往复式压缩机活塞杆断裂分析

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1、往复式压缩机活塞杆断裂分析赵治全摘要：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AnalysisofFractureofReciprocatingCompressorPistonRodAbstract:Themeasureofpreventingfractureofpistonrodisfoundthroughanalysisthereasonoffractureofreciprocatingcompressorpistonrod.ZhaoZhi

2、quanKeywords:reciprocatinginertialforcefatiguestrengthwaterhammer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．活塞杆发生断裂的原因分析活塞杆在往复运动中受气体力

3、、往复惯性力及往复运动的磨擦力作用。气体力和往复惯性力随着压缩机吸气、排气过程的变化，大小和方向不断变化，因此活塞杆受力为循环交变载荷。活塞杆上的螺纹、台阶等部位虽然存在应力集中，其强度设计时均经过严格校核，都能满足使用要求，故正常使用不会断裂。活塞杆之所以发生断裂，主要跟活塞杆的制造质量及安装使用不当给活塞杆造成附加外力等有关。分析如下：1．1活塞杆的制造质量差。活塞杆未严格按图纸要求加工，表面加工精度低，存在刀痕；螺纹丝底圆角过小；台阶处未光滑过渡或圆角小等。这些部位都可以成为裂纹原。以螺纹

4、加工为例，螺纹在车制过程中，由于车工经验不足或失误，未将车刀磨出图纸要求圆角。使螺纹加工完后丝底圆角过小，使该处受拉的应力集中系数及受弯曲的应力集中系统数明显加大，使活塞杆在交变载荷作用下产生微小裂纹，并不断扩展，最终断裂。这种情况也与使用单位用件前未认真检验活塞杆尺寸有关。另外，有些活塞杆为了提高疲劳强度，表面镀铬、镍等金属。如镀层与基体结合不好，在使用中磨裂，则会造成裂纹下面的基体金属产生严重的集中滑移，诱发疲劳裂纹的产生。1．2十字头安装不正确在设备安装中如十字头端面与十字头下滑道不垂直，

5、活塞杆与十字头紧固后十字头下滑板只有前端与滑道接触，后端悬空。当压缩机运转后连杆作用力的分力使下滑板与滑道完全贴合，使活塞上翘。而活塞在本身重力作用下与气缸表面接触，造成活塞杆弯曲，产生弯曲外力。与十字头联接的螺纹部位受力最大。其应力值与活塞杆所受循环应力最大值叠加，如超过许用应力值，则活塞杆将发生断裂。另连杆瓦、十字头、气缸、活塞等部件安装数据未达到检修规程要求，或长期使用磨损使各部间隙过大及联接螺栓松动，都会造成十字头等部位振动过大，使活塞杆承受附加外力作用，也可导致活塞杆产生裂纹断裂。1．

6、3十字头螺栓预紧力不匀这种情况是指活塞杆与十字头采取方法兰联接的形式。方法兰的四条螺栓在十字头与活塞杆固定过程中预紧力不等，使活塞杆螺纹处靠预紧力大的螺栓侧形成附加弯曲压应力，其与循环应力叠加，也可导致活塞杆断裂。1．4活塞托瓦及气缸磨损活塞在气缸中往复运动虽有润滑油润滑，但经过长期使用，活塞托瓦及气缸都会发生磨损，使活塞中心逐渐低于十字头中心。使活塞杆弯曲，活塞杆受弯曲外力作用，与十字头联接部位受力最大。而且磨损越大应力越大，其与循环应力综合作用使活塞杆断裂。1．5气缸进入异物或水击压缩机的气

7、缸余隙均在几毫米，而气阀螺栓等气阀组件尺寸远远大于余隙尺寸。压缩机在运行中由于吸气阀螺栓松动后与阀组脱离，气阀组件吸入气缸或气阀因制造质量或材料疲劳破坏吸入气缸，造成活塞运动受阻，活塞杆所受拉力无限大，拉断活塞杆。压缩机在开机过程中入口气体中大量带液，或多级压缩机级间冷却分离器长时间未排油水，导致压缩机吸入大量液体，因液体不可压缩，且不能及时排出，导致活塞运动受阻而拉断活塞杆。另外活塞杆使用时间过长，超过其使用寿命，材料发生疲劳破坏也可使活塞杆断裂。需要指出的是，以上各因素往往同时作用，加速了活

8、塞杆断裂，缩短了其使用寿命。1．防范措施通过提前检查等措施，有些活塞杆断裂是可以避免的。如：严格执行检修规程，在安装前认真核对活塞杆各部尺寸，对螺纹、台阶等应力集中部位重点检查。并定期用着色法进行表面探伤检查，以发现微小裂纹。同时选择有质量保证的供货商进货；在安装中保证十字头端面与滑道的垂直度；经常检查更换活塞托瓦，避免使活塞杆受弯曲外力；使十字头螺栓预紧力尽可能均匀，减小其对螺纹处附加力作用；定期检查各部件联接情况，避免间隙过大或螺栓松动，同时设备出现振动异常时应立即停机检查，避免发生事故；设