论活塞杆的径向跳动在往复式压缩机施工中的应用

1、论活塞杆的径向跳动在往复式压缩机施工中的应用近年来,随着国外技术的不断引进,在施工中不断应用国外的先进技术。在卧式往复压缩机施工中应用API618中活塞杆的径向跳动技术就是一个很好的例证,活塞杆的径向跳动技术在我公司甚至国内已经应用比较广泛,特别我公司在应用方面比较成功且有独特的见解。活塞杆径向跳动是一种用于确定活塞杆在对于气缸和十字头对中的水平和垂直两个位置上运行时对中变化的测量准则,即通过确定活塞杆在其整个行程中用百分表在水平和垂直两个位置上的读数变化值与设计理论计算期望的冷态下活塞杆径向跳动值比较来检验气缸和十字头对中。活塞杆径向跳动是一种安装和日常维修后的方便的现场检验找正的方法。下面

2、我对活塞杆径向跳动的原理和应用进行详细的分析。一、 基本原理¾冷态活塞杆径向跳动形成原因:1、活塞与气缸的冷态运行间隙和十字头与滑道的冷态运行间隙不同;2、活塞杆自重生产的挠度;3、气缸与滑道对中成在径向位移、轴向倾斜;4、活塞杆、活塞、十字头、液压力体等机械加工精度、形状和位置公差以及各零部件组装质量;5、十字头滑道和气缸水平度的安装找正精度,尤其是两者水平度偏差方向。等原因。¾活塞杆径向跳动最终目标活塞杆径向跳动最终目标是使压缩机热态(制冷压缩机是冷态运行时,理想的热态活塞杆径向跳动值为每毫米行程不超过0.00015mm。这是最终分析气缸与十字头滑道对中情况、分析活塞与

3、十字头热态中心位置是否合理的判断依据,决定了压缩机是否能够正常运行和压缩机的使用寿命。¾水平径向跳动水平径向跳动是用来指示以十字头滑道通过中体到气缸的水平对中的准则,因为水平径向跳动不管机器、设备是冷态还是热态都是相同的,且水平径向跳动不受活塞杆自重挠度影响,所以不必计算。其读数变化范围由每毫米行程±0.00015mm 直到最大0.064mm,通常认为是允许的。其理想水平对中的标志是放在活塞杆的十字头和活塞两端的百分表读数均为零。¾冷态垂直径向跳动当所有零部件加工精度、组装质量、安装找正精度等完全理想对中时正常的冷态垂直活塞杆径向跳动就是气缸中活塞冷态运行间隙和十

4、字头滑道中十字头的冷态运行间隙,加之正常的活塞杆下垂,行程长度,活塞杆长度以及百分表放在活塞杆的位置之间综合计算的结果。1、 不考虑活塞杆挠度的冷态垂直径向跳动其主要是由于活塞与气缸的冷态运行间隙和十字头与滑道的冷态运行间隙不同、十字头中心位置不同(偏心十字头造成活塞杆两端的高低差称为降差(用DROP 表示所引起的。如下图1所示活塞杆长度 L活塞杆下垂计算长度 B 百分表位置C 活塞杆长度 L 活塞杆直径 D活塞杆径向跳动值十字头端行程S十字头中心高h十字头中心线行程S十字头间隙H百分表位置X 十字头、滑道降差D R O P活塞端活塞中心高e气缸、活塞气缸、滑道中心线活塞中心线活塞支承环与气缸

5、间隙E图1根据图1,我们很容易得到:行程S活塞杆冷态垂直径向跳动 = ×DROP杆长L 其中DROP=e-h通常:e 是活塞冷态运行间隙E 的1/2h 就需根据十字头结构(带调整垫片的偏心十字头和不带调整垫片正心十字头,正向、反向十字头实际情况决定。只有当十字头为不带调整垫片正心结构(十字头几何中心与十字头端活塞杆中心一致时,h=H/2 。2、 活塞杆挠度生产的垂直径向跳动所有的水平活塞杆都存在挠度,特别对B、C、D 型中体(中体长度较长结构的压缩机,垂直径向跳动必须把活塞杆挠度的作用考滤进去。影响活塞杆挠度的因素有:活塞杆直径、活塞杆长度、活塞杆重量、材质等。 其垂直径向跳动计算时

