4M8型氢气压缩机活的技术改造(打印修改版2011.7.7)

4M8 型压缩机活塞的技术改造 中石化荆门分公司维修车间 侯飞 摘要摘要 将 4M8 型压缩机活塞体上的钨金层改为填充四氟托瓦 铸铁活 塞环改填充四氟环 把气缸内活塞的有油润滑改为少油润滑 在 延长活塞使用寿命 降低维修费用 节省润滑油方面取得显著效 果 关健词关健词 压缩机 活塞 填充四氟 支承环 一 概述 一 概述 润加氢新氢压缩机共三台 工艺编号为机101 1 2 3 为蜡油加 氢 催化重整 汽油加氢等装置提供新氢气 机 101 1 2为原沈阳空气 压缩机厂1971年生产4列对称平衡M型 4M 11 13 90 往复式压缩机 该 机轴功率为767KW 转速为375 rpm 活塞行程为320mm 一级气缸直径 为 210mm 二级气缸直径为 130mm 机 1 3已于1996年更新为荷兰 汤姆森公司生产的C12 3型压缩机 由于C12机型从能耗 运行效率等方 面均优于4M8系列压缩机 因此机 101 3自安装以来长期运行 机 101 1 2 4M8型 只在机 101 3出现故障时使用 2010年装置大检修 要求对这两台机组大修 润加氢这两台压缩机由于结构较老 技术落后 仍采用的是铸铁活塞环和钨金层托瓦 但因有时新氢中含有粉尘 这些 杂质随氢气进入压缩机内 经常会导致活塞环抱死 气阀失效 缸内温 度升高 活塞钨金层拉伤 脱落 烧毁 事故频繁 针对4M8型压缩机 的使用现状 结合装置大检修 对压缩机101 1 2的一级 二级活塞 体存在的问题进行了改造的探讨与实践 二 改造内容二 改造内容 2 1改造方案改造方案 压缩机有关工艺参数如下表 1 所示 表 1 压缩机实际操作有关工艺参数 一级压力 mPa 二级压力 mPa 一级温度 二级温度 工艺编号型号 入口出口入口出口入口出口入口出口 机 101 1 24M 11 13 900 83 73 77 024642977 参照原沈阳远大压缩机厂氢气压缩机 型号为 2D45 64 15 66 30 36 及荷兰汤姆森公司压缩机 型号为 C12 3 活塞体的结构形式 及使用情况 对压缩机 101 1 2 活塞进行了改造 其方案为 将原活塞表面的钨金层去掉 改用为整体式填充聚四氟乙烯环 填 充 PTFE 作支承环 将活塞环材料由铸铁改为填充聚四氟乙烯 填充 PTFE 因本机缸径较小 根据国外经验可不考虑附属配置张力环 目 前许多微油 无油的往复式压缩机所应用的活塞环开始采用 PEEK PI 新材料 它们具有很高的机械强度 较好的耐高温性 较低的摩擦系数 较小的线膨胀系 填充聚四氟乙烯系列支承环 活塞环由于机械强度不 高 很容易出现冷流形变而产生漏气等问题 但在本例中 我们考虑 的是使用最经济的改造方式 而且 所使用的材料均为自备材料 不存 在厂家供货的时间问题 这两台机组在使用时间和频次上也较少 因此 采用 PEEK PI 新材料将作为下一步的改造目标 本次改造仍以填充聚 四氟乙烯 填充 PTFE 为主 将有油润滑改为少油润滑 2 2 活塞支承环的计算活塞支承环的计算 2 2 1 活塞平均速度活塞平均速度 Cm 活塞行程 s 320 mm 曲轴转速 n 375 r min 活塞平均速度 Cm n s 30 4 0 m s 无油润滑压缩机的线速度一般要求在 4m s 以下 因此本机可以实 施活塞环和支承环的无油润滑改造 2 2 2 支承环膨胀量的计算支承环膨胀量的计算 支承环的膨胀量实际上是指支承环安装在活塞上的过盈量 过盈量的 大小反映了支承环与活塞体配合的径向松紧程度 其值的大小要保证缸 内温度最高时支承环在活塞上随活塞膨胀时不能松动 缸内工作时气体 温度按 160 