【壓縮機網(wǎng)】摘要：某煉廠(chǎng)60萬(wàn)噸/年柴油加氫裝置，解析氣壓縮機的兩根35CrMoA鋼連桿螺栓在切機運行過(guò)程中發(fā)生斷裂失效。對螺栓的斷口形貌進(jìn)行了分析，對其化學(xué)成分，顯微組織和硬度等進(jìn)行了理化分析。發(fā)現斷裂連桿螺栓的組織分布不均勻，夾雜物較多，力學(xué)性能下降，在交變載荷作用下，最終發(fā)生疲勞失效。通過(guò)金相組織、掃描電鏡等的檢驗分析，結果表明，在交變載荷的作用下，該連桿其中一根螺栓首先疲勞斷裂，隨之另一根連桿螺栓因過(guò)載而被拉滑扣且彎曲，大頭瓦巴氏合金卷層熔化。
文/洛陽(yáng)石化三隆公司動(dòng)設備 孫應輝
一、引言
往復式壓縮機的連桿組由連桿體、連桿大頭蓋、連桿小頭襯套、連桿大頭軸瓦和連桿螺栓（或螺釘）等組成。連桿組承受活塞銷(xiāo)傳來(lái)的氣體作用力及其本身擺動(dòng)和活塞組往復慣性力的作用，這些力的大小和方向都是周期性變化的。因此連桿受到壓縮、拉伸等交變載荷作用。連桿必須有足夠的疲勞強度和結構剛度。疲勞強度不足，往往會(huì )造成連桿體或連桿螺栓斷裂，進(jìn)而產(chǎn)生整機破壞的重大事故。若剛度不足，則會(huì )造成桿體彎曲變形及連桿大頭的失圓變形，導致活塞、汽缸、軸承和曲柄銷(xiāo)等的偏磨，造成壓縮機嚴重損壞。
二、機組概述
柴油加氫裝置VPSA解析氣壓縮機K-302A/B由國內某公司生產(chǎn)，型號為4M20-198/0.1-6.5，兩級對稱(chēng)雙吸雙排平衡型往復式氣體壓縮機。機組設置兩個(gè)強制潤滑系統：一是傳動(dòng)部分（曲軸、十字頭）；二是工作部分（氣缸、填料函）潤滑系統。該機組的每個(gè)氣缸套和填料函都采用了循環(huán)軟化水冷卻系統。機組的所有吸氣閥均裝有氣量調節器，分為0%、50%、100%三個(gè)檔次。
壓縮機主要技術(shù)規范：
VPSA解析氣壓縮機抽氣能力為11000Nm3/h，進(jìn)口壓0.01MPa(G)，出口壓力0.65MPa(G)。
壓縮機
?。?）流量 11000Nm3/min
?。?）前一級吸氣壓力 0.01MPa(G)
后一級吸氣壓力 0.01MPa(G)
?。?）前一級排氣壓力 0.18MPa(G)
后一級排氣壓力 0.18MPa(G)
?。?）前二級吸氣壓力 0.18MPa(G)
后二級吸氣壓力 0.18MPa(G)
?。?）前二級排氣壓力 0.65MPa(G)
后二級排氣壓力 0.65MPa(G)
?。?）前一級吸氣溫度 40℃
后一級吸氣溫度 40℃
?。?）前一級排氣溫度 107℃
后一級排氣溫度 107℃
?。?）前二級吸氣溫度 40℃
后二級吸氣溫度 40℃
?。?）前二級排氣溫度 112℃
后二級排氣溫度 112℃
?。?0）各級缸徑 910/585 mm
?。?1）活塞行程 280mm
?。?2）曲軸轉速 375r/min
主電機
?。?）型式 增安型三相異步電動(dòng)機
?。?）額定功率 1250kW
?。?）額定電壓 10000V
?。?）額定電流 125.3A
?。?）轉速（額定轉速） 375r/min
三、連桿斷裂故障描述
2020年12月11日15∶18時(shí)，柴油加氫裝置解析氣壓縮機K-302A在切機運行過(guò)程中，突然出現機組振動(dòng)，隨即曲軸箱振動(dòng)探頭聯(lián)鎖停機，運行人員在現場(chǎng)觀(guān)察到曲軸箱有冒煙現象。在緊急切機后，具備檢修條件，維護人員打開(kāi)曲軸箱蓋，發(fā)現后一級連桿螺栓已斷裂，另一條滑扣螺母與桿粘死，連桿大頭瓦巴士合金脫層燒熔。最終用角磨機切斷粘死螺栓才將連桿取出。
