溫差應(yīng)力在活塞式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)安裝中的影響

葉帥+馬天驕

摘 要：分析溫差應(yīng)力在活塞式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)安裝中的影響，并指出溫差應(yīng)力是造成活塞式壓縮機(jī)主軸瓦燒研、機(jī)組振動(dòng)的重要原因。提出了預(yù)防溫差應(yīng)力引發(fā)事故的措施。

關(guān)鍵詞：活塞式壓縮機(jī) 溫差應(yīng)力 影響

中圖分類(lèi)號(hào)：TH45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）04（c）-0071-02

活塞式壓縮機(jī)，在安裝調(diào)試過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生如下情況：一臺(tái)安裝完成的壓縮機(jī)，在進(jìn)行空負(fù)荷試車(chē)時(shí)發(fā)生主軸瓦燒研事故；或者一臺(tái)經(jīng)過(guò)空負(fù)荷試車(chē)且運(yùn)行良好的壓縮機(jī)，在投入負(fù)荷試車(chē)不久后就出現(xiàn)了主軸瓦、定位環(huán)燒研事故。但是在檢查壓縮機(jī)曲軸、主軸瓦、定位環(huán)等零件，其尺寸規(guī)格均符合圖紙的要求；曲軸與軸瓦之間的徑向間隙和軸向間隙值也都符合技術(shù)條件的要求；壓縮機(jī)的潤(rùn)滑油系統(tǒng)和潤(rùn)滑油脂也都不存在問(wèn)題。此時(shí)往往大家因找不到事故原因而感到茫然，束手無(wú)策。但是，實(shí)際上往往是因?yàn)樵诎惭b過(guò)程中忽視了溫差應(yīng)力（也稱(chēng)溫度應(yīng)力）的影響造成的。本文擬對(duì)溫差應(yīng)力對(duì)活塞式壓縮機(jī)的主機(jī)、輔機(jī)的影響做出必要的分析，從而引起廣大用戶在壓縮機(jī)安裝時(shí)對(duì)溫度應(yīng)力的重視，使得壓縮機(jī)能夠順利安全的投入生產(chǎn)工藝流程，確保壓縮機(jī)的正常使用。

1 大中型活塞式傳動(dòng)的連接方式

通常大中型活塞式壓縮機(jī)是由用電動(dòng)機(jī)或柴油發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力的。壓縮機(jī)曲軸與電動(dòng)機(jī)（或柴油發(fā)動(dòng)機(jī)）軸均采用剛性結(jié)構(gòu)聯(lián)接，其形式有三種：

（1）采用鍵傳遞扭矩形式：壓縮機(jī)曲軸聯(lián)軸器和電機(jī)聯(lián)軸器采用定位盤(pán)聯(lián)接，以保證倆軸的同軸度，而壓縮機(jī)軸與電機(jī)軸各帶一個(gè)鍵與聯(lián)軸器相聯(lián)接，用以傳遞扭矩。（見(jiàn)圖1）

（2）采用摩擦力傳遞扭矩形式：壓縮機(jī)曲軸和電機(jī)軸軸伸端均為法蘭式結(jié)構(gòu)，利用螺栓、螺母將兩個(gè)法蘭、定位環(huán)等緊固在一起。通過(guò)預(yù)緊力，使得連個(gè)法蘭盤(pán)與定位環(huán)之間產(chǎn)生法向的摩擦力，從而傳遞扭矩。（見(jiàn)圖2）

（3）采用摩擦力和鍵混合傳遞扭矩形式：壓縮機(jī)曲軸與電機(jī)軸分別采用法蘭和鍵的聯(lián)接形式，采用混合形式傳遞扭矩。（見(jiàn)圖3）

2 D型、M型和T型壓縮機(jī)

D、M、T型是大型活塞式壓縮機(jī)機(jī)型。這些壓縮機(jī)與驅(qū)動(dòng)設(shè)備均采用以上三種聯(lián)接結(jié)構(gòu)。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，無(wú)論是壓縮機(jī)或是驅(qū)動(dòng)機(jī)都存在機(jī)械摩擦問(wèn)題，而摩擦的過(guò)程就會(huì)伴隨著熱量的產(chǎn)生，摩擦熱使得壓縮機(jī)曲軸和電機(jī)軸因溫度升高而伸長(zhǎng)。假定壓縮機(jī)主電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁力中心線不變，如果在機(jī)組安裝時(shí)忽略了溫度變化產(chǎn)生的應(yīng)力（即溫差應(yīng)力），壓縮機(jī)曲軸定位環(huán)處的軸向間隙選取不當(dāng)，壓縮機(jī)主軸瓦定位環(huán)處將會(huì)產(chǎn)生軸向推力，造成燒研事故。過(guò)去在分析壓縮機(jī)定位瓦轉(zhuǎn)動(dòng)、燒研事故時(shí)對(duì)那些因制造缺陷而造成事故的能得到解釋?zhuān)鴮?duì)那些各個(gè)零件都符合設(shè)計(jì)要求的燒研事故卻找不出原因。而實(shí)際上這正是由于上述原因造成的。

