燃料气压缩机活塞环、支撑环磨损原因分析和整改措施_杨坤涛.pdf

表 1往复式压缩机 C302A 各项参数项目参数值及技术指标型号名称4M40-365/3.7-BX 型燃料气压缩机额定工况下性能参数各级吸气压力/MPa（G）0.015/0.11各级排气压力/MPa（G）0.11/0.37各级吸气温度/40/40各级排气温度/117/120各级安全阀开启压力/MPa（G）0.22/0.47轴功率/kW1293排气量/（m3 min-1）365（吸入状态下）循环润滑系统供油压力/MPa（G）0.25-0.4循环润滑系统供油温度/45振动烈度/（mm s-1）18结构参数活塞行程/mm350各级缸径/mm10802/7502活塞杆直径/mm95燃料气压缩机活塞环、支撑环磨损原因分析和整改措施杨坤涛（山西潞安化工集团煤基清洁能源有限公司，山西长治046299）摘要：主要是 180 万 t/a 煤化工燃料气往复式压缩机自运行一年后，一级气缸活塞环、支撑环出现磨损、拉缸和气阀排气温度升高、排气不足的现象，运行周期严重减少，多次更换备件仍无法解决，通过对机组安装、工艺流程和介质分析等原因分析，最后通过对活塞环、支撑环材质技改解决了问题，满足了运行要求，提高了运行周期，减少了检修次数。关键词：压缩机活塞环支撑环磨损中图分类号：TQ051.21文献标识码：A文章编号：1004-7050（2022）09-0113-031简介该 机 组 是 沈 阳 鼓 风 机 制 造，产 品 名 称：4M40-365/3.7-BX 燃料气压缩机，属于对称平衡往复式压缩机，压缩机共有四个缸共两级。运行参数如表 1所示。从检修上来看，2019 年 9 月份、10 月份，该机组一级更换活塞环、支撑环共 4 次。其中更换材质两次和气阀更换一次。这造成了生产延误、增加维修量以及备件更换，造成较大的经济损失。分析原因并解决此问题对于节能降耗、提质增效有较大的经济效益。2机组故障、现象压缩机故障现象为一级气阀排气温度高，排气量不足，振动大。经检查排气阀发现内部有很多活塞环、支撑环碎屑。拆开气缸发现支撑环、活塞环磨损和部分活塞环出现胀死且镜面间隙只有 0.4 mm 左右，其中有一个气缸出现拉缸现象。3原因分析和解决措施故障原因可能有以下几点：1）机组自身问题。机组在长期运行后导致基础发生变化，导致十字滑道和气缸同心度发生改变，导致活塞环、支撑环安装后发生偏磨；安装尺寸不合适，维修工不熟练，在安装活塞环、支撑环时轴向间隙、开口间隙等不符合要求，导致其发生胀死、磨损现象。2）工艺流程及介质问题。工艺介质不干净，含有大颗粒进而活塞环、支撑环轴向间隙中，或者与油混合在一起形成油泥，大大加速磨损；其他工艺设备出现问题，导致介质水分较大，气缸内积聚成水，形成液击导致机体振动增大1。3）气缸内套材质与活塞环和支撑环材质强度不一样，活塞环、支撑环硬度不够导致其磨损甚至断裂。现对以上问题进行分析处理，活塞环、支撑环抱死现象，如图 1 所示。3.1机组安装问题用水平仪测量分别测量十字头滑道和气缸的水平度，曲轴箱侧为正，气缸盖侧为负。测量结果，如表 2 所示。其结果在允许误差范围内不会对活塞环、支撑环的磨损有影响。针对检修质量问题，每次回装支撑环、活塞环轴向间隙、开口间隙、径向间隙、活塞杆跳动值等数据检查均符合要求，且检修质量验收均合格，不是磨损、胀死的问题。3.2工艺流程和介质问题工艺介质的气体成分比例见下页表 3。如果是工收稿日期：2022-04-20作者简介：杨坤涛，男，1986 年出生，毕业于中国矿业大学，本科，助理工程师，从事机械设备检维修相关工作。总第 205 期2022 年第 9 期山西化工Shanxi Chemical IndustryTotal 205No.9，2022DOI:10.16525/14-1109/tq.2022.09.047图 1活塞环、支撑环抱死现象表 2压缩机气缸水平度测量结果mm项目十字头滑道一级气缸曲轴侧缸盖侧曲轴侧缸盖侧一级东侧气缸水平度+0.02+0.06+0.04+0.06一级西侧气缸水平度-0.02+0.02-0.02+0.06注：水平仪精度每格 0.02 mm。