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往复压缩机十字头与活塞杆连接部件浅析

张波   点击:

  1、引言

  石油化工、煤化工、氮肥等行业中用到的大中型往复压缩机,其十字头与活塞杆的连接部件对于压缩机的可靠运行是至关重要的。连接部件因采用液压拉伸的方式进行紧固,从而获得了良好的连接性能。笔者从结构形式、工作原理、活塞止点间隙调整、操作事项等方面对其进行了介绍。

  2、HLX型液压紧固拉伸器

  HLX型液压紧固拉伸器作为十字头与活塞杆的连接部件,液压扩张体置于其内,故连接部件本身具有液压拉伸性能,不需借助其他拆装工具。

  加氢裂化装置4M50型新氢压缩机十字头与活塞杆连接部件采用的是HLX-125型液压紧固拉伸器,该部件(见图1)由装在活塞杆尾部的止推环、旋入十字头内部的螺纹套、扩张体、锁紧螺母4大部分组成。

往复压缩机十字头与活塞杆连接部件浅析

  2.1 工作原理

  手动超高压油泵产生的高压油通过高压油接口,注入扩张体内的腔室后推动压力活塞产生运动。螺纹套的左右两端面将作为承载部位,最终迫使活塞杆尾部产生弹性变形,将锁紧螺母旋入十字头颈部端面便可实现定位。高压油泄压后,由于活塞杆的弹性变形产生的巨大预紧力,紧紧作用在螺纹套左侧端面和十字头轴颈端面上,使十字头与螺纹套、锁紧螺母与扩展体间的连接螺纹受力,从而实现整个连接部件的紧固。

  2.2活塞止点间隙调整

  活塞在气缸内的内外止点间隙值,取决于螺纹套旋入十字头内的位置以及活塞杆尾部产生的弹性伸入量。

往复压缩机十字头与活塞杆连接部件浅析

  首次操作(安装)步骤如下:

  (1)确认活塞工作状态下,内、外止点间隙值S内、S外,以及活塞杆受拉后的弹性伸长量△L,通过式(1)计算连接部件未打压紧固前活塞的内止点间隙值S′内

  S′内=S内—△L

  (2)旋转螺纹套致使活塞内止点间隙值为S′内,连接部件打压锁固。复查活塞内外止点间隙值,若有偏差,微调螺纹套的位置。

  由于活塞的止点间隙值较小,在首次确认螺纹套位置后初测止点间隙时,盘车撞缸的风险很大。笔者曾经历过盘车撞缸,造成连接部件螺纹咬合损坏的尴尬场景。为了规避此风险,建议采取“缸盖先不装配,内止点间隙值预留够大,然后逐渐调小内止点间隙值”的办法。

  (3)为了提高下次检修在此环节的装配效率,避免撞缸,在完成上述步骤后,打压松脱锁紧螺母,拆卸调整环与螺纹套间的紧定螺钉,仅旋转调整环使其与十字头轴颈端面贴合,复上紧定螺钉。此做法的目的在于很容易地将螺纹套选入十字头内的位置固化,下次检修时装配人员不依赖于拆卸时对螺纹套位置的记忆或标识,可将活塞(杆)一次装配到位。

  2.3 结构特点及操作事项

  (1)活塞杆尾部采取缩颈结构的目的在于容易被拉伸,检修人员应关注其被多次拉伸后的累积塑性变形量,超差后强制报废。

  (2)活塞杆尾部与十字头的同心位置依靠螺纹保证,取决于十字头的加工精度以及连接部件与活塞杆的径向间隙。

  (3)活塞的止点间隙调整不需旋转活塞,仅需旋转螺纹套,省力便捷。

  (4) 注油不得超压(150MPa),紧固的全过程需经3次完成,每次间隔1h。

  (5)承压胶圈作为承压元件,起密封高压油的作用,其材质一般为橡胶,应定期更换。这点维护人员应给予足够重视。若老化失效后,将给拆卸工作带来极大的困难。检修人员这时可尝试先将玻璃胶等高粘度的半固态物质注入密封腔后,再注入高粘度液压油的办法。笔者曾目睹过检修人员万般无奈时的处理方法:活塞杆锯断,将带有残余活塞杆的十字头上大型车床,车削锁紧螺母后释放预紧力从而将螺纹套从十字头内旋出。

  (6) 锁紧螺母有大小头之分,连接部件紧固时锁紧螺母的小头,应进入十字头端面的止口内。

  若将大小头装反,十字头的止口凸台将作为承载部位。此凸台与锁紧螺母接触面积较小,在强大的外力作用下很有可能被压溃,从而使整个连接部件松动;或者,由于配合件4-7间的连接螺纹长久处于“倾翻”的受力状态,易造成螺纹形变引起咬扣、粘滞的情况。该情况相关文章给予过失效分析,操作人员也应引起重视。

  3、纽曼-埃索(NEA)压缩机用连接部件

  该部件(见图2)整体采取插入夹紧结构,与活塞杆主螺纹配合的螺纹法兰盘上分布着多对缩颈螺栓,活塞杆尾部端面上有与之用沉头螺钉连接的活塞止点间隙调整垫片。十字头凹槽内与活塞杆配合处设有偏心环组件,可微调活塞杆的径向位置。