四、分析檢查
通常我們認為，連桿的主要損壞形式是疲勞斷裂和過(guò)量變形。通常疲勞斷裂的部位是在連桿上的三個(gè)高應力區域。連桿的工作條件要求連桿具有較高的強度和抗疲勞性能；又要求具有足夠的鋼性和韌性。合金鋼雖具有很高強度，但對應力集中很敏感。所以，在連桿外形、過(guò)度圓角等方面需嚴格要求，還應注意表面加工質(zhì)量以提高疲勞強度，否則高強度合金鋼的應用并不能達到預期效果。連桿螺栓承受很大的交變載荷，是運動(dòng)機構中受力情況最嚴重的零件。它要有足夠的抗拉強度和抗疲勞性，因此在選材、制造包括過(guò)渡圓角和粗糙度、檢修裝配都不可掉以輕心。
五、連桿螺栓斷裂的原因
?。?）螺栓頭部、螺母與連桿上的支承面沒(méi)垂直貼合緊密。
?。?）螺母沒(méi)有擰緊，止退措施失效。
?。?）螺栓應力集中的敏感部位精度不夠，如螺紋、退刀槽、過(guò)渡圓角、大小頭孔平行度等。
?。?）螺栓疲勞或接近疲勞又受附加力的沖擊造成斷裂。
?。?）與軸瓦、銅套的配合間隙不當，出現偏磨、燒研。
?。?）連桿油路堵塞，不過(guò)油。
根據當時(shí)檢修情況，連桿螺栓與連桿接觸支撐面均用油石研磨，可以排除（1）項因素；
連桿螺母均采用隨機扭矩扳手統一上緊，力矩相同，可以排除（2）項因素；
本機所有連桿螺栓拆檢后清洗檢查，加工精度較高，沒(méi)有異常缺陷，可以排除（3）項因素；
檢查本機運動(dòng)機構潤滑系統：本機的運動(dòng)機構（曲軸、連桿、十字頭等）采用強制潤滑。整個(gè)潤滑油系統由軸頭泵和稀油站及管路組成。稀油站由輔油泵、雙聯(lián)過(guò)濾器、冷卻器、安全閥及溢流閥等組成。潤滑油由機身內的進(jìn)油管進(jìn)入各軸承蓋，經(jīng)過(guò)主軸承潤滑主軸頸并進(jìn)入曲軸上的油孔，經(jīng)過(guò)連桿體內油孔流向十字頭銷(xiāo)并潤滑十字頭滑板，油系統通暢，可以排除（6）項因素；
檢查檢修記錄，連桿大頭瓦間隙在技術(shù)要求范圍內，排除（5）項因素；
檢查開(kāi)車(chē)程序，開(kāi)機前先啟動(dòng)輔助油泵潤滑各摩擦部位，當油壓＞0.25MPa(G)，壓縮機主電機可以啟動(dòng)。壓縮機工作中，如果油壓≥0.4MPa(G)時(shí)報警手動(dòng)停輔助油泵，油壓≤0.25MPa(G)時(shí)報警啟動(dòng)輔助油泵，油壓≤0.15MPa(G)時(shí)主電機立即停機，以保證摩擦部位不至于因無(wú)潤滑油而損壞，油壓可通過(guò)稀油站上的自立式調節閥進(jìn)行調整，油泵的供油壓力應為0.35～0.4MPa(G)。機身內的油位高度可以從機身上的油位指示器上觀(guān)察，最高油位應不至于接觸曲軸、連桿；最低油位應保證吸油口不露出油面，本機機身油池最大注油量約為325升。本機油池采用恒溫電加熱器，當油溫≥0℃時(shí)允許開(kāi)輔助油泵，當油溫≥10℃時(shí)允許開(kāi)啟壓縮機。開(kāi)機程序符合廠(chǎng)家要求，油路運行正常，不會(huì )出現供油不足或中斷。
本機嚴格按照廠(chǎng)家要求，運動(dòng)部件潤滑油選用GB12691-90標準中規定的L-DAB 100壓縮機油
粘度 (40℃) 90～110mm2/S
閃點(diǎn) (開(kāi)口) ≥205℃
傾點(diǎn) ≤-9℃
