往复压缩机支撑环改造

1、往复压缩机支撑环改造摘要：C3102是氢气回收装置的一台氢气补给压缩机，该压缩机投入使 用后，至今共检修29次，维修相当频繁，其中主要问题是二级气阀 磨损和二级支撑环磨损，经过对支撑环磨损快的原因进行分析，认为 是支撑环比压的问题，对支撑环进行了改造，由单支撑环改为双支撑 环，投入使用后效果很好，问题得到解决。、基本情况C3102是氢气回收装置的一台氢气补给压缩机，由沈阳远大公司 生产，2008年1月投入使用，该压缩机为两列两级、水冷式、对称 平衡型无油润滑氢气压缩机。两级压缩，将氢气由0.7MPa（G）压至 4.1MPa（G）。布置方式为单层布置，其整体结构简图可参看图一：图1压缩机结构简图

2、压缩机主要技术规范:表1压缩机参数表序号名称参数1容积流量（吸入状态）1.8 m3/min2吸入压力0.7 MPa (G)3排气压力4.1 MPa (G)4吸入温度（I级/II级）40C/40C5排气温度（I级/II级）129C/128C6冷却水进水温度32C7冷却水排水温度40C8润滑油压力（G）0.250.35 MPa9进水压力（G）0.40.6 MPa10压缩机转速740 r/min11轴功率63 Kw12活塞行程140 mm13气缸直径135mm/90mm14噪声W85dB(A)15传动方式异步电机直联传16主机外形尺寸（长、宽、高）8000X5000X2000 mm其活塞部件，一级活

3、塞体材料为锻铝2A12,二级体与杆为 一体式，活塞杆均由2Cr13制成，活塞杆与填料及刮油环接触的 工作表面经陶瓷处理，活塞都配有一定数量的活塞环和支承环， 活塞环和支承环均由填充聚四氟乙烯制成。二、改造背景该压缩机投入使用后，至今共检修29次，维修相当频繁，详细 内容见下表，其中主要问题是二级气阀磨损和二级支撑环磨损，第一 次运行约四个月，检查支撑环磨损情况时，发现支撑环磨损严重，已 经将二级气缸套拉伤，造成汽缸套不能正常使用，只能一边马上加急 向厂家订购整个二级汽缸体，一边简单修理后被迫监护使用，直到新 缸体到厂进行更换。对支撑环的磨损重点进行监测，利用每次停车机会，或是45-60 天之间

4、，停机拆缸盖测量支撑环间隙，掌握磨损状况，虽然没有再次 造成拉缸事件，但是因此也造成了多次停车，根据检修记录，从2008 年开始至今，因支撑环原因停车共计10次，每次停车从停到开要8 个小时，造成回收的600700NM3/H氢气被迫放火炬白白烧掉，辛醇 加氢系统也要减产约1.2吨/小时，损失严重，为了保障设备能长周 期稳定运行，满足生产的需要，决定对二级支撑环进行改造。表2检修记录表C3102检修记录序号检查日期托瓦数据一级气阀二级气阀备注12008.8.50.7大修后至2009.2.6 才开 始运转22009.2.12油压低跳车，换 油泵32009.2.24换新的0.7旧的由0.7下降 至0

5、.3,换二级 出口阀2个42009.2.27更换二级填料52009.4.180.45借停车机会检62009.5.14换新的0.7旧的由0.45 下 降至0.372009.6.220.5换2个入口阀82009.8.40.5换2个出口阀92009.8.180.5125C换二级4个阀102009.10.24换新的0.7148C旧的由0.5下降 至0.3,换气阀 1个112009.12.2换新的0.7160C旧的由0.7下降 至0.2,换气阀 4个，换填料122010.1.290.4借停车机会检 查132010.2.22换新的0.7换2个出口阀142010.3.120.6借停车机会检 查152010.

6、4.120.45换1个出口阀162010.5.14换新的0.7换二级4个阀172010.5.21循环水140C换上月个旧的 出口阀182010.6.2换新的0.7旧的0.4192010.7.11换新的0.7旧的0.45202010.7.21换2个出口阀212010.10.31换新的0.6大修，换新活 塞，其他换222011.1.210.5换二级4个阀232011.2.110.4136C借停车机会检 查242011.2.180.4一级活塞母松， 换填料252011.4.23换新的0.6旧的0.3262011.6.70.6换入口阀1个272011.7.70.6换二级4个阀，填料282011.8.4

