儲氣庫壓縮機(jī)氣缸及活塞維修技術(shù)

郭精義，何黨聯(lián)，劉 凱，何林林，劉榮剛，夏虎峰

（1.蘭州天億石化設(shè)備維修技術(shù)有限公司，甘肅蘭州 730000；2.長慶油田公司第一采氣廠作業(yè)一區(qū)，陜西榆林 719000）

1 概述

在我國化工企業(yè)生產(chǎn)過程中，往復(fù)式活塞式壓縮機(jī)是最重要設(shè)備之一，但往復(fù)式活塞式壓縮機(jī)發(fā)生工作故障的幾率十分大，其中作為核心部件的缸體及活塞體是影響其使用壽命最關(guān)鍵的一對摩擦副[1-4]。對于高壓壓縮機(jī)，其氣缸無缸套設(shè)計，活塞也為整體鑄件，缸體及活塞的磨損，使其配合間隙增加，輕者導(dǎo)致缸體及活塞在使用期限之內(nèi)失去服役能力，嚴(yán)重情況使曲軸等發(fā)生嚴(yán)重磨損，從而使壓縮機(jī)不具備繼續(xù)使用條件，對企業(yè)的生產(chǎn)帶來較大的經(jīng)濟(jì)損失，同時更換成本較高[5]。

現(xiàn)階段維修技術(shù)中，不論缸體及活塞體磨損的程度大小，出現(xiàn)故障后，除更換新缸體和活塞外，現(xiàn)場維修手段無法恢復(fù)設(shè)備性能，造成設(shè)備零部件不能繼續(xù)在使用期限內(nèi)服役的現(xiàn)象，從而不能對資源更好地配置及利用。

本文通過對現(xiàn)有壓縮機(jī)維修技術(shù)的分析，針對雖然發(fā)生磨損，但經(jīng)過修復(fù)后仍然可以繼續(xù)服役的缸體及活塞，提出了一套完整的激光熔覆修復(fù)技術(shù)[6]，對缸體及活塞進(jìn)行維修，實際維修結(jié)果表明，修復(fù)后缸體及活塞的主要尺寸達(dá)到了出廠設(shè)計要求，能夠繼續(xù)服役。

2 維修技術(shù)實施

以長慶油田公司壓縮機(jī)維修為案例

2.1 尺寸測量

氣缸內(nèi)徑測量：通過百分表測量（圖1a）發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)氣缸內(nèi)徑磨損嚴(yán)重，其垂直磨損0.56mm，水平磨損0.72mm，外止點(diǎn)部位有部分磨損達(dá)到2mm。

活塞環(huán)槽測量：內(nèi)止點(diǎn)第一道環(huán)槽磨損量較大，用塞尺測量，最大側(cè)隙達(dá)到2.1mm，環(huán)槽上部比底部尺寸大，呈T 形開口狀，活塞環(huán)圓周方向磨損不均勻，其他各環(huán)槽間隙偏大，側(cè)隙0.3-0.5mm，周向呈現(xiàn)不均勻狀，數(shù)據(jù)對照見表1，活塞體支撐榫槽和密封環(huán)榫槽兩側(cè)均有磨損，所有榫槽呈上大下?。▓D1b），活塞桿示意圖如圖2 所示。從檢測數(shù)據(jù)來看，該氣缸和活塞磨損嚴(yán)重，以不具備繼續(xù)使用條件。

裝配止口面跳動測量：由于往復(fù)式壓縮機(jī)設(shè)計總則，缸體與壓縮機(jī)機(jī)體安裝完全是靠止扣面的定位來保證缸體的同心度，所以缸體與壓縮機(jī)箱體裝配止口面尺寸精度尤為重要，測量過程中發(fā)現(xiàn)，缸體與壓縮機(jī)箱體裝配止口面垂直度誤差超標(biāo)，上下跳動0.04mm，水平方向跳動0.08mm（圖1c）。

活塞桿彎曲跳動測量：活塞桿最大跳動0.02mm，位置在活塞桿中間部位，活塞桿無磨損，表面光潔度較好（圖1d）。

圖1 尺寸測量圖

圖2 活塞桿示意圖

表1 活塞桿測量數(shù)據(jù)對照

2.2 修復(fù)過程

1）缸體內(nèi)壁磨損修復(fù)。首先對缸體進(jìn)行清洗清理，制作缸體激光熔覆回裝工裝機(jī)具，定制小口徑缸體內(nèi)徑激光熔覆光頭，定制缸體內(nèi)徑激光熔覆焊接變位器，然后配置激光熔覆（合金）金屬粉末及焊機(jī)性能試驗，接著將缸體安裝到臥式鏜床進(jìn)行同心度找準(zhǔn)及車削加工，最后進(jìn)行缸體內(nèi)壁激光熔覆焊接及缸體內(nèi)徑精加工后珩磨，焊后整體消應(yīng)力處理后進(jìn)行修復(fù)檢查。