填充 PTFE 的工作温度在 160 核算 有关计算数据 如下表 2 所示 填充 PTFE 支承环膨胀值 线膨胀系数 1 支承环膨胀值 类别 活塞直 径 D mm 支承环 宽度 S mm 介质温 差 T 垂直 1 0 160 水平 2 0 160 垂直 L 水平 S 一级缸210601603 690 60 二级缸13050160 1 17 10 40 53 10 4 2 280 48 公式 L D T 1 S S T 2 2 2 3 填充填充 PTFE 支承环宽度 厚度的确定支承环宽度 厚度的确定 根据一 二级活塞体现有结构尺寸 及填充PTFE支承环膨胀值的计算 并考虑到支承环镶嵌完后的二次加工应留有余量 对支承环膨胀值进行 圆整 得出支承环与活塞体的的实际过盈量 并参照其它活塞压缩机支 承环的使用情况 确定支承环的宽度 厚度 并与钨金层值相比较 1 支承环的径向厚度 无切口整圈式支承环的径向厚度可按下图选 用 一般小直径的支承环按最大值曲线选取 大直径 Do 500mm 的支 承环按最小值曲线选取 本机的活塞直径最大不超过210mm 因此本机 一级缸支承环径向厚度按照最大值选取 为7 5mm 二级缸按照最大值 选取为6mm 2 支承环的轴向长度 无切口整圈式支承环的轴向宽度应按照下表中的公式进行计算 B 300 G cos D0 B支承环的轴向宽度 G 活塞 一半活塞杆 重量之和 活塞中心线和水平夹角 D0气缸直径 根据计算及现有钨金层宽度 得出下表 表 2 钨金层与支承环厚度 宽度值比较 一级活塞二级活塞 类型 厚度宽度厚度宽度 钨金层0 5 0 8550 5 0 855 支承环7 5606 550 3 支承环的内外径计算 计算按照以下公式进行计算 D1 D2 D3 D1 KD0 2t 0 1 0 9980 208 15 0 1 195mm D2 D1 1 dp t 1 df t 195 1 0 000997 150 1 0 00117 150 191mm D3 1 025 或 1 02 D1 1 025 195 199 mm 式中 D1 支承环槽底尺寸 单位 mm D0 气缸直径 单位 mm D2 支承环内圆直径 mm K 活塞体材料系数 df 支承环材料在工作温度下的径向线膨胀系数 l t 活塞工作温度与室温的差值 D3 套装支承环活塞头部直径 mmmm dp 活塞体材料在工作温度下的线膨胀系数l 表 3 支承环的几何尺寸 二级按照以上公式 类别 活塞支承槽 底内径 mm 支承环内径 mm 支承环厚度 mm 支承环宽度 mm 实际过盈量 mm 一级缸1951917 5604 二级缸1181156 5503 2 3 填充四氟成份的确定填充四氟成份的确定 支承环和活塞环属于易损件 其性能和使用寿命取决于原材料配方 及自身质量 零件材质选用填充聚四氟乙烯 PTFE 即以聚四氟乙烯为 主体 填充其它材料压制烧结而成 其由 75 聚四氟乙烯 10 青铜 粉 10 二氧化硅 3 二氧化钼及 2 石墨组成 这种材料表面硬度 高 耐压变形小 具有自润滑性并且耐磨 导热系数和摩擦因数较大 使用寿命长注注 青铜粉是为了增加托瓦的强度和导热性玻璃纤维是为了 增强托瓦的韧性和耐磨性石墨是为了增强托瓦的自润滑性和稳定性 2 4 活塞体的改造及支承环的加工活塞体的改造及支承环的加工 2 4 1 将活塞体上表面的巴氏合金层 在图一中 60 5 0 1处 在图二中 50 5 0 1处 车削掉 其余尺寸如图示 一级活塞加工图 图一 二级活塞加工图 图二 注 在图一中 活塞两端 199 3 为支承环档肩 在图二中 122 3 为支承环档肩 规格为 3 3 以防止支承环随活塞体做往复 其其余余 