【壓縮機網(wǎng)】摘要：某煉廠60萬噸/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程中發(fā)生斷裂失效。對螺栓的斷口形貌進行了分析，對其化學(xué)成分，顯微組織和硬度等進行了理化分析。發(fā)現(xiàn)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。通過金相組織、掃描電鏡等的檢驗分析，結(jié)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載而被拉滑扣且彎曲，大頭瓦巴氏合金卷層熔化。
文/洛陽石化三隆公司動設(shè)備 孫應(yīng)輝
一、引言
往復(fù)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。連桿組承受活塞銷傳來的氣體作用力及其本身擺動和活塞組往復(fù)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(jié)構(gòu)剛度。疲勞強度不足，往往會造成連桿體或連桿螺栓斷裂，進而產(chǎn)生整機破壞的重大事故。若剛度不足，則會造成桿體彎曲變形及連桿大頭的失圓變形，導(dǎo)致活塞、汽缸、軸承和曲柄銷等的偏磨，造成壓縮機嚴(yán)重?fù)p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(nèi)某公司生產(chǎn)，型號為4M20-198/0.1-6.5，兩級對稱雙吸雙排平衡型往復(fù)式氣體壓縮機。機組設(shè)置兩個強制潤滑系統(tǒng)：一是傳動部分（曲軸、十字頭）；二是工作部分（氣缸、填料函）潤滑系統(tǒng)。該機組的每個氣缸套和填料函都采用了循環(huán)軟化水冷卻系統(tǒng)。機組的所有吸氣閥均裝有氣量調(diào)節(jié)器，分為0%、50%、100%三個檔次。
壓縮機主要技術(shù)規(guī)范：
VPSA解析氣壓縮機抽氣能力為11000Nm3/h，進口壓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℃
（7）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(zhuǎn)速 375r/min
主電機
?。?）型式 增安型三相異步電動機
（2）額定功率 1250kW
?。?）額定電壓 10000V
（4）額定電流 125.3A
?。?）轉(zhuǎn)速（額定轉(zhuǎn)速） 375r/min
三、連桿斷裂故障描述
2020年12月11日15∶18時，柴油加氫裝置解析氣壓縮機K-302A在切機運行過程中，突然出現(xiàn)機組振動，隨即曲軸箱振動探頭聯(lián)鎖停機，運行人員在現(xiàn)場觀察到曲軸箱有冒煙現(xiàn)象。在緊急切機后，具備檢修條件，維護人員打開曲軸箱蓋，發(fā)現(xiàn)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(rèn)為，連桿的主要損壞形式是疲勞斷裂和過量變形。通常疲勞斷裂的部位是在連桿上的三個高應(yīng)力區(qū)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(yīng)力集中很敏感。所以，在連桿外形、過度圓角等方面需嚴(yán)格要求，還應(yīng)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(yīng)用并不能達到預(yù)期效果。連桿螺栓承受很大的交變載荷，是運動機構(gòu)中受力情況最嚴(yán)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垂直貼合緊密。
（2）螺母沒有擰緊，止退措施失效。
?。?）螺栓應(yīng)力集中的敏感部位精度不夠，如螺紋、退刀槽、過渡圓角、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(dāng)，出現(xiàn)偏磨、燒研。
?。?）連桿油路堵塞，不過油。
根據(jù)當(dāng)時檢修情況，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(tǒng)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，沒有異常缺陷，可以排除（3）項因素；
檢查本機運動機構(gòu)潤滑系統(tǒng)：本機的運動機構(gòu)（曲軸、連桿、十字頭等）采用強制潤滑。整個潤滑油系統(tǒng)由軸頭泵和稀油站及管路組成。稀油站由輔油泵、雙聯(lián)過濾器、冷卻器、安全閥及溢流閥等組成。潤滑油由機身內(nèi)的進油管進入各軸承蓋，經(jīng)過主軸承潤滑主軸頸并進入曲軸上的油孔，經(jīng)過連桿體內(nèi)油孔流向十字頭銷并潤滑十字頭滑板，油系統(tǒng)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(nèi)，排除（5）項因素；