往复压缩机十字头与活塞杆连接部件浅析

  3.1 工作原理

  缩颈螺栓上的液压拉伸器在扩张后推动法兰盘——活塞杆向十字头侧运动,由于十字头端面的限位,活塞杆上的主螺纹被迫承载了液压扩张体产生的推力。这时将处于弹性拉伸状态下的缩颈螺栓的螺母上紧,在拉伸器泄压后缩颈螺栓仍具有不变的弹性预紧力,从而实现了主螺纹的紧固。

  3.2 活塞止点间隙调整

  活塞的止点间隙值取决于活塞杆尾部端面上调整垫片的厚度。垫片变薄,内止点间隙值减小,反之增大。活塞止点间隙值在设备出厂时已确定,通常不做调整,这是该结构部件在装配上的最大优点。


  3.3 结构特点及操作事项

  (1)主螺纹上的法兰盘位置并不改变活塞的止点间隙值。在装配时,法兰盘应区分内、外侧端面,内侧端面应距十字头端面约15 mm的距离,这是整个部件在结构上的基本特点。

  (2)十字头凹槽内与活塞杆配合处的偏心环,可调整活塞杆的径向位置,使其具有理想的跳动量,偏心环可锁固。

  (3)对缩颈螺栓应同时对称施力,打压过程分4遍才能全部完成。

  (4)缩颈螺栓的弹性预紧力已根据扩张体上的活塞面积,计算出油压值。若更换扩张体应对油压进行校核。

  (5)各级活塞杆端面上的调整垫片厚度有可能不同,应注意标识,防止错拿误用。

  4、德莱赛兰(DRESSER-RAND)法兰盘式连接部件

  上海大隆压缩机厂生产的6M50型CO2压缩机,十字头与活塞杆连接部件采用的是最初由美国德莱赛兰(DRESSER-RAND)公司设计的法兰盘式连接部件。该部件(见图3)由法兰盘、调节板、垫片、主螺母等零件组成。

往复压缩机十字头与活塞杆连接部件浅析

  4.1 工作原理

  法兰盘在活塞杆弹性回复状态下,由主螺母将其紧紧锁固在活塞杆上。而法兰盘又通过液压拉伸螺栓被固定在十字头上,实现了十字头与活塞杆的紧固。

  4.2 活塞止点间隙调整

  活塞止点间隙的调整在于改变调节板与法兰盘间垫片的厚度,这点在结构上与NEA部件有类似之处。由于垫片尺寸很大,其劣势显而易见。

  4.3 结构特点及操作事项

  (1)该部件结构复杂,不便于装配操作。尤其是主螺母在锁固时的拉伸工具受制于空间上的限制,操作极为不便,效率低下。该连接部件应被淘汰,改进为图2结构。

  (2)由于活塞杆尾部的“搭头”,每次在法兰盘与十字头连接时,都需架表或放置水平仪通过调节螺钉来调整活塞杆的径向、水平跳动量。

  5、WX-YLD型液压紧固拉伸器

  WX-YLD型液压紧固拉伸器(见图4)常见于无锡压缩机厂生产的DW型压缩机。部件本身具有液压拉伸紧固性能,这点与HLX型液压紧固拉伸器类似。

往复压缩机十字头与活塞杆连接部件浅析

  该连接部件由支撑体、扩张体(带有内螺纹套)、锁紧螺母3部分组成。支撑体与锁紧螺母、扩张体(内螺纹套)与活塞杆均通过螺纹连接。

  5.1 工作原理

  支撑体受扩张体运动后产生的推力作用,被紧紧压在十字头端面上,起支撑(垫块) 作用。

  这时扩张体(内螺纹套)继续扩张,带动活塞杆向缸盖侧移动,由于活塞杆的最尾端已与十字头通过螺纹连接被限位,活塞杆被拉长,这时将锁紧螺母紧固后卸掉油压,便可实现整个连接部件的紧固。

  5.2 活塞止点间隙调整

  旋转活塞(杆)才能改变活塞在气缸内轴向位置,进而改变活塞的止点间隙。

  5.3 结构特点及操作事项

  (1)该连接部件在结构上的最大缺点充分暴露在活塞杆与十字头是通过螺纹直接连接的,装配时需旋转整个活塞,工作量大,费时费力。若针对该点在做局部改进时可参考HLX型连接部件,巧妙使用螺纹套,使整个装配工作不旋转活塞。

  但必须承认,十字头滑道与气缸满足同轴度要求时,活塞杆具有非常理想的跳动量。

  (2)活塞杆尾部的螺纹与十字头和扩张体两者旋合。也许是处于机械加工便利的考虑,设计者将活塞杆尾部的拉伸部位亦通扣设计。众所周知,金属材料长期处于拉伸状态时最忌表面缺陷,即使滚压成型的螺纹也应尽量避免。检修人员每次检修时应做好表面探索工作,有条件的可做超声波内部探索。

  (3)该连接部件在打压前锁紧螺母应旋向扩张体端,切勿在支撑体端“探头”,谨防在打压后将紧固位置搞反。这点与HLX型液压拉伸紧固器截然不同。

  6、结语

  笔者介绍了往复压缩机十字头与活塞杆连接部件的4种常见形式,其他形式不胜枚举。例如:原意大利新比隆公司、ABB公司生产的压缩机其连接形式也各有所长……综合而言,HLX型、NEA压缩机用法兰盘型连接部件在设计时应优先考虑。

  另外,国内个别压缩机厂家在该连接部件上,开始采用不须液压拉伸也能获得良好紧固性能的超级螺母(super-bolt)。作为装配人员应熟知各种连接部件的工作原理、结构特点等,使其发挥良好的连接性能。

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