6、将活塞杆视作一端简支另一端固定梁的力学简图(十字头端支承(自由端-活塞杆端固定,见下图2所示活塞杆挠度计算的力学简图活塞杆挠度计算长度B 百分表位置C 活塞杆下垂计算长度 B 百分表位置C 活塞杆长度 L 活塞杆直径 D百分表位置X最大挠度位置0.422B 十字头端十字头中心高h十字头中心线百分表位置X 十字头间隙H行程S十字头、滑道活塞端活塞中心高e气缸、活塞气缸、滑道中心线活塞中心线q 活塞支承环与气缸间隙E图2根据图2所示,查手册得:W活塞杆上任意点C挠度:f C = (3BC 3-2C 4-B 3C48EIBW活塞杆上任意点X挠度:f X = (3BX 3-2X 4-B 3X48EIB

7、WB3 活塞杆最大挠度:f max =0.00542 ,位置距十字头端0.422BEI 百分表位置X的垂直径向跳动值 = f X - f (X-S百分表位置C的垂直径向跳动值 = f C - f (C-S其中E:为材料弹性模量W:为活塞杆重量I:为活塞杆惯性矩,=0.0491×D4B、C、D、X:为图2所示长度尺寸S:为活塞杆行程注意:在距十字头端长度为0.422B时,活塞杆挠度出现最低点,在该点附近放置百分表测得的垂直径向跳动值通常会出现零,故在放置百分表时应尽可能靠近十字头和活塞。二、 施工中的应用根据我国往复压缩机设计、制造现状,现阶段在设计、制造时并没有充分考滤热态活塞杆径向

8、跳动理想的期望值,只是要求气缸与滑道冷态的对中(要求见下表。现场根据这一条件限制,通过实际条件计算活塞杆径向跳动值来判断、校验气缸与滑道冷态的对中情况和安装质量,通过分析调整使热态活塞杆径向跳动趋于最佳。下面以镇海炼化300万吨/年柴油加氢精制装置的2D80-53.4/11.5-68-BX型新氢压缩机为例,计算分析活塞杆的跳动情况。1、压缩机的主要技术参数参数值序号 项 目 1 压缩机 型式两列对动平衡型往复式压缩机2 型号2D80-53.4/11.5-68-BX2 曲轴转速r/min3333 活塞行程mm3604 气缸直径mm620 4005 活塞杆直径mm1307 排气量Nm3/34000

9、6 进口压力Mpa 1.15 2.97 进口温度40 408 出口压力Mpa 2.9 6.89 出口温度132.6 126.910 轴功率kw259012 旋转方向从压缩机非驱动端,面向压缩看为逆时针驱动机 型式无刷励磁增安型同步电动机型号TAW2900-18/260011 额定功率2900额定电压6000V额定转速3332、实测间隙及相关参数1十字头与滑道间隙(图1,H、气缸支承环与气缸径向间隙(图1,E:列数 配合间隙 测量温度列 H0.40 E0.85 20列 H0.40 E0.66 202活塞杆径向跳动计算用数据活塞杆直径D=130mm,D=130mm活塞杆长度L=2462mm,L=2

10、378mm活塞杆挠度计算长度B=1840mm,B=1754mm百分表位置C=1410mm,C=1340mm,X=700mm,X=700mm行程S=360mm活塞杆重量W=246kg, W=236Kg弹性模量E = 210 GPa = 2.1×106 Kg/cm2惯性矩I=0.0982×D4=0.0491×134=1402cm43、活塞杆冷态垂直跳动计算分析1不考虑活塞杆挠度的冷态垂直径向跳动a.列活塞杆列十字头为反向十字头,按照设计图纸要求,装配前抽掉非受力侧(下侧滑板与滑履之间的两个调整垫片,其厚度为=0.20mm(在出厂前已调整完毕,DROP计算如下:=(E/

11、2- (H-/2-=(0.85/2-(0.40-0.20/2-0.20=0.125mm冷态垂直径向跳动值=(S/L×DROP=(360/2462×0.125=0.02mmb.列活塞杆列十字头为正向十字头,按照设计图纸要求,装配前抽掉非受力侧(上侧滑板与滑履之间的两个调整垫片,其厚度为=0.20mm(在出厂前已调整完毕,DROP计算如下:=(E/2- (H-/2=(0.66/2-(0.40-0.20/2 =0.23mm 冷态垂直径向跳动值=(S/L×DROP=(360/2378×0.23=0.04mm 2 活塞杆挠度的冷态垂直径向跳动 a. 列活塞杆 W