化机与设备山西化工第 42 卷艺气体中有杂质颗粒与润滑油、润滑油与活塞环和支撑环磨损结合形成油泥，油泥夹杂在活塞与镜面之间的隔膜中，增大了摩擦系数，加剧了活塞环、支撑环的磨损，油泥还会夹杂在环槽内，减少了轴向间隙，侧面压力增大会加快侧面磨损，这些会导致活塞环、支撑环的抱死现象2。通过检查管道滤网发现滤网有破损，通过更换滤网、加大滤网目数，每次检修发现滤网较脏。检修中发现气缸内有积水、水垢现象，怀疑介质水分较大，长期运行在气缸内形成积水形成液击和结垢现象，导致气缸振动大的原因，也可能是磨损大的原因。由于此往复式压缩机是有油润滑，油与介质气体中的杂质形成油泥，油和油泥都将改变摩擦系数有改变，故将注油速度由 10 滴/min20 滴/min 之间逐渐改变。实验证明改变注油速度对压缩机磨损没有改变，油多了反而形成气缸积油加剧了磨损现象。3.3气缸内套、活塞环、支撑环材质问题解决振动大的问题之后，活塞环磨损、胀死、断裂问题依然没有彻底解决，根源没有找到。气缸为内套和壳体两部分组成，每次检修发现气缸内套无损坏，活塞环、支撑环磨损严重且出现拉缸现象；检查活塞环槽磨损情况发现，活塞环槽也没有明显变化，最大环槽磨损宽度变化在 0.1 mm 且在要求范围以内。对于活塞环胀死现象，怀疑是活塞环膨胀量大，将活塞环的轴向间隙标准为 0.24 mm0.367 mm，将轴向间隙调整到 0.3mm、0.4mm、0.5mm，开口间隙放大到 10mm。经过运行一段时间发现，间隙大的没有出现胀死的，但是依然有断裂、磨损严重现象，改变轴向间隙只能影响其膨胀量带来的胀死问题，但不是主要原因。从检查结果分析活塞和缸套的材质和硬度符合要求，唯一存在的原因是活塞环的材质出现问题。于是怀疑是原沈鼓随机组带的备件问题，因为活塞环和支撑环均为填充聚四氟乙烯，填充聚四氟乙烯是在聚四氟乙烯中添加石墨、铜粉、玻璃丝等元素，改善聚四氟乙烯的硬度高、润滑等特性。在填充的元素不同、比例不同，填充聚四氟乙烯的物理性能和机械性能也有所不同3。活塞环的材质较软，润滑油和介质中杂质颗粒混合形成的油泥，影响摩擦面的摩擦系数，加上膨胀量大，会出现偏磨、胀死现象，长时间偏磨就会出现活塞环断裂的情况，进而事故频发。4采取具体措施通过 3.2 叙述中可知，气缸积液是水气分离器泄漏原因，导致气体中有水蒸气比例增大，在气缸和缓冲罐中形成积液病出现液击现象，所以气缸振动大，通过对水气分离器漏点处理成功解决这一问题，但振动大不是活塞环、支撑环的磨损、胀死的原因。通过原因分析知道决定活塞环、支撑环磨损主要有两个因素影响：一个摩擦副的摩擦系数的改变，一个是材质本身的机械和物理性能。4.1改变摩擦系数影响摩擦系数的因素有很多，主要有气缸缸套的表面粗糙度、润滑油、介质气体的纯净度。气缸缸套的表面粗糙度越低，活塞环、支撑环与缸套摩擦中颗粒数大大降低，摩擦力也越小，活塞环的受力程度也小，损耗程度以及断裂的可能性也大大降低。润滑油主要起到润滑作用，将活塞环、支撑与缸套镜面环形成油膜，将二者的硬摩擦改变为与油膜的摩擦。检查注油器，定期清理和更换油脂，长时间使用的注油器，注油器油中的可能有焦炭和反应的催化剂，二者进入气缸易形成杂质颗粒依附在油膜中，加速活塞环、支撑环的磨损4。介质气体如不干净，其中的杂质颗粒与润滑油结合形成油泥，依附在活塞环、支撑环的轴向间隙和气缸的镜面间隙中，镜面间隙中油泥混合在油膜中，增大了摩擦系数，加速活塞环、支撑环的磨损，轴向间隙中的油泥不仅加剧活塞环与环槽的磨损，使环槽变宽，而且油泥进入侧面，变相的轴向间隙减小，活塞环受热膨胀，容易与环槽胀死，加剧磨损甚至断裂。因此通过工艺分厂人员进行气体调整和增加管道滤网的目数，提高气体的纯净度，减少油泥的形成。在检修中通过改变以上三方面，大大降低了活塞环、支撑环的更换次数，但胀死现象依然会发生，活塞环、支撑环使用寿命仍低于正常要求。