7、0.6148C换二级4个阀292011.8.230.6125C换二级4个阀， 填料三、原因分析可以从下面几个方面进行排查原因：1、气缸内是否有液相水分原因之一是由主机和辅机部分的漏水造成的。当气缸内发现液相 水分时，应首先仔细检查压缩机的气缸和冷却器。气缸主要检查气、 水腔间有无渗漏。若有渗漏，可能是结构密封失效，或者是气缸出现 裂纹;而冷却器的渗漏原因主要是密封垫片的失效、管板与冷却管的 胀接松动及冷却水管破损。原因之二是由被压缩介质含水份造成的。湿度较高地区的空气， 在进入气缸冷却效果较好的压缩机时，会发生温降，如果温度下降到 进气压力条件下的露点温度以下，湿气体中的水分就会析出，造成缸

8、内带水。因此，在压缩湿量较高的气体时，要求气体进入气缸后温度 不能过低，特别是对低压级更应注意。解决的办法是调节气缸的冷却 水量，保证气体进入气缸后的温度，高于其进入气缸后该压 力下的露点温度。2、活塞环和支承环的材料配方（聚四氟乙烯）是否选择不当对于同一种对磨金属材料，不同的介质对于同一种配方的填充聚 四氟乙烯环，其磨损因子K值是不同的；对于同一种介质，不同的对 磨材料对于同一种配方的填充聚四氟乙烯环，其K值也是不同的。因 此，压缩机制造厂家在进行产品设计时是根据被压缩的介质及气缸或 气缸套的材质来选择相对应的配方的。所以用户在购买填充聚四氟乙 烯备件时，最好直接向压缩机生产厂家购买。3、工

9、作温度过高除了设计制造因素外，气缸内的工作温度高于设计值，往往由以 下3个原因造成的：各级或某级气缸进气温度高于设计值，也可能是冷却器冷却 效果差；高压级气缸气体泄漏至低压级气缸内，使低压级气缸的压缩 过程出现加热而使缸内温度升高；某级气缸的进、排气阀门泄漏。进气阀门的泄漏可通过手感 检查发现，即用手摸进气阀门压盖，看其是否发热。排气阀 门如泄漏量较小，则必须进行排气阀门的煤油渗漏检查。如 泄漏量较大，则会引起次一级气缸排气压力的升高，通过仪 表可以发现，如III级排气阀门泄漏，则II级的排气压力就 会升高。4、活塞环或支承环与气缸壁胀死活塞环和支承环的胀死是在活塞环和支承环工作中受热膨胀发

10、生的，在安装和拆卸的常温状态下无法发现。在活塞环和支承环的设 计中，活塞环的切口安装间隙是按活塞环在工作温度下，活塞环在圆 周方向的伸长量来确定的。如果活塞环的切口安装间隙小于活塞环在 受热膨胀后的周向伸长量，则在受热膨胀时切口完全封闭时，就会向 径向延伸，造成活塞环径向涨。而支承环与气缸壁的径向间隙则是根 据支承环在工作温度下的径向膨胀量来确定的。因此支承环与气缸壁 的间隙不能随意改小，一般生产厂家提供给用户的技术文件和图纸中 都有间隙的尺寸要求。但是由于用户购买的活塞环和支承环在配方和 质量上与原配方的差异，其热胀系数也就不同。填充聚四氟乙烯环的 热膨胀量可按以下公式进行计算S= a l(

11、 t211)式中S受热后的伸长量a一填充聚四氟乙烯的线膨胀系数l一活塞 环的周向长度或支承环的径向厚度t2工作时的温度，Ct1安装时的温度，C因此，用户购买其它厂生产的活塞环和支承环时，应要求生产厂 家提供该环材料的热胀系数。在安装时应重新复验和计算活塞环的切 口安装间隙和支承环的径向间隙。如生产厂家不提供数据，则无法通 过复算确定安装间隙，建议不要盲目选购。活塞环和支承环在气缸内胀死会使活塞环、支承环迅速失效。当 活塞环、支承环在气缸内胀死后，活塞环、支承环与气缸壁接触部分 的比压大大高于正常运转时比压；由于比压的增大，活塞环、支承环 与缸壁间的摩擦力也大大增加。一般压缩机的活塞平均线速度都

12、在 3m/s左右，在这种线速度和大摩擦力条件下，活塞环、支承环与气 缸壁之间的接触温度会急剧上升，这种高表面接触温度会大大降低活 塞环、支承环强度，使得活塞环、支承环容易被磨损。为避免这种情况发生，安装时有必要对原厂备件活塞环、支承环 径向尺寸进行处理。方法是用细砂纸铺在玻璃板上，活塞环、支承环 在上面均匀打磨，经验上活塞环、支承环与槽径向尺寸间隙应在 0.2-0.3mm为宜。必要时进行更换。活塞环或支承环与气缸壁胀死活 塞环和支承环在设计时都开有环向斜切口，其开口间隙的大小是根据 材料的热胀系数，在工作温度下沿圆周方向的膨胀量来确定的。工作 时当气缸内温度升至工作温度，开口间隙会随周向热涨而