為了避免溫差應(yīng)力造成的壓縮機(jī)事故的發(fā)生，就不同的壓縮機(jī)與電機(jī)的聯(lián)接方式在安裝時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)做以下說(shuō)明：

對(duì)于第一種鍵傳動(dòng)扭矩的壓縮機(jī)。夏季安裝時(shí)，壓縮機(jī)曲軸定位環(huán)除的間隙值δ1=δ2，即電機(jī)的轉(zhuǎn)子處于正中位置電機(jī)軸與聯(lián)軸器斷面處可預(yù)留0.5 mm間隙值。此時(shí)，壓縮機(jī)曲軸與定位環(huán)的間隙和電動(dòng)機(jī)與軸瓦間隙之和大于溫差應(yīng)力產(chǎn)生的伸長(zhǎng)量，因此不會(huì)發(fā)生燒研事故。冬季安裝時(shí)，因室溫與機(jī)組工作溫度的溫差較大，所以在壓縮機(jī)組安裝時(shí)必須注意到溫差應(yīng)力所帶來(lái)的影響。電機(jī)轉(zhuǎn)子處于正中位置時(shí)（磁力中心線位置），壓縮機(jī)曲軸與定位環(huán)處的間隙值δ2=0.05 mm左右即可，電機(jī)軸與聯(lián)軸器端面處可預(yù)留1 mm左右間隙值，可有效的補(bǔ)償由于溫升帶來(lái)的軸的變化。其它季節(jié)安裝的壓縮機(jī)，可根據(jù)氣溫調(diào)整壓縮機(jī)曲軸與定位環(huán)的間隙。通?？筛鶕?jù)下述經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算：

曲軸伸長(zhǎng)量：δ=αLΔt （mm）

式中：α為材料的線性膨脹系數(shù)1/°C；L為曲軸定位瓦中心到壓縮機(jī)機(jī)身殼體內(nèi)壁距離mm；Δt為溫度差值°C。

采用第二種摩擦力傳動(dòng)扭矩的壓縮機(jī)，因?yàn)殡姍C(jī)的軸伸端是一個(gè)鍛造的整體，沒(méi)有補(bǔ)償?shù)腁端面的存在，因此，安裝時(shí)更應(yīng)引起注意。其計(jì)算方法與上文提到的基本相同，但是間隙值應(yīng)嚴(yán)格控制，因?yàn)殡姍C(jī)軸沒(méi)有伸長(zhǎng)量的補(bǔ)償措施，壓縮機(jī)和電機(jī)軸的伸長(zhǎng)量全部由壓縮機(jī)定位環(huán)處的間隙來(lái)調(diào)整，如果計(jì)算的伸長(zhǎng)量較大時(shí)，該處的間隙值可以適當(dāng)?shù)募哟笠稽c(diǎn)。從以往發(fā)生的壓縮機(jī)軸瓦研燒事故來(lái)看，絕大數(shù)是的定位環(huán)是靠近電機(jī)側(cè)的端面燒研較為嚴(yán)重，這說(shuō)明受溫差應(yīng)力的曲軸的伸長(zhǎng)量，超過(guò)了定位環(huán)處曲軸的間隙值δ2。其解決的辦法是：拆下聯(lián)軸器的定位盤(pán)，對(duì)定位盤(pán)聯(lián)接面進(jìn)行磨削加工，調(diào)整間隙到適值。

采用第三種混合傳遞扭矩驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)，間隙值的調(diào)整方法同上。

3 溫差應(yīng)力對(duì)壓縮機(jī)輔機(jī)設(shè)備的影響及防范措施

壓縮機(jī)所配套的輔機(jī)設(shè)備一般包括：緩沖器、氣液分離器、冷卻器。由該部分設(shè)備屬于靜態(tài)設(shè)備，所以人們往往容易忽略溫差應(yīng)力對(duì)其造成的危害影響。

緩沖器：為減少氣流的脈動(dòng)沖擊，調(diào)高氣閥的使用壽命，壓縮機(jī)氣缸的進(jìn)排氣口，一般都會(huì)設(shè)有緩沖器。一般分為球形和筒形，而筒形緩沖器根據(jù)布置形式一般分為立式緩沖器和臥式緩沖器。

