基于實踐性的檢修活塞氧壓機

滕志功，陳天財，王恒謙

（白銀有色集團股份有限公司 銅業(yè)公司，甘肅 白銀 730900）

0 引言

ZW-9.5/15活塞氧壓機在整個制氧空分設(shè)備中起著關(guān)鍵作用，綜合車間的氧氣使用都需要活塞氧壓機來提供?；钊鯄簷C主要起到把低壓氣體變成高壓氣體的作用，主要是通過吸氣、壓縮和排氣這3個過程來實現(xiàn)氧氣的壓縮工作。壓縮的過程主要是經(jīng)過活塞從下方止點向上運動，吸氣和排氣閥處于關(guān)閉的狀態(tài)，氣體則是在密閉的氣缸中被壓縮，由于氣缸的容積被逐漸壓縮小，則壓力、溫度逐漸升高，直到氣缸內(nèi)的氣體壓力與排氣壓力相等。壓縮過程一般是被看作等熵的過程。排氣過程則主要是通過活塞繼續(xù)向上移動，致使氣缸內(nèi)的氣體壓力大于排氣壓力，則排氣閥被開啟，氣缸內(nèi)的氣體就在活塞的推動下等壓排出氣缸并進入到排氣管道，直至活塞運動到上方止點。此時由于排氣閥彈簧力和閥片本身的重力作用，排氣閥關(guān)閉，排氣工作結(jié)束。至此，壓縮機就完成了一個由吸氣→壓縮→排氣三個過程組成的工作循環(huán)。周而復(fù)始地重復(fù)上述3個過程進行循環(huán)。

操作技術(shù)條件如表1所示。

表1 活塞氧壓機機組有關(guān)參數(shù)

表2 活塞環(huán)尺寸磨損表

圖1 活塞式氧氣壓縮機流程簡圖

1 使用概況

活塞氧壓機在日常運行中，一直存在壓縮效率偏低的情況，且活塞氧壓機在運行過程中壓縮效率逐年降低，設(shè)備振動值偏高，吸、排氣閥也存在漏氣等問題，活塞桿刮油環(huán)也存在漏油的跡象。由于活塞氧壓機壓縮介質(zhì)為氧氣，屬于絕對禁油的設(shè)備，刮油環(huán)漏油存在爆炸的安全隱患。近兩年來在制氧系統(tǒng)中，壓縮效率低的問題一直制約著制氧系統(tǒng)的整體工作效率，所以如何提高活塞氧壓機的運行效率就非常關(guān)鍵。

2020年2月，活塞氧壓機在運行時出現(xiàn)刮油環(huán)漏油的嚴重情況，并且振動值增大。自2012年技改投入使用至今從未進行維護保養(yǎng)及檢修工作，這與廠家要求的每半年一次維護、每年一次大修的要求相差甚遠，內(nèi)部磨損情況很不樂觀，所以我們決定對ZW-9.5/15活塞氧壓機進行全面解體檢修。

檢修解體后發(fā)現(xiàn)吸、排氣閥二級和三級均存在生銹的跡象，活塞桿活塞環(huán)磨損較為嚴重，刮油環(huán)輕微磨損且表面附著油泥，活塞桿也存在磨損的跡象。通過觀察及分析損傷的設(shè)備零件，發(fā)現(xiàn)造成該事故的主要原因是活塞環(huán)因磨損和老化而失去彈性造成的，在運行中活塞環(huán)由于磨損量較大，且老化嚴重，活塞環(huán)失去彈性，發(fā)生塑性變形，導(dǎo)致活塞環(huán)外徑磨損較為嚴重，活塞環(huán)外徑尺寸小于活塞缸頭內(nèi)徑，導(dǎo)致活塞環(huán)與缸體內(nèi)壁不能有效密封，工作時易發(fā)生漏氣的現(xiàn)象，造成工作效率低下，壓力下降。隨著設(shè)備的使用年限增長，各處磨損加劇，最終導(dǎo)致壓縮效率降低。所以，我們也有理由相信ZW-9.5/15活塞氧壓機的工作效率低也是活塞環(huán)磨損和老化問題導(dǎo)致的。因此，對于這類高精密度、高轉(zhuǎn)速的設(shè)備日常的檢維修就顯得非常重要。

2 存在的問題

2.1 問題一

在檢修時將16套吸排氣閥拆除后發(fā)現(xiàn)，一級無銹蝕跡象，表面完好，可以繼續(xù)使用，二級和三級吸排氣閥表面出現(xiàn)銹蝕，經(jīng)過試驗檢查發(fā)現(xiàn)存在泄漏的現(xiàn)象，拆除解體后發(fā)現(xiàn)閥片內(nèi)部密封面表面有銹蝕痕跡，且閥片發(fā)生扭曲變形，無法達到穩(wěn)定貼合和密封的作用，不能繼續(xù)使用。初步分析原因是由于一級冷卻器銅管發(fā)生冷卻水滲漏的問題，泄漏的冷卻水隨高壓氧氣進入吸排氣閥導(dǎo)致閥片生銹。