13、闭合。如果 开口间隙过小，就会出现胀死情况，此时活塞环、支承环与气缸壁接 触部分的比压大大高于正常运转时的比压，摩擦力将会大大增加。一 般压缩机的活塞平均速度在33. 5m/s左右，在这种线速度和大摩 擦力的情况下，活塞环、支承环与气缸壁的接触温度会急剧上升，聚 四氟乙烯材料的工作温度一般不超过180C，若高于此温度，聚四氟 乙烯材料将会出现软化现象。当出现胀死情况时，活塞环、支承环的 强度就会大大降低，会使活塞环、支承环迅速失效。另外，活塞环、 支承环在活塞体环槽内的轴向侧隙也有严格的要求。活塞环、支承环 开口间隙和轴向侧隙的数据，在图纸和技术文件中都会明确的给出， 这些间隙的尺寸要求不能随

14、意改小，用户在现场安装时必须复测这些 间隙尺寸，达到所规定的要求，必要时可对活塞环、支承环的切口尺 寸和轴向侧隙进行修磨。5、支撑环比压是否合适支撑环比压就是活塞体和部分活塞杆的重量，作用在支撑环与气缸表面接触部分，所承受的压强，标准值一般为0.035,公式：支撑环比压6=10X （活塞重量+活塞杆重量/2） /0.866X缸径乂支撑环宽度比压超过标准值，说明支撑环宽度小了，不能总够的承受活塞 体及活塞杆的重量，会造成支撑环磨损较快，使用寿命短。反之也不 是越小也好，支撑环宽度过大，增大了摩擦力，使功率增大，同时发 热量也增大，也不利于支撑环的长期使用。6、被压缩气体过脏被压缩气体过脏是指被压

15、缩气体含有较多的粉层、金属粉末、非 金属纤维和水等杂质。这些杂质一旦进入气缸内，有一部分就会粘附 甚至嵌入活塞环、支承环的表面，造成活塞环、支承环与活塞槽径向 间隙变小，活塞环、支承环周向无法伸缩，从而使环周向不均匀磨损 加快，严重降低活塞环、支承环的使用寿命。另外，中体、气缸体的水平度，活塞组件的安装精度，活塞杆的 径向跳动量等，都是非常重要的，安装时必须控制在规定范围内，这 些都对活塞环、支承环的磨损有直接影响。根据以上几方面的原因进行分析，最大的可能性应该是支撑环比 压不合适，进行了相应的计算加以证实，通过设备图纸查得：一级气缸直径: 135mm一级活塞体重量：11.1Kg，一级活塞杆重

16、量：9.6Kg一级支撑环宽度：50mm二级气缸直径：90mm二级活塞体与活塞杆为一体，重量：17.8Kg,二级支撑环宽度：60mm计算一级支撑环比压6 =10X （活塞重量+活塞杆重量/2） /0.866X缸径乂支撑环宽度 =10X（11.1+9.6/2） /0.866X135X50=0.027计算二级支撑环比压6 =10X （活塞重量+活塞杆重量/2） /0.866X缸径乂支撑环宽度 =10 X 17.8/0.866 X90X 60=0.038一级支撑环比压0.027V标准值0.035,没有问题，实际使用中 一级支撑环也没有发现问题，二级支撑环比压0.038标准值0.035,找到支撑环磨损快

17、，寿 命短的原因四、改造过程及效果通过与远大压缩机公司的技术人员交流，又进行了进一步的核 算，证实的确二级支撑环的宽度有点窄，经双方共同研究后，决定重 新加工新的活塞体，同时将原来一道60 mm宽支撑环，改成两道 40mm宽的支撑环，总宽度比原来增加了 20mm,改造后活塞体的重量变 为17.65Kg计算改造后的二级支撑环比压：6 =10X （活塞重量+活塞杆重量/2） /0.866X缸径乂支撑环宽度=10 X 17.65/0.866 X90X 80=0.028 改造后的二级支撑环比压0.028V标准值0.035，应该可以使用。新活塞加工后，在2010年10月进行了安装，在2011年3月时， 其它部件检修时测量间隙为0.35mm，还可以使用一段时间，但是为 了安全起见，对支撑环进行了更换，用了5个多月，2011年3月更 换的新支撑环，至今仍在正常使用，经几次利用检修进行测量，间隙一直保持在0.5-0.6mm之间，使用寿命应该超过一年。图2改造前活塞图3改造后活塞五、经济效益有效减少因支撑环磨损造成停车检修次数，避免了氢气放空及辛 醇加氢减产造成