下面就讓我們說(shuō)說(shuō)溫差應(yīng)力對(duì)于幾種常見(jiàn)的安裝形式的緩沖器的影響。

（1）懸掛式：懸掛式配置的緩沖器即沒(méi)有支座的緩沖器在安裝時(shí)，不必考慮溫差應(yīng)力的影響。

（2）臥式筒形緩沖器：該種緩沖器在安裝時(shí)可分為鞍式支座和楔形塊支座兩種形式。采用鞍式支座的緩沖器，在安裝時(shí)，應(yīng)注意將緩沖橡膠墊裝好，不要遺漏，因?yàn)樵搲|能有效的吸收溫度變化而產(chǎn)生的溫差應(yīng)力。而當(dāng)緩沖器筒體直徑較大時(shí)，通常采用楔形支座（見(jiàn)圖4）。這種形式的支座，在安裝時(shí)一定要注意到安裝緊固順序，千萬(wàn)不要在初始安裝時(shí)將調(diào)整螺母緊固好，應(yīng)在壓縮機(jī)正常運(yùn)行后（壓力、溫度的參數(shù)均處于穩(wěn)定狀態(tài)）再進(jìn)行調(diào)整螺母的緊固，使得支座上的與筒體外壁緊密貼合。如果在壓縮機(jī)初始安裝時(shí)就將該螺母緊固完成的話，在壓縮機(jī)運(yùn)行后，隨著壓縮機(jī)排氣壓力的提升，其排氣溫度也一定會(huì)上升，筒體此時(shí)就會(huì)膨脹，由于調(diào)整螺母已經(jīng)緊固完成，支座無(wú)法進(jìn)行自我補(bǔ)償，膨脹量就會(huì)將壓縮機(jī)的氣缸抬高，活塞運(yùn)行的中心線就會(huì)發(fā)生偏移，壓縮機(jī)回產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，這就是為什么一臺(tái)經(jīng)過(guò)空負(fù)荷試車(chē)且運(yùn)行良好的壓縮機(jī)，在投入負(fù)荷試車(chē)振動(dòng)的一個(gè)重要原因。

（3）立式筒形緩沖器：這種形式的緩沖器一般在筒體上設(shè)置了膨脹節(jié)，或者在筒體下部采用彈性支座。安裝時(shí)應(yīng)注意調(diào)整好緩沖器的高度，不應(yīng)讓緩沖器安裝時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力，讓緩沖器處于自然的狀態(tài)，利用氣缸支承進(jìn)行高度調(diào)整，使得氣缸出氣口與緩沖器口進(jìn)行自然對(duì)接。這樣在壓縮機(jī)運(yùn)行溫度升高后，筒體的伸長(zhǎng)量才會(huì)被彈性支承或膨脹節(jié)吸收，使得氣缸的中心線不發(fā)生變化，保證機(jī)組的正常平穩(wěn)運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

壓縮機(jī)在石化、化工、煉化等諸多領(lǐng)域均屬于核心的動(dòng)力熱備，壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)往往關(guān)乎到整個(gè)工藝流程。所以壓縮機(jī)的安全平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)就顯得猶豫重要了，希望上文中提到的溫差應(yīng)力對(duì)壓縮機(jī)的影響能到得到廣泛的重視，也希望文中提到的措施能夠有效的減少溫差應(yīng)力所帶來(lái)的危害。

參考文獻(xiàn)

[1] 郁永章.容積式壓縮機(jī)手冊(cè)[M].北京：機(jī)型工業(yè)出版社，2000.

[2] 余國(guó)琮.化工機(jī)型工程手冊(cè)（中冊(cè)）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

[3] 郁永章.壓縮機(jī)工程手冊(cè)[M].北京：中國(guó)石化出版社，2011.endprint

摘 要：分析溫差應(yīng)力在活塞式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)安裝中的影響，并指出溫差應(yīng)力是造成活塞式壓縮機(jī)主軸瓦燒研、機(jī)組振動(dòng)的重要原因。提出了預(yù)防溫差應(yīng)力引發(fā)事故的措施。

關(guān)鍵詞：活塞式壓縮機(jī) 溫差應(yīng)力 影響

中圖分類(lèi)號(hào)：TH45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）04（c）-0071-02

活塞式壓縮機(jī)，在安裝調(diào)試過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生如下情況：一臺(tái)安裝完成的壓縮機(jī)，在進(jìn)行空負(fù)荷試車(chē)時(shí)發(fā)生主軸瓦燒研事故；或者一臺(tái)經(jīng)過(guò)空負(fù)荷試車(chē)且運(yùn)行良好的壓縮機(jī)，在投入負(fù)荷試車(chē)不久后就出現(xiàn)了主軸瓦、定位環(huán)燒研事故。但是在檢查壓縮機(jī)曲軸、主軸瓦、定位環(huán)等零件，其尺寸規(guī)格均符合圖紙的要求；曲軸與軸瓦之間的徑向間隙和軸向間隙值也都符合技術(shù)條件的要求；壓縮機(jī)的潤(rùn)滑油系統(tǒng)和潤(rùn)滑油脂也都不存在問(wèn)題。此時(shí)往往大家因找不到事故原因而感到茫然，束手無(wú)策。但是，實(shí)際上往往是因?yàn)樵诎惭b過(guò)程中忽視了溫差應(yīng)力（也稱(chēng)溫度應(yīng)力）的影響造成的。本文擬對(duì)溫差應(yīng)力對(duì)活塞式壓縮機(jī)的主機(jī)、輔機(jī)的影響做出必要的分析，從而引起廣大用戶在壓縮機(jī)安裝時(shí)對(duì)溫度應(yīng)力的重視，使得壓縮機(jī)能夠順利安全的投入生產(chǎn)工藝流程，確保壓縮機(jī)的正常使用。