12、fC= 48EIB f1410=(246/(48×2.1×106×1402×184× (3×184×1413-2×1414-1843×141=-0.001cm=-0.01mm f(C-S=f1050=-0.0025cm=-0.025mm 百分表位置 C 的冷态垂直径向跳动值=0.01-0.025=-0.015 同理，百分表位置 X 的冷态垂直径向跳动值=0.03-0.02=0.01 b. 列活塞杆 W fC= 48EIB f1340=(246/(48×2.1×10 ×1402

13、×175× (3×175×1343-2×1344-1753×134=-0.001cm=-0.01mm f(C-S=f980=-0.0025cm=-0.025mm 活塞杆挠度的冷态垂直径向跳动值=0.01-0.025=-0.015 同理，百分表位置 X 的冷态垂直径向跳动值=0.03-0.02=0.01 3 活塞杆的冷态垂直径向跳动值 经 1、2条计算结果，综合后活塞杆的冷态垂直径向跳动值: 列活塞杆= +0.03 列活塞杆= +0.05 4、 实测及分析 在压缩机全部组装结束后，在气缸与滑道同心度找正合格、气缸与滑道水平 度合格的情况

14、下测得活塞杆冷态跳动值如下： 列数 列 列 垂直跳动值 +0.03 +0.08 水平跳动值 0.02 0.03 测量方向 从轴侧到盖侧 从轴侧到盖侧 6 (3BC3-2C4-B3C (3BC3-2C4-B3C 实测水平方向跳动值符合 API618 的要求，实测垂直方向冷态跳动值与计算 值相吻合，这说明气缸与滑道的同心度较好、压缩机各零件装配质量及安装精 度达到设计要求。 5、 热态活塞杆垂直径向跳动值 1 材质线膨胀系数 序号 1 2 3 4 部件 一级活塞 二级活塞 支承环 十字头 材质 JT25-45 JT25-45 4F-4 ZG230-450 线膨胀系数(1/ 10×10-6

15、 10×10-6 7.6×10-5 11×10-6 适用温度 20200 20200 25200 20200 填充四氟乙烯线膨胀系数(1/ 100%4F+40% 玻璃纤维+5% 石墨 6.65×10-5 1.72×10-5 活塞环 灰色 100%4F+25% 青铜+20%玻 璃纤维+10% 石墨+5%炭黑 7.58×10-5 1.91×10-5 支承环 浅黑色 100%4F+40% 青铜+20%玻 璃纤维+10% 石墨 7.87×10-5 1.91×10-5 活塞环 深黑色 性能 100%4F+40% 玻

16、璃纤维 垂直方向 水平方向 使用场合 颜色 6.45×10-5 1.65×10-5 活塞环 白色 2 一级活塞杆热态垂直径向跳动值 a. 活塞膨胀量 活塞直径取活塞支承环槽处的最小直径D1=603.65mm，t2取排气温度 132.6 ，t1取测量间隙时温度 20，则膨胀量计算如下： D1=(t2-t1×D1=10×10-6×112.6×603.65=0.67mm b. 支承环膨胀量 支承环厚度为 s=8mm s=(t2-t1×s=76×10-6×112.6×8=0.07mm c. 热态时活塞中

17、心向上位移量 1=D1/2 s=0.40mm d. 十字头中心向上位移量 十字头直径D3=540mm，t2取十字头运行温度 60 -6 2=(t2-t1×D3/2=11×10 ×40×270=0.12mm 0.42 0.11 0.32 e. 热态垂直跳动值 DROP热=e热-h热=(0.85/2 0.40-(0.12-0.10=0.005mm 热态垂直跳动值=S/L × DROP热=0.001mm 3 二级活塞杆热态垂直径向跳动值 按照上述一级活塞杆热态垂直径向跳动值方法计算，二级活塞热态垂直径向 跳动值为 0.005mm 4 分析 根据活塞杆热态垂直径向跳动值计算