檢查開車程序，開機前先啟動輔助油泵潤滑各摩擦部位，當(dāng)油壓＞0.25MPa(G)，壓縮機主電機可以啟動。壓縮機工作中，如果油壓≥0.4MPa(G)時報警手動停輔助油泵，油壓≤0.25MPa(G)時報警啟動輔助油泵，油壓≤0.15MPa(G)時主電機立即停機，以保證摩擦部位不至于因無潤滑油而損壞，油壓可通過稀油站上的自立式調(diào)節(jié)閥進行調(diào)整，油泵的供油壓力應(yīng)為0.35～0.4MPa(G)。機身內(nèi)的油位高度可以從機身上的油位指示器上觀察，最高油位應(yīng)不至于接觸曲軸、連桿；最低油位應(yīng)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(dāng)油溫≥0℃時允許開輔助油泵，當(dāng)油溫≥10℃時允許開啟壓縮機。開機程序符合廠家要求，油路運行正常，不會出現(xiàn)供油不足或中斷。
本機嚴(yán)格按照廠家要求，運動部件潤滑油選用GB12691-90標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的L-DAB 100壓縮機油
粘度 (40℃) 90～110mm2/S
閃點 (開口) ≥205℃
傾點 ≤-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(nèi)側(cè)表面鑲有圓柱銷，用于大頭瓦徑向定位，防止軸瓦轉(zhuǎn)動。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(nèi)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)形槽并通過軸瓦上的徑向油孔實現(xiàn)對曲柄銷的潤滑。為確保連桿安全可靠地傳遞交變載荷，連桿螺栓緊固時，均采用扭矩扳手緊固，有足夠預(yù)緊力保證，其預(yù)緊力的大小通過測量連桿螺栓緊固后的伸長量，達到技術(shù)要求。檢修時時采用的是隨機所帶的螺栓伸長量測量專用工具進行測定，在檢修螺栓緊固上沒有問題。查閱廠家技術(shù)規(guī)范，在連桿使用周期有要求，連桿螺栓工作時間累積超過16000小時，必須報廢更換。但本機組運行周期已經(jīng)超過四年，雖經(jīng)過一次大修，但未按照廠家要求，到周期未更換連桿螺栓，認(rèn)為經(jīng)過著色探傷沒有問題，就超期使用。
通過對螺栓的斷口形貌進行了分析，對其化學(xué)成分，顯微組織和硬度等進行了理化分析。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。通過金相組織、掃描電鏡等的檢驗分析，結(jié)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載而被拉滑扣，最終導(dǎo)致軸瓦燒壞。
六、壓縮機維護注意事項
通過本次連桿螺栓斷裂暴露出往復(fù)式壓縮機核心易損件到期必須進行更換的問題的嚴(yán)肅性，最終經(jīng)各級部門討論，優(yōu)化了機組檢修方案。
來源：本站原創(chuàng)
文/洛陽石化三隆公司動設(shè)備 孫應(yīng)輝
一、引言
往復(fù)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。連桿組承受活塞銷傳來的氣體作用力及其本身擺動和活塞組往復(fù)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(jié)構(gòu)剛度。疲勞強度不足，往往會造成連桿體或連桿螺栓斷裂，進而產(chǎn)生整機破壞的重大事故。若剛度不足，則會造成桿體彎曲變形及連桿大頭的失圓變形，導(dǎo)致活塞、汽缸、軸承和曲柄銷等的偏磨，造成壓縮機嚴(yán)重?fù)p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(nèi)某公司生產(chǎn)，型號為4M20-198/0.1-6.5，兩級對稱雙吸雙排平衡型往復(fù)式氣體壓縮機。機組設(shè)置兩個強制潤滑系統(tǒng)：一是傳動部分（曲軸、十字頭）；二是工作部分（氣缸、填料函）潤滑系統(tǒng)。該機組的每個氣缸套和填料函都采用了循環(huán)軟化水冷卻系統(tǒng)。機組的所有吸氣閥均裝有氣量調(diào)節(jié)器，分為0%、50%、100%三個檔次。
壓縮機主要技術(shù)規(guī)范：
VPSA解析氣壓縮機抽氣能力為11000Nm3/h，進口壓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℃
（7）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(zhuǎn)速 375r/min
主電機
?。?）型式 增安型三相異步電動機
（2）額定功率 1250kW
?。?）額定電壓 10000V
（4）額定電流 125.3A
?。?）轉(zhuǎn)速（額定轉(zhuǎn)速） 375r/min
三、連桿斷裂故障描述