1 大中型活塞式傳動(dòng)的連接方式

通常大中型活塞式壓縮機(jī)是由用電動(dòng)機(jī)或柴油發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力的。壓縮機(jī)曲軸與電動(dòng)機(jī)（或柴油發(fā)動(dòng)機(jī)）軸均采用剛性結(jié)構(gòu)聯(lián)接，其形式有三種：

（1）采用鍵傳遞扭矩形式：壓縮機(jī)曲軸聯(lián)軸器和電機(jī)聯(lián)軸器采用定位盤(pán)聯(lián)接，以保證倆軸的同軸度，而壓縮機(jī)軸與電機(jī)軸各帶一個(gè)鍵與聯(lián)軸器相聯(lián)接，用以傳遞扭矩。（見(jiàn)圖1）

（2）采用摩擦力傳遞扭矩形式：壓縮機(jī)曲軸和電機(jī)軸軸伸端均為法蘭式結(jié)構(gòu)，利用螺栓、螺母將兩個(gè)法蘭、定位環(huán)等緊固在一起。通過(guò)預(yù)緊力，使得連個(gè)法蘭盤(pán)與定位環(huán)之間產(chǎn)生法向的摩擦力，從而傳遞扭矩。（見(jiàn)圖2）

（3）采用摩擦力和鍵混合傳遞扭矩形式：壓縮機(jī)曲軸與電機(jī)軸分別采用法蘭和鍵的聯(lián)接形式，采用混合形式傳遞扭矩。（見(jiàn)圖3）

2 D型、M型和T型壓縮機(jī)

D、M、T型是大型活塞式壓縮機(jī)機(jī)型。這些壓縮機(jī)與驅(qū)動(dòng)設(shè)備均采用以上三種聯(lián)接結(jié)構(gòu)。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，無(wú)論是壓縮機(jī)或是驅(qū)動(dòng)機(jī)都存在機(jī)械摩擦問(wèn)題，而摩擦的過(guò)程就會(huì)伴隨著熱量的產(chǎn)生，摩擦熱使得壓縮機(jī)曲軸和電機(jī)軸因溫度升高而伸長(zhǎng)。假定壓縮機(jī)主電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁力中心線不變，如果在機(jī)組安裝時(shí)忽略了溫度變化產(chǎn)生的應(yīng)力（即溫差應(yīng)力），壓縮機(jī)曲軸定位環(huán)處的軸向間隙選取不當(dāng)，壓縮機(jī)主軸瓦定位環(huán)處將會(huì)產(chǎn)生軸向推力，造成燒研事故。過(guò)去在分析壓縮機(jī)定位瓦轉(zhuǎn)動(dòng)、燒研事故時(shí)對(duì)那些因制造缺陷而造成事故的能得到解釋?zhuān)鴮?duì)那些各個(gè)零件都符合設(shè)計(jì)要求的燒研事故卻找不出原因。而實(shí)際上這正是由于上述原因造成的。

為了避免溫差應(yīng)力造成的壓縮機(jī)事故的發(fā)生，就不同的壓縮機(jī)與電機(jī)的聯(lián)接方式在安裝時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)做以下說(shuō)明：

對(duì)于第一種鍵傳動(dòng)扭矩的壓縮機(jī)。夏季安裝時(shí)，壓縮機(jī)曲軸定位環(huán)除的間隙值δ1=δ2，即電機(jī)的轉(zhuǎn)子處于正中位置電機(jī)軸與聯(lián)軸器斷面處可預(yù)留0.5 mm間隙值。此時(shí)，壓縮機(jī)曲軸與定位環(huán)的間隙和電動(dòng)機(jī)與軸瓦間隙之和大于溫差應(yīng)力產(chǎn)生的伸長(zhǎng)量，因此不會(huì)發(fā)生燒研事故。冬季安裝時(shí)，因室溫與機(jī)組工作溫度的溫差較大，所以在壓縮機(jī)組安裝時(shí)必須注意到溫差應(yīng)力所帶來(lái)的影響。電機(jī)轉(zhuǎn)子處于正中位置時(shí)（磁力中心線位置），壓縮機(jī)曲軸與定位環(huán)處的間隙值δ2=0.05 mm左右即可，電機(jī)軸與聯(lián)軸器端面處可預(yù)留1 mm左右間隙值，可有效的補(bǔ)償由于溫升帶來(lái)的軸的變化。其它季節(jié)安裝的壓縮機(jī)，可根據(jù)氣溫調(diào)整壓縮機(jī)曲軸與定位環(huán)的間隙。通?？筛鶕?jù)下述經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算：