查閱上次檢修記錄，與檢修描述，連桿兩根抗拉螺栓將其連接成一體，連桿大頭瓦為剖分式，瓦背材料為20號鋼，瓦面為軸承合金，兩端翻邊做軸向定位，大頭孔內側表面鑲有圓柱銷(xiāo)，用于大頭瓦徑向定位，防止軸瓦轉動(dòng)。連桿小頭及小頭襯套為整體式，襯套材料為錫青銅。連桿體內沿桿體軸向鉆有油孔，并與大小頭瓦背環(huán)槽連通，潤滑油經(jīng)環(huán)形槽并通過(guò)軸瓦上的徑向油孔實(shí)現對曲柄銷(xiāo)的潤滑。為確保連桿安全可靠地傳遞交變載荷，連桿螺栓緊固時(shí)，均采用扭矩扳手緊固，有足夠預緊力保證，其預緊力的大小通過(guò)測量連桿螺栓緊固后的伸長(cháng)量，達到技術(shù)要求。檢修時(shí)時(shí)采用的是隨機所帶的螺栓伸長(cháng)量測量專(zhuān)用工具進(jìn)行測定，在檢修螺栓緊固上沒(méi)有問(wèn)題。查閱廠(chǎng)家技術(shù)規范，在連桿使用周期有要求，連桿螺栓工作時(shí)間累積超過(guò)16000小時(shí)，必須報廢更換。但本機組運行周期已經(jīng)超過(guò)四年，雖經(jīng)過(guò)一次大修，但未按照廠(chǎng)家要求，到周期未更換連桿螺栓，認為經(jīng)過(guò)著(zhù)色探傷沒(méi)有問(wèn)題，就超期使用。
通過(guò)對螺栓的斷口形貌進(jìn)行了分析，對其化學(xué)成分，顯微組織和硬度等進(jìn)行了理化分析。斷裂連桿螺栓的組織分布不均勻，夾雜物較多，力學(xué)性能下降，在交變載荷作用下，最終發(fā)生早期疲勞失效。通過(guò)金相組織、掃描電鏡等的檢驗分析，結果表明，在交變載荷的作用下，該壓縮機的一根連桿螺栓首先疲勞斷裂；隨之另一根連桿螺栓因過(guò)載而被拉滑扣，最終導致軸瓦燒壞。
六、壓縮機維護注意事項
通過(guò)本次連桿螺栓斷裂暴露出往復式壓縮機核心易損件到期必須進(jìn)行更換的問(wèn)題的嚴肅性，最終經(jīng)各級部門(mén)討論，優(yōu)化了機組檢修方案。
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文/洛陽(yáng)石化三隆公司動(dòng)設備 孫應輝
一、引言
往復式壓縮機的連桿組由連桿體、連桿大頭蓋、連桿小頭襯套、連桿大頭軸瓦和連桿螺栓（或螺釘）等組成。連桿組承受活塞銷(xiāo)傳來(lái)的氣體作用力及其本身擺動(dòng)和活塞組往復慣性力的作用，這些力的大小和方向都是周期性變化的。因此連桿受到壓縮、拉伸等交變載荷作用。連桿必須有足夠的疲勞強度和結構剛度。疲勞強度不足，往往會(huì )造成連桿體或連桿螺栓斷裂，進(jìn)而產(chǎn)生整機破壞的重大事故。若剛度不足，則會(huì )造成桿體彎曲變形及連桿大頭的失圓變形，導致活塞、汽缸、軸承和曲柄銷(xiāo)等的偏磨，造成壓縮機嚴重損壞。
二、機組概述
柴油加氫裝置VPSA解析氣壓縮機K-302A/B由國內某公司生產(chǎn)，型號為4M20-198/0.1-6.5，兩級對稱(chēng)雙吸雙排平衡型往復式氣體壓縮機。機組設置兩個(gè)強制潤滑系統：一是傳動(dòng)部分（曲軸、十字頭）；二是工作部分（氣缸、填料函）潤滑系統。該機組的每個(gè)氣缸套和填料函都采用了循環(huán)軟化水冷卻系統。機組的所有吸氣閥均裝有氣量調節器，分為0%、50%、100%三個(gè)檔次。
壓縮機主要技術(shù)規范：
VPSA解析氣壓縮機抽氣能力為11000Nm3/h，進(jìn)口壓0.01MPa(G)，出口壓力0.65MPa(G)。
壓縮機
