圆柱加锥形单螺栓结构，材质为38CrMoAIA。

三、故障描述和原因分析

该压缩机投用以后，频繁发生故障，主要是十字头销螺母经常松动，造成了很大的安全隐患，并发生一次跳车事故，严重影响了装置的稳定运行。

C0101A台压缩机运行一个半月后（2004.7.15），突然发生跳车事故，经拆检发现十字头损坏、十字头销已掉出销孔、十字头销固定螺栓断裂、连杆断裂。初步分析认为，是固定十字头销的螺母先松动，螺栓断裂，造成十字头销退出销孔，卡在十字头轨道上瞬间将连杆拉断，并造成跳车。原因可能是装配质量（十字头销螺母上紧扭矩不够或十字头销锥面与十字头销孔接触面积不够）所致，据此采取了以下措施：一是确认十字头销锥面与十字头孔接触面积在90％以上，螺母的上紧扭矩达到要求的2000NM；二是每半个

月定期切换停机检查螺母的松动情况；三是举一反三，对B台压缩机也进行同样的检查。结果发现，既使保证了十字头销的接触面积和固定螺母的扭矩，两台机组在运行一段时间后仍均出现了防松垫被剪断、螺母松动的情况。

因为十字头销是十字头组件的重要零件，其受力非常复杂，所以对其型式以及固定方式的选用也比较严格。十字头销有圆锥形(图3)、圆柱形(图4)以及一端为圆柱形而另一端为圆锥形(图5)等三种型式。

图3 圆锥形十字头销

图4 圆柱形十字头销图5 一端为圆柱形

另一端为圆锥形的十字头销

浮动圆柱销制造简单，磨损均匀，但工作时冲击较大，一般用于中小型压缩机。固定圆锥销，中段为圆柱体，与铜套配合，承担全部活塞力，两端与十字头孔配合处为圆锥形，锥度为1/10-1/20，用螺栓或压板固定，结构比较复杂，主要用于活塞力大于5.5×104N的大型压缩机上。本文所述压缩机十字头销所采用的型式即为固定圆锥销，小头用单螺母加防松垫进行固定（如图2所示）。

由于锥形十字头销，运行中锥体部分存在较大轴向力，而圆柱部分主要受到横向剪切力，这两部分的力随着机组的往复运行都是交变，且带有冲击的，所以对销子轴向固定的可靠性要求很高，该压缩机原采用的单螺母固定，轴向力直接作用到螺母上，在十字头的往复运动剧烈冲击下，很容易松动，即使采用了防松垫，但其防松的强度不足以达到完全防松的目的。为此，经与设计单位共同研究，决定对十字头进行改造，如下图6所示：

图6 改造后的十字头结构

十字头销仍采用中间圆柱加两头锥形结构，大头采用压盖外加四条M12的螺栓进行轴向固定，螺栓的六角头用φ3的制动铁丝进行连接，防止螺栓松动。这样，十字头销轴向力直接作用不到螺栓，而是直接作用到压盖上，实践证明，这种结构型式对十字头销的轴向固定是可靠的。2007年改造投用至今，运行平稳，彻底解决了这一困扰多年的安全隐患。

四、结论：

关于十字头销型式及其轴向定位方式的选用，有关设计规范上尽管没有严格的规定，但笔者认为采用压盖进行轴向定位比较可靠。这样可以将十字头销的轴向力进行分散，大大改善了轴向力全部集中在单个螺栓的状况。

参考文献：