曲軸伸長(zhǎng)量：δ=αLΔt （mm）

式中：α為材料的線性膨脹系數(shù)1/°C；L為曲軸定位瓦中心到壓縮機(jī)機(jī)身殼體內(nèi)壁距離mm；Δt為溫度差值°C。

采用第二種摩擦力傳動(dòng)扭矩的壓縮機(jī)，因?yàn)殡姍C(jī)的軸伸端是一個(gè)鍛造的整體，沒(méi)有補(bǔ)償?shù)腁端面的存在，因此，安裝時(shí)更應(yīng)引起注意。其計(jì)算方法與上文提到的基本相同，但是間隙值應(yīng)嚴(yán)格控制，因?yàn)殡姍C(jī)軸沒(méi)有伸長(zhǎng)量的補(bǔ)償措施，壓縮機(jī)和電機(jī)軸的伸長(zhǎng)量全部由壓縮機(jī)定位環(huán)處的間隙來(lái)調(diào)整，如果計(jì)算的伸長(zhǎng)量較大時(shí)，該處的間隙值可以適當(dāng)?shù)募哟笠稽c(diǎn)。從以往發(fā)生的壓縮機(jī)軸瓦研燒事故來(lái)看，絕大數(shù)是的定位環(huán)是靠近電機(jī)側(cè)的端面燒研較為嚴(yán)重，這說(shuō)明受溫差應(yīng)力的曲軸的伸長(zhǎng)量，超過(guò)了定位環(huán)處曲軸的間隙值δ2。其解決的辦法是：拆下聯(lián)軸器的定位盤(pán)，對(duì)定位盤(pán)聯(lián)接面進(jìn)行磨削加工，調(diào)整間隙到適值。

采用第三種混合傳遞扭矩驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)，間隙值的調(diào)整方法同上。

3 溫差應(yīng)力對(duì)壓縮機(jī)輔機(jī)設(shè)備的影響及防范措施

壓縮機(jī)所配套的輔機(jī)設(shè)備一般包括：緩沖器、氣液分離器、冷卻器。由該部分設(shè)備屬于靜態(tài)設(shè)備，所以人們往往容易忽略溫差應(yīng)力對(duì)其造成的危害影響。

緩沖器：為減少氣流的脈動(dòng)沖擊，調(diào)高氣閥的使用壽命，壓縮機(jī)氣缸的進(jìn)排氣口，一般都會(huì)設(shè)有緩沖器。一般分為球形和筒形，而筒形緩沖器根據(jù)布置形式一般分為立式緩沖器和臥式緩沖器。

下面就讓我們說(shuō)說(shuō)溫差應(yīng)力對(duì)于幾種常見(jiàn)的安裝形式的緩沖器的影響。

（1）懸掛式：懸掛式配置的緩沖器即沒(méi)有支座的緩沖器在安裝時(shí)，不必考慮溫差應(yīng)力的影響。

（2）臥式筒形緩沖器：該種緩沖器在安裝時(shí)可分為鞍式支座和楔形塊支座兩種形式。采用鞍式支座的緩沖器，在安裝時(shí)，應(yīng)注意將緩沖橡膠墊裝好，不要遺漏，因?yàn)樵搲|能有效的吸收溫度變化而產(chǎn)生的溫差應(yīng)力。而當(dāng)緩沖器筒體直徑較大時(shí)，通常采用楔形支座（見(jiàn)圖4）。這種形式的支座，在安裝時(shí)一定要注意到安裝緊固順序，千萬(wàn)不要在初始安裝時(shí)將調(diào)整螺母緊固好，應(yīng)在壓縮機(jī)正常運(yùn)行后（壓力、溫度的參數(shù)均處于穩(wěn)定狀態(tài)）再進(jìn)行調(diào)整螺母的緊固，使得支座上的與筒體外壁緊密貼合。如果在壓縮機(jī)初始安裝時(shí)就將該螺母緊固完成的話，在壓縮機(jī)運(yùn)行后，隨著壓縮機(jī)排氣壓力的提升，其排氣溫度也一定會(huì)上升，筒體此時(shí)就會(huì)膨脹，由于調(diào)整螺母已經(jīng)緊固完成，支座無(wú)法進(jìn)行自我補(bǔ)償，膨脹量就會(huì)將壓縮機(jī)的氣缸抬高，活塞運(yùn)行的中心線就會(huì)發(fā)生偏移，壓縮機(jī)回產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，這就是為什么一臺(tái)經(jīng)過(guò)空負(fù)荷試車(chē)且運(yùn)行良好的壓縮機(jī)，在投入負(fù)荷試車(chē)振動(dòng)的一個(gè)重要原因。