?。?）流量 11000Nm3/min
?。?）前一級吸氣壓力 0.01MPa(G)
后一級吸氣壓力 0.01MPa(G)
?。?）前一級排氣壓力 0.18MPa(G)
后一級排氣壓力 0.18MPa(G)
?。?）前二級吸氣壓力 0.18MPa(G)
后二級吸氣壓力 0.18MPa(G)
?。?）前二級排氣壓力 0.65MPa(G)
后二級排氣壓力 0.65MPa(G)
?。?）前一級吸氣溫度 40℃
后一級吸氣溫度 40℃
?。?）前一級排氣溫度 107℃
后一級排氣溫度 107℃
?。?）前二級吸氣溫度 40℃
后二級吸氣溫度 40℃
?。?）前二級排氣溫度 112℃
后二級排氣溫度 112℃
?。?0）各級缸徑 910/585 mm
?。?1）活塞行程 280mm
?。?2）曲軸轉速 375r/min
主電機
?。?）型式 增安型三相異步電動(dòng)機
?。?）額定功率 1250kW
?。?）額定電壓 10000V
?。?）額定電流 125.3A
?。?）轉速（額定轉速） 375r/min
三、連桿斷裂故障描述
2020年12月11日15∶18時(shí)，柴油加氫裝置解析氣壓縮機K-302A在切機運行過(guò)程中，突然出現機組振動(dòng)，隨即曲軸箱振動(dòng)探頭聯(lián)鎖停機，運行人員在現場(chǎng)觀(guān)察到曲軸箱有冒煙現象。在緊急切機后，具備檢修條件，維護人員打開(kāi)曲軸箱蓋，發(fā)現后一級連桿螺栓已斷裂，另一條滑扣螺母與桿粘死，連桿大頭瓦巴士合金脫層燒熔。最終用角磨機切斷粘死螺栓才將連桿取出。
四、分析檢查
通常我們認為，連桿的主要損壞形式是疲勞斷裂和過(guò)量變形。通常疲勞斷裂的部位是在連桿上的三個(gè)高應力區域。連桿的工作條件要求連桿具有較高的強度和抗疲勞性能；又要求具有足夠的鋼性和韌性。合金鋼雖具有很高強度，但對應力集中很敏感。所以，在連桿外形、過(guò)度圓角等方面需嚴格要求，還應注意表面加工質(zhì)量以提高疲勞強度，否則高強度合金鋼的應用并不能達到預期效果。連桿螺栓承受很大的交變載荷，是運動(dòng)機構中受力情況最嚴重的零件。它要有足夠的抗拉強度和抗疲勞性，因此在選材、制造包括過(guò)渡圓角和粗糙度、檢修裝配都不可掉以輕心。
五、連桿螺栓斷裂的原因
?。?）螺栓頭部、螺母與連桿上的支承面沒(méi)垂直貼合緊密。
?。?）螺母沒(méi)有擰緊，止退措施失效。
?。?）螺栓應力集中的敏感部位精度不夠，如螺紋、退刀槽、過(guò)渡圓角、大小頭孔平行度等。
?。?）螺栓疲勞或接近疲勞又受附加力的沖擊造成斷裂。
?。?）與軸瓦、銅套的配合間隙不當，出現偏磨、燒研。
?。?）連桿油路堵塞，不過(guò)油。
根據當時(shí)檢修情況，連桿螺栓與連桿接觸支撐面均用油石研磨，可以排除（1）項因素；
連桿螺母均采用隨機扭矩扳手統一上緊，力矩相同，可以排除（2）項因素；
本機所有連桿螺栓拆檢后清洗檢查，加工精度較高，沒(méi)有異常缺陷，可以排除（3）項因素；
檢查本機運動(dòng)機構潤滑系統：本機的運動(dòng)機構（曲軸、連桿、十字頭等）采用強制潤滑。整個(gè)潤滑油系統由軸頭泵和稀油站及管路組成。稀油站由輔油泵、雙聯(lián)過(guò)濾器、冷卻器、安全閥及溢流閥等組成。潤滑油由機身內的進(jìn)油管進(jìn)入各軸承蓋，經(jīng)過(guò)主軸承潤滑主軸頸并進(jìn)入曲軸上的油孔，經(jīng)過(guò)連桿體內油孔流向十字頭銷(xiāo)并潤滑十字頭滑板，油系統通暢，可以排除（6）項因素；
檢查檢修記錄，連桿大頭瓦間隙在技術(shù)要求范圍內，排除（5）項因素；