1 6 25 6 3 1 6 1 6 1 6 1 6 1 6 1 6 其余 12 5 运动时松动脱落 2 4 2 填充四氟支承环按图示加工填充四氟支承环按图示加工 图三 图四 2 5 支承环与活塞的组装支承环与活塞的组装 加工好支承环导向锥 导向环 压力板 将支承环和活塞体放入加 热炉内 随加热炉升温到 150 保温 30 分钟 按图示五 将托瓦迅 速装入活塞体上 然后将镶好的活塞放入炉内在 130 左右保温 10 分 钟 随加热炉冷却至常温 一级活塞托瓦图 二级活塞托瓦 6 3 6 3 1 6 图五 2 6 将铸铁活塞环改为填充四氟活塞环将铸铁活塞环改为填充四氟活塞环 根据活塞体的结构尺寸 对活塞体槽宽及槽深不作改动 活塞环放入缸内应有一定的紧力 使其紧贴缸壁 采用张力环时出 现过张力环折断 拉缸现象 故采用活塞环外径大于气缸直径 2 5 的 方法增大张力 填充四氟活塞环一般采用直切口 考虑到填充四氟材料 热膨胀系数比铸铁大 活塞环侧间隙及总的开口间隙均应增大 其值经 计算并圆整后如下表 6 所示 填充四氟尺寸与缸径间隙 类别 气缸直径 D mm 活塞环直 径 d mm 活塞环开 口间隙 S mm 活塞环宽 S mm 活塞环与 槽宽最小 侧间隙 H mm 活塞环与 槽宽侧间 隙标准 mm 一级气缸2102158100 220 25 0 35 二级气缸130134570 150 20 0 25 公式d 1 2 5 D S t 1 1000 D H t 1 100 S 参数 t 100 1 17 10 4 1 压板 2 压套4 活动压板 3 空心压板 F 5 支承托瓦 6 导向锥 7 活塞 表 6 一 二级活塞环加工图 如图六所示 图六 一 二级活塞环在缸内安装图 如图七所示 图七 2 7 支承环的二次加工支承环的二次加工 组装好的活塞 其托瓦外径都留有二次加工余量 以消除托瓦在加 二级活塞环加工图一级活塞环加工图 全部 全部 一级活塞环在缸内安装图二级活塞环在缸内安装图 温 组装 冷却过程中存在的变形 并满足托瓦与汽缸直径之间的配合 间隙需要 同时要考虑到活塞运动时 活塞杆上 下跳动对填料密封圈 的影响 其值如下表 7 所示 表 7 支承环与气缸直径间隙表 类别 汽缸直径 mm 支承环外径 mm 直径间隙 mm 一级汽缸210 209 6 0 1 0 3 0 5 二级汽缸130 129 7 0 1 0 2 0 4 二次加工完成且装上活塞环的活塞组件如图八 九所示 一级活塞组件 图八 二级活塞组件 图九 2 8 调整注油器的注油量调整注油器的注油量 因活塞体表面钨金层去掉 改为填充四氟支承环 且活塞环亦采用 填充四氟材料 金属之间的摩擦副变成了金属与非金属之间摩擦副 加 上填充四氟自有的润滑性 从而降低了摩擦系数 从理论上讲可不需要 注油润滑 但为了延长支承环 活塞环 缸套的使用寿命 故将注油器 原有的多油润滑改为少油润滑 三 改造后的效果及技术经济效益三 改造后的效果及技术经济效益 3 1 改造后机组运行状况良好改造后机组运行状况良好 将压缩机一 二级活塞的钨金层改为填充四氟支承环 活塞环改为 填充四氟材料后 压缩机的压力 流量均能达到额定工况 满足工艺要 求 机组运行由 2010 年 5 月运行至 2011 年 6 月未发生故障 3 2 延长活塞 缸套使用寿命 节省维修费用延长活塞 缸套使用寿命 节省维修费用 因介质中含有胺盐及催化剂粉尘 活塞钨金层寿命只有 30 天左右 采用四氟支承环后使用寿命达 240 天 且因支承环磨损后 只需更换支 承环和活塞环而不换活塞体 从而大大地节省了活塞的维修费用 另一 方面缸套磨损相应减少 3 3 节省润滑油节省润滑油 降低运行费用降