（3）立式筒形緩沖器：這種形式的緩沖器一般在筒體上設(shè)置了膨脹節(jié)，或者在筒體下部采用彈性支座。安裝時(shí)應(yīng)注意調(diào)整好緩沖器的高度，不應(yīng)讓緩沖器安裝時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力，讓緩沖器處于自然的狀態(tài)，利用氣缸支承進(jìn)行高度調(diào)整，使得氣缸出氣口與緩沖器口進(jìn)行自然對(duì)接。這樣在壓縮機(jī)運(yùn)行溫度升高后，筒體的伸長(zhǎng)量才會(huì)被彈性支承或膨脹節(jié)吸收，使得氣缸的中心線不發(fā)生變化，保證機(jī)組的正常平穩(wěn)運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

壓縮機(jī)在石化、化工、煉化等諸多領(lǐng)域均屬于核心的動(dòng)力熱備，壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)往往關(guān)乎到整個(gè)工藝流程。所以壓縮機(jī)的安全平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)就顯得猶豫重要了，希望上文中提到的溫差應(yīng)力對(duì)壓縮機(jī)的影響能到得到廣泛的重視，也希望文中提到的措施能夠有效的減少溫差應(yīng)力所帶來(lái)的危害。

參考文獻(xiàn)

[1] 郁永章.容積式壓縮機(jī)手冊(cè)[M].北京：機(jī)型工業(yè)出版社，2000.

[2] 余國(guó)琮.化工機(jī)型工程手冊(cè)（中冊(cè)）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

[3] 郁永章.壓縮機(jī)工程手冊(cè)[M].北京：中國(guó)石化出版社，2011.endprint

摘 要：分析溫差應(yīng)力在活塞式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)安裝中的影響，并指出溫差應(yīng)力是造成活塞式壓縮機(jī)主軸瓦燒研、機(jī)組振動(dòng)的重要原因。提出了預(yù)防溫差應(yīng)力引發(fā)事故的措施。

關(guān)鍵詞：活塞式壓縮機(jī) 溫差應(yīng)力 影響

中圖分類(lèi)號(hào)：TH45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）04（c）-0071-02

活塞式壓縮機(jī)，在安裝調(diào)試過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生如下情況：一臺(tái)安裝完成的壓縮機(jī)，在進(jìn)行空負(fù)荷試車(chē)時(shí)發(fā)生主軸瓦燒研事故；或者一臺(tái)經(jīng)過(guò)空負(fù)荷試車(chē)且運(yùn)行良好的壓縮機(jī)，在投入負(fù)荷試車(chē)不久后就出現(xiàn)了主軸瓦、定位環(huán)燒研事故。但是在檢查壓縮機(jī)曲軸、主軸瓦、定位環(huán)等零件，其尺寸規(guī)格均符合圖紙的要求；曲軸與軸瓦之間的徑向間隙和軸向間隙值也都符合技術(shù)條件的要求；壓縮機(jī)的潤(rùn)滑油系統(tǒng)和潤(rùn)滑油脂也都不存在問(wèn)題。此時(shí)往往大家因找不到事故原因而感到茫然，束手無(wú)策。但是，實(shí)際上往往是因?yàn)樵诎惭b過(guò)程中忽視了溫差應(yīng)力（也稱(chēng)溫度應(yīng)力）的影響造成的。本文擬對(duì)溫差應(yīng)力對(duì)活塞式壓縮機(jī)的主機(jī)、輔機(jī)的影響做出必要的分析，從而引起廣大用戶在壓縮機(jī)安裝時(shí)對(duì)溫度應(yīng)力的重視，使得壓縮機(jī)能夠順利安全的投入生產(chǎn)工藝流程，確保壓縮機(jī)的正常使用。

1 大中型活塞式傳動(dòng)的連接方式

通常大中型活塞式壓縮機(jī)是由用電動(dòng)機(jī)或柴油發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力的。壓縮機(jī)曲軸與電動(dòng)機(jī)（或柴油發(fā)動(dòng)機(jī)）軸均采用剛性結(jié)構(gòu)聯(lián)接，其形式有三種：

（1）采用鍵傳遞扭矩形式：壓縮機(jī)曲軸聯(lián)軸器和電機(jī)聯(lián)軸器采用定位盤(pán)聯(lián)接，以保證倆軸的同軸度，而壓縮機(jī)軸與電機(jī)軸各帶一個(gè)鍵與聯(lián)軸器相聯(lián)接，用以傳遞扭矩。（見(jiàn)圖1）

（2）采用摩擦力傳遞扭矩形式：壓縮機(jī)曲軸和電機(jī)軸軸伸端均為法蘭式結(jié)構(gòu)，利用螺栓、螺母將兩個(gè)法蘭、定位環(huán)等緊固在一起。通過(guò)預(yù)緊力，使得連個(gè)法蘭盤(pán)與定位環(huán)之間產(chǎn)生法向的摩擦力，從而傳遞扭矩。（見(jiàn)圖2）