2020年12月11日15∶18時，柴油加氫裝置解析氣壓縮機K-302A在切機運行過程中，突然出現(xiàn)機組振動，隨即曲軸箱振動探頭聯(lián)鎖停機，運行人員在現(xiàn)場觀察到曲軸箱有冒煙現(xiàn)象。在緊急切機后，具備檢修條件，維護人員打開曲軸箱蓋，發(fā)現(xiàn)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(rèn)為，連桿的主要損壞形式是疲勞斷裂和過量變形。通常疲勞斷裂的部位是在連桿上的三個高應(yīng)力區(qū)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(yīng)力集中很敏感。所以，在連桿外形、過度圓角等方面需嚴(yán)格要求，還應(yīng)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(yīng)用并不能達到預(yù)期效果。連桿螺栓承受很大的交變載荷，是運動機構(gòu)中受力情況最嚴(yán)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垂直貼合緊密。
（2）螺母沒有擰緊，止退措施失效。
?。?）螺栓應(yīng)力集中的敏感部位精度不夠，如螺紋、退刀槽、過渡圓角、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(dāng)，出現(xiàn)偏磨、燒研。
?。?）連桿油路堵塞，不過油。
根據(jù)當(dāng)時檢修情況，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(tǒng)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，沒有異常缺陷，可以排除（3）項因素；
檢查本機運動機構(gòu)潤滑系統(tǒng)：本機的運動機構(gòu)（曲軸、連桿、十字頭等）采用強制潤滑。整個潤滑油系統(tǒng)由軸頭泵和稀油站及管路組成。稀油站由輔油泵、雙聯(lián)過濾器、冷卻器、安全閥及溢流閥等組成。潤滑油由機身內(nèi)的進油管進入各軸承蓋，經(jīng)過主軸承潤滑主軸頸并進入曲軸上的油孔，經(jīng)過連桿體內(nèi)油孔流向十字頭銷并潤滑十字頭滑板，油系統(tǒng)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(nèi)，排除（5）項因素；
檢查開車程序，開機前先啟動輔助油泵潤滑各摩擦部位，當(dāng)油壓＞0.25MPa(G)，壓縮機主電機可以啟動。壓縮機工作中，如果油壓≥0.4MPa(G)時報警手動停輔助油泵，油壓≤0.25MPa(G)時報警啟動輔助油泵，油壓≤0.15MPa(G)時主電機立即停機，以保證摩擦部位不至于因無潤滑油而損壞，油壓可通過稀油站上的自立式調(diào)節(jié)閥進行調(diào)整，油泵的供油壓力應(yīng)為0.35～0.4MPa(G)。機身內(nèi)的油位高度可以從機身上的油位指示器上觀察，最高油位應(yīng)不至于接觸曲軸、連桿；最低油位應(yīng)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(dāng)油溫≥0℃時允許開輔助油泵，當(dāng)油溫≥10℃時允許開啟壓縮機。開機程序符合廠家要求，油路運行正常，不會出現(xiàn)供油不足或中斷。
本機嚴(yán)格按照廠家要求，運動部件潤滑油選用GB12691-90標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的L-DAB 100壓縮機油
粘度 (40℃) 90～110mm2/S
閃點 (開口) ≥205℃
傾點 ≤-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(nèi)側(cè)表面鑲有圓柱銷，用于大頭瓦徑向定位，防止軸瓦轉(zhuǎn)動。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(nèi)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)形槽并通過軸瓦上的徑向油孔實現(xiàn)對曲柄銷的潤滑。為確保連桿安全可靠地傳遞交變載荷，連桿螺栓緊固時，均采用扭矩扳手緊固，有足夠預(yù)緊力保證，其預(yù)緊力的大小通過測量連桿螺栓緊固后的伸長量，達到技術(shù)要求。檢修時時采用的是隨機所帶的螺栓伸長量測量專用工具進行測定，在檢修螺栓緊固上沒有問題。查閱廠家技術(shù)規(guī)范，在連桿使用周期有要求，連桿螺栓工作時間累積超過16000小時，必須報廢更換。但本機組運行周期已經(jīng)超過四年，雖經(jīng)過一次大修，但未按照廠家要求，到周期未更換連桿螺栓，認(rèn)為經(jīng)過著色探傷沒有問題，就超期使用。
通過對螺栓的斷口形貌進行了分析，對其化學(xué)成分，顯微組織和硬度等進行了理化分析。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。通過金相組織、掃描電鏡等的檢驗分析，結(jié)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載而被拉滑扣，最終導(dǎo)致軸瓦燒壞。
六、壓縮機維護注意事項
通過本次連桿螺栓斷裂暴露出往復(fù)式壓縮機核心易損件到期必須進行更換的問題的嚴(yán)肅性，最終經(jīng)各級部門討論，優(yōu)化了機組檢修方案。
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