檢查開(kāi)車(chē)程序，開(kāi)機前先啟動(dòng)輔助油泵潤滑各摩擦部位，當油壓＞0.25MPa(G)，壓縮機主電機可以啟動(dòng)。壓縮機工作中，如果油壓≥0.4MPa(G)時(shí)報警手動(dòng)停輔助油泵，油壓≤0.25MPa(G)時(shí)報警啟動(dòng)輔助油泵，油壓≤0.15MPa(G)時(shí)主電機立即停機，以保證摩擦部位不至于因無(wú)潤滑油而損壞，油壓可通過(guò)稀油站上的自立式調節閥進(jìn)行調整，油泵的供油壓力應為0.35～0.4MPa(G)。機身內的油位高度可以從機身上的油位指示器上觀(guān)察，最高油位應不至于接觸曲軸、連桿；最低油位應保證吸油口不露出油面，本機機身油池最大注油量約為325升。本機油池采用恒溫電加熱器，當油溫≥0℃時(shí)允許開(kāi)輔助油泵，當油溫≥10℃時(shí)允許開(kāi)啟壓縮機。開(kāi)機程序符合廠(chǎng)家要求，油路運行正常，不會(huì )出現供油不足或中斷。
本機嚴格按照廠(chǎng)家要求，運動(dòng)部件潤滑油選用GB12691-90標準中規定的L-DAB 100壓縮機油
粘度 (40℃) 90～110mm2/S
閃點(diǎn) (開(kāi)口) ≥205℃
傾點(diǎn) ≤-9℃
查閱上次檢修記錄，與檢修描述，連桿兩根抗拉螺栓將其連接成一體，連桿大頭瓦為剖分式，瓦背材料為20號鋼，瓦面為軸承合金，兩端翻邊做軸向定位，大頭孔內側表面鑲有圓柱銷(xiāo)，用于大頭瓦徑向定位，防止軸瓦轉動(dòng)。連桿小頭及小頭襯套為整體式，襯套材料為錫青銅。連桿體內沿桿體軸向鉆有油孔，并與大小頭瓦背環(huán)槽連通，潤滑油經(jīng)環(huán)形槽并通過(guò)軸瓦上的徑向油孔實(shí)現對曲柄銷(xiāo)的潤滑。為確保連桿安全可靠地傳遞交變載荷，連桿螺栓緊固時(shí)，均采用扭矩扳手緊固，有足夠預緊力保證，其預緊力的大小通過(guò)測量連桿螺栓緊固后的伸長(cháng)量，達到技術(shù)要求。檢修時(shí)時(shí)采用的是隨機所帶的螺栓伸長(cháng)量測量專(zhuān)用工具進(jìn)行測定，在檢修螺栓緊固上沒(méi)有問(wèn)題。查閱廠(chǎng)家技術(shù)規范，在連桿使用周期有要求，連桿螺栓工作時(shí)間累積超過(guò)16000小時(shí)，必須報廢更換。但本機組運行周期已經(jīng)超過(guò)四年，雖經(jīng)過(guò)一次大修，但未按照廠(chǎng)家要求，到周期未更換連桿螺栓，認為經(jīng)過(guò)著(zhù)色探傷沒(méi)有問(wèn)題，就超期使用。
通過(guò)對螺栓的斷口形貌進(jìn)行了分析，對其化學(xué)成分，顯微組織和硬度等進(jìn)行了理化分析。斷裂連桿螺栓的組織分布不均勻，夾雜物較多，力學(xué)性能下降，在交變載荷作用下，最終發(fā)生早期疲勞失效。通過(guò)金相組織、掃描電鏡等的檢驗分析，結果表明，在交變載荷的作用下，該壓縮機的一根連桿螺栓首先疲勞斷裂；隨之另一根連桿螺栓因過(guò)載而被拉滑扣，最終導致軸瓦燒壞。
六、壓縮機維護注意事項
通過(guò)本次連桿螺栓斷裂暴露出往復式壓縮機核心易損件到期必須進(jìn)行更換的問(wèn)題的嚴肅性，最終經(jīng)各級部門(mén)討論，優(yōu)化了機組檢修方案。
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