（3）采用摩擦力和鍵混合傳遞扭矩形式：壓縮機(jī)曲軸與電機(jī)軸分別采用法蘭和鍵的聯(lián)接形式，采用混合形式傳遞扭矩。（見(jiàn)圖3）

2 D型、M型和T型壓縮機(jī)

D、M、T型是大型活塞式壓縮機(jī)機(jī)型。這些壓縮機(jī)與驅(qū)動(dòng)設(shè)備均采用以上三種聯(lián)接結(jié)構(gòu)。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，無(wú)論是壓縮機(jī)或是驅(qū)動(dòng)機(jī)都存在機(jī)械摩擦問(wèn)題，而摩擦的過(guò)程就會(huì)伴隨著熱量的產(chǎn)生，摩擦熱使得壓縮機(jī)曲軸和電機(jī)軸因溫度升高而伸長(zhǎng)。假定壓縮機(jī)主電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁力中心線不變，如果在機(jī)組安裝時(shí)忽略了溫度變化產(chǎn)生的應(yīng)力（即溫差應(yīng)力），壓縮機(jī)曲軸定位環(huán)處的軸向間隙選取不當(dāng)，壓縮機(jī)主軸瓦定位環(huán)處將會(huì)產(chǎn)生軸向推力，造成燒研事故。過(guò)去在分析壓縮機(jī)定位瓦轉(zhuǎn)動(dòng)、燒研事故時(shí)對(duì)那些因制造缺陷而造成事故的能得到解釋?zhuān)鴮?duì)那些各個(gè)零件都符合設(shè)計(jì)要求的燒研事故卻找不出原因。而實(shí)際上這正是由于上述原因造成的。

為了避免溫差應(yīng)力造成的壓縮機(jī)事故的發(fā)生，就不同的壓縮機(jī)與電機(jī)的聯(lián)接方式在安裝時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)做以下說(shuō)明：

對(duì)于第一種鍵傳動(dòng)扭矩的壓縮機(jī)。夏季安裝時(shí)，壓縮機(jī)曲軸定位環(huán)除的間隙值δ1=δ2，即電機(jī)的轉(zhuǎn)子處于正中位置電機(jī)軸與聯(lián)軸器斷面處可預(yù)留0.5 mm間隙值。此時(shí)，壓縮機(jī)曲軸與定位環(huán)的間隙和電動(dòng)機(jī)與軸瓦間隙之和大于溫差應(yīng)力產(chǎn)生的伸長(zhǎng)量，因此不會(huì)發(fā)生燒研事故。冬季安裝時(shí)，因室溫與機(jī)組工作溫度的溫差較大，所以在壓縮機(jī)組安裝時(shí)必須注意到溫差應(yīng)力所帶來(lái)的影響。電機(jī)轉(zhuǎn)子處于正中位置時(shí)（磁力中心線位置），壓縮機(jī)曲軸與定位環(huán)處的間隙值δ2=0.05 mm左右即可，電機(jī)軸與聯(lián)軸器端面處可預(yù)留1 mm左右間隙值，可有效的補(bǔ)償由于溫升帶來(lái)的軸的變化。其它季節(jié)安裝的壓縮機(jī)，可根據(jù)氣溫調(diào)整壓縮機(jī)曲軸與定位環(huán)的間隙。通?？筛鶕?jù)下述經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算：

曲軸伸長(zhǎng)量：δ=αLΔt （mm）

式中：α為材料的線性膨脹系數(shù)1/°C；L為曲軸定位瓦中心到壓縮機(jī)機(jī)身殼體內(nèi)壁距離mm；Δt為溫度差值°C。

采用第二種摩擦力傳動(dòng)扭矩的壓縮機(jī)，因?yàn)殡姍C(jī)的軸伸端是一個(gè)鍛造的整體，沒(méi)有補(bǔ)償?shù)腁端面的存在，因此，安裝時(shí)更應(yīng)引起注意。其計(jì)算方法與上文提到的基本相同，但是間隙值應(yīng)嚴(yán)格控制，因?yàn)殡姍C(jī)軸沒(méi)有伸長(zhǎng)量的補(bǔ)償措施，壓縮機(jī)和電機(jī)軸的伸長(zhǎng)量全部由壓縮機(jī)定位環(huán)處的間隙來(lái)調(diào)整，如果計(jì)算的伸長(zhǎng)量較大時(shí)，該處的間隙值可以適當(dāng)?shù)募哟笠稽c(diǎn)。從以往發(fā)生的壓縮機(jī)軸瓦研燒事故來(lái)看，絕大數(shù)是的定位環(huán)是靠近電機(jī)側(cè)的端面燒研較為嚴(yán)重，這說(shuō)明受溫差應(yīng)力的曲軸的伸長(zhǎng)量，超過(guò)了定位環(huán)處曲軸的間隙值δ2。其解決的辦法是：拆下聯(lián)軸器的定位盤(pán)，對(duì)定位盤(pán)聯(lián)接面進(jìn)行磨削加工，調(diào)整間隙到適值。