4.2改变活塞环、支撑环的材质通过检修不断实践和论证，活塞环、支撑环为填充聚四氟乙烯，材质的硬度与缸套的硬度相差太大，即活塞环、支撑环较软，填充聚四氟乙烯根据其自身填充物的成分、比例不同，呈现的物理和机械性能不同，随即联系新厂家，根据图纸和测量尺寸、工艺参数、气缸结构参数和缸套的硬度等制作一批活塞环、支撑环，主要只有提高了活塞环、支撑环的硬度，减小了活塞环、支撑环在工作状态下的膨胀量。安装定制的活塞环、支撑环后，机组运行一个月排气量、排气温度正常，气缸无杂音，停机检修发现，活塞环、支撑环无胀死、断裂现象，支撑环最大磨损 0.2 mm，活塞环最大磨损 0.12 mm。这就证明之前原厂带的备件材料膨胀系数与机组的工艺现状不符合，活塞环、支撑环的硬度与缸套的硬度不匹配导致，只有材料硬度表 3介质成分及比例介质名称燃料气组成N2H20COCO2H2CH4其他体积分数/%11.030.52748.720.3410.688.140.5831142022 年第 9 期支架-管路设备；2）以综采面原有的液压支架为基础实现回撤过程中的迎头支护方案，每撤出一个中部液压支架就将掩护支架前移一次，能够减少支架回撤时的补强支护，提高巷道稳定性；3）新的井下回撤工艺能够将井下回撤时间缩短了 27.8%，对提升井下综采面设备回撤效率和安全性具有十分重要的意义。参考文献1李晟.晋华宫矿大倾角综采工作面设备回撤技术应用J.山西焦煤科技，2018，42（7）：24-26.2马守富.大倾角综采工作面利用空巷下行回撤技术J.煤炭科学技术，2018，46（Supple1）：115-118.3刘勇.常村煤矿 2311 大倾角综放工作面设备改造及安装技术J.煤，2020，29（9）：53-55.4翁海龙.预掘单回撤通道在保德煤矿综放工作面的应用J.陕西煤炭，2017，36（1）：130-132.5代卫卫，陈建荣，方明阳.大倾角工作面液压支架撤除技术研究J.煤炭科学技术，2020，48（3）：140-146.6燕伟.大倾角综放工作面设备防滑技术的研究J.山东煤炭科技，2018（12）：162-164.Study on the Wthdrawal Technology of Fully Mechanized Mining Equipment in Coal MineZhao Huidong（Yangquan Yanniche Coal Co.,Ltd.,Yangquan Shanxi 045011）Abstract:In view of the disadvantages of tedious process,low efficiency and poor safety in the process of equipment withdrawal in the fullymechanized coal mining face,a new technology for equipment withdrawal in the fully mechanized coal mining face is proposed.Based onthe original hydraulic support in the fully mechanized mining face,the head-on support scheme in the withdrawal process is realized.According to the actual application,the new withdrawal process of fully mechanized mining equipment shortens the underground withdrawaltime by 27.8%,effectively improving the equipment withdrawal efficiency and safe