2）活塞體修復(fù)。首先對活塞外表面清洗清理及檢測，然后配置激光熔覆（合金）金屬粉末及焊機(jī)性能試驗，接著對活塞密封環(huán)榫槽進(jìn)行車削加工，榫槽底部激光熔覆，榫槽垂直兩側(cè)端面激光熔覆，最后進(jìn)行激光熔覆焊接后機(jī)加工及焊后整體消應(yīng)力處理，修復(fù)后檢驗檢測。

3）定位止扣面修復(fù)。缸體與壓縮機(jī)箱體裝配主要以定位止口面為基準(zhǔn)，止口面修復(fù)工序待缸體修復(fù)完成后進(jìn)行，操作過程是安裝平穩(wěn)固定后，通過臥式鏜床對定位止扣面進(jìn)行車削精加工，然后進(jìn)行尺寸測量。

3 原因分析及修復(fù)結(jié)果

3.1 造成磨損原因分析

1）缸體磨損原因。對于往復(fù)式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)而言，當(dāng)壓縮機(jī)裝配同心度有誤差時，在運(yùn)行中對缸體會產(chǎn)生嚴(yán)重磨損。在修復(fù)過程中發(fā)現(xiàn)，缸體安裝止扣面跳動嚴(yán)重超標(biāo)，達(dá)0.08mm，造成缸體與壓縮機(jī)活塞水平方向不同心，加上活塞環(huán)斷裂，使得高速往復(fù)運(yùn)動加速了缸體的磨損，另一方面原因是活塞環(huán)和支撐環(huán)損壞后沒有及時發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致脫落的碎渣堆積在密封環(huán)、支撐環(huán)和活塞之間，長期運(yùn)行造成缸體磨損[7]。

2）活塞磨損原因。分析活塞磨損原因：一方面是裝配過程中存在缺陷，缸體內(nèi)壁和活塞沒有清理干凈，活塞環(huán)裝配時沒有使用導(dǎo)向工裝，造成密封環(huán)與缸體擠壓變形或切邊，再者是活塞環(huán)運(yùn)輸、儲存中過程中有擠壓形成的缺陷，裝配前沒有進(jìn)行檢查及修理，導(dǎo)致安裝后活塞環(huán)不能自由彈起，造成運(yùn)行中加速磨損或斷裂。另一方面，活塞環(huán)、支撐環(huán)磨損后沒有及時更換，密封面在運(yùn)行中不能形成良好的密封，造成氣氣泄漏，長時間運(yùn)行，高壓高速氣流和脫落的顆粒對活塞環(huán)榫槽磨損嚴(yán)重[8]。

對比上述出現(xiàn)磨損原因可發(fā)現(xiàn)，除裝配誤差影響配件間磨損之外，運(yùn)行過程中產(chǎn)生的磨屑對配件也存在嚴(yán)重的磨粒磨損[9]，另一種原因是缸體及活塞本身材料屬性所造成的，如材料硬度值相差較小或一致等，容易引起兩種材料間的黏著磨損，使配件失效。

3.2 修復(fù)結(jié)果

缸體內(nèi)壁在臥式鏜床車削歸圓，采用硬度較高的Co 基合金粉對缸體內(nèi)壁進(jìn)行激光熔覆修復(fù)后，以缸體兩端止扣面為基準(zhǔn)，重新加工缸體和珩磨內(nèi)孔，珩磨后內(nèi)徑與出廠設(shè)計一致，公差小于0.02mm。缸體修復(fù)完成后，在臥式鏜床對定位止扣面進(jìn)行精加工，車削量為0.10mm，修復(fù)后止扣面與缸體垂直度誤差小于0.01mm。

為了使缸體與活塞摩擦副接觸面硬度有所差異，且能夠達(dá)到對缸體與活塞保護(hù)的目的，對活塞采用硬度較缸體低的Ni 基合金材料。缸體和活塞修復(fù)參數(shù)見表2。

所有榫槽寬度和表面光潔度符合設(shè)計要求。

從表2 可以看出，選用Co 基合金與Ni 基合金，通過激光熔覆技術(shù)對缸體和活塞修復(fù)之后，其硬度較原材料均有所改變，缸體表面硬度明顯增加，活塞表面硬度有所減小，兩種材料達(dá)到了明顯的硬度差，且熔覆層與母材結(jié)合力較大，能夠達(dá)到較好的耐磨損性能。

表2 缸體和活塞修復(fù)參數(shù)

4 結(jié)論

1）通過激光熔覆技術(shù)，選用不同硬度的合金粉對壓縮機(jī)缸體及活塞表面進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)前后其表面硬度有了明顯改善，缸體表面硬度從HRC32-36增加到HRC45-50，活塞表面硬度從HRC32-36 降低到HRC22-26，通過二者硬度不同，使摩擦副間更好地配合；

2）壓縮機(jī)缸體內(nèi)孔經(jīng)臥式鏜床珩磨后，內(nèi)徑尺寸與出廠設(shè)計尺寸一致，公差小于0.02mm。

3）通過臥式鏜床對定位止扣面進(jìn)行精加工修復(fù)后，與缸體垂直度誤差小于0.01mm，完全達(dá)到安裝使用要求。