采用第三種混合傳遞扭矩驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)，間隙值的調(diào)整方法同上。

3 溫差應(yīng)力對(duì)壓縮機(jī)輔機(jī)設(shè)備的影響及防范措施

壓縮機(jī)所配套的輔機(jī)設(shè)備一般包括：緩沖器、氣液分離器、冷卻器。由該部分設(shè)備屬于靜態(tài)設(shè)備，所以人們往往容易忽略溫差應(yīng)力對(duì)其造成的危害影響。

緩沖器：為減少氣流的脈動(dòng)沖擊，調(diào)高氣閥的使用壽命，壓縮機(jī)氣缸的進(jìn)排氣口，一般都會(huì)設(shè)有緩沖器。一般分為球形和筒形，而筒形緩沖器根據(jù)布置形式一般分為立式緩沖器和臥式緩沖器。

下面就讓我們說(shuō)說(shuō)溫差應(yīng)力對(duì)于幾種常見(jiàn)的安裝形式的緩沖器的影響。

（1）懸掛式：懸掛式配置的緩沖器即沒(méi)有支座的緩沖器在安裝時(shí)，不必考慮溫差應(yīng)力的影響。

（2）臥式筒形緩沖器：該種緩沖器在安裝時(shí)可分為鞍式支座和楔形塊支座兩種形式。采用鞍式支座的緩沖器，在安裝時(shí)，應(yīng)注意將緩沖橡膠墊裝好，不要遺漏，因?yàn)樵搲|能有效的吸收溫度變化而產(chǎn)生的溫差應(yīng)力。而當(dāng)緩沖器筒體直徑較大時(shí)，通常采用楔形支座（見(jiàn)圖4）。這種形式的支座，在安裝時(shí)一定要注意到安裝緊固順序，千萬(wàn)不要在初始安裝時(shí)將調(diào)整螺母緊固好，應(yīng)在壓縮機(jī)正常運(yùn)行后（壓力、溫度的參數(shù)均處于穩(wěn)定狀態(tài)）再進(jìn)行調(diào)整螺母的緊固，使得支座上的與筒體外壁緊密貼合。如果在壓縮機(jī)初始安裝時(shí)就將該螺母緊固完成的話，在壓縮機(jī)運(yùn)行后，隨著壓縮機(jī)排氣壓力的提升，其排氣溫度也一定會(huì)上升，筒體此時(shí)就會(huì)膨脹，由于調(diào)整螺母已經(jīng)緊固完成，支座無(wú)法進(jìn)行自我補(bǔ)償，膨脹量就會(huì)將壓縮機(jī)的氣缸抬高，活塞運(yùn)行的中心線就會(huì)發(fā)生偏移，壓縮機(jī)回產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，這就是為什么一臺(tái)經(jīng)過(guò)空負(fù)荷試車(chē)且運(yùn)行良好的壓縮機(jī)，在投入負(fù)荷試車(chē)振動(dòng)的一個(gè)重要原因。

（3）立式筒形緩沖器：這種形式的緩沖器一般在筒體上設(shè)置了膨脹節(jié)，或者在筒體下部采用彈性支座。安裝時(shí)應(yīng)注意調(diào)整好緩沖器的高度，不應(yīng)讓緩沖器安裝時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力，讓緩沖器處于自然的狀態(tài)，利用氣缸支承進(jìn)行高度調(diào)整，使得氣缸出氣口與緩沖器口進(jìn)行自然對(duì)接。這樣在壓縮機(jī)運(yùn)行溫度升高后，筒體的伸長(zhǎng)量才會(huì)被彈性支承或膨脹節(jié)吸收，使得氣缸的中心線不發(fā)生變化，保證機(jī)組的正常平穩(wěn)運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

壓縮機(jī)在石化、化工、煉化等諸多領(lǐng)域均屬于核心的動(dòng)力熱備，壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)往往關(guān)乎到整個(gè)工藝流程。所以壓縮機(jī)的安全平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)就顯得猶豫重要了，希望上文中提到的溫差應(yīng)力對(duì)壓縮機(jī)的影響能到得到廣泛的重視，也希望文中提到的措施能夠有效的減少溫差應(yīng)力所帶來(lái)的危害。

參考文獻(xiàn)

[1] 郁永章.容積式壓縮機(jī)手冊(cè)[M].北京：機(jī)型工業(yè)出版社，2000.

[2] 余國(guó)琮.化工機(jī)型工程手冊(cè)（中冊(cè)）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

[3] 郁永章.壓縮機(jī)工程手冊(cè)[M].北京：中國(guó)石化出版社，2011.endprint