圖2 吸排氣閥銹蝕情況

2.2 問題二

拆除后發(fā)現(xiàn)活塞環(huán)磨損量較大，且老化嚴重，活塞環(huán)失去彈性且存在塑性變形，導(dǎo)致活塞環(huán)膨脹量變小，活塞環(huán)外徑尺寸小于活塞缸頭外徑，導(dǎo)致活塞環(huán)與缸體內(nèi)壁不能有效接觸，工作時易發(fā)生漏氣的故障，造成工作效率低下，氧氣內(nèi)泄，不能繼續(xù)使用，必須更換。

活塞環(huán)更換以后，在安裝活塞桿的時候?qū)掖伟惭b失敗，活塞頭頻繁卡在氣缸腔內(nèi)，由于處于設(shè)備內(nèi)部，視線無法看到內(nèi)部情況。經(jīng)過反復(fù)研究檢查發(fā)現(xiàn)：1）活塞環(huán)具有彈性，新安裝的活塞環(huán)處于張開狀態(tài)，與氣缸內(nèi)壁接觸緊密；2）氣缸內(nèi)表面與缸頭冷卻器內(nèi)表面存在一個直徑落差的臺階；3）活塞環(huán)與氣缸內(nèi)壁臺階擠壓易造成活塞環(huán)損壞和變形失效。每次安裝活塞桿時，由于活塞桿質(zhì)量較重，而且氣缸內(nèi)壁存在臺階，活塞環(huán)撐開后，勢必會與該臺階卡住，屢次試安裝，均不能正常安裝，嚴重制約檢修進度。

2.3 問題三

活塞氧壓機屬于制氧車間的關(guān)鍵設(shè)備，該設(shè)備的甩瓦采用剖分式薄壁向心滑動軸承，該類型軸瓦主要用在重載大中型機器（如冶金礦山機械、大型發(fā)電機、球磨機、活塞式壓縮機及運輸車輛等）上。其材料主要為巴氏合金。在裝配時，一般都采用不斷地刮削來達到它所需要的安裝精度要求，以保證活塞氧壓機的使用達到最優(yōu)性能。所以，刮削的方式和質(zhì)量對活塞氧壓機的運轉(zhuǎn)至關(guān)重要。刮削的效果不太理想，在活塞氧壓機試車的時候就很容易在較短時間內(nèi)導(dǎo)致軸瓦由局部的粘損擴展到大部分粘損，直至軸瓦被粘損咬死，以致軸瓦被損壞不能使用。所以在刮削軸瓦時對軸瓦的研磨及刮瓦質(zhì)量要求非常高。但是薄壁滑動軸瓦剛性不足，彈性形變較大，使用假軸進行研磨時軸瓦與假軸的接觸面積不足，實際研磨時接觸面積為線接觸，遠遠達不到精度要求。若直接使用下軸承座進行軸瓦的固定刮研時，軸瓦與瓦座接觸不緊密，使用假軸進行研磨時由于假軸質(zhì)量大易導(dǎo)致將滑動軸承帶轉(zhuǎn)后脫離瓦座，根本無法正常刮研，嚴重影響刮研質(zhì)量及刮研進度。由于該活塞氧壓機沒有配套的專用刮研工具，而且市面上沒有合適的專用工具，如何完成薄壁滑動軸瓦的研磨、刮研問題成了首要任務(wù)，又因為生產(chǎn)任務(wù)重，搶修任務(wù)緊，軸瓦的刮研成為急需解決的難題。

3 解決方法

3.1 方法一

解決吸排氣閥泄漏的問題主要有兩種方法：一是更換新的吸排氣閥；二是對拆除的吸排氣閥進行修復(fù)處理后繼續(xù)使用。當時檢修活塞氧壓機時庫存吸排氣閥只有2套，如果重新上報加急備件計劃，一方面供貨周期長達兩三個月，另一方面新采購備件到貨后還要進行檢漏試驗。由于時間緊、任務(wù)重，經(jīng)過深思熟慮后決定由經(jīng)驗豐富的高級技師對其進行手工研磨修復(fù)。修復(fù)閥片時，將漏氣的閥片拆卸開，做好影像記錄，方便后期安裝，取下閥片后，將閥片工作面用1000目金相砂紙打磨修復(fù)，為了保證密封面的光潔度和平整度，采用“8”字形走位打磨工作面，這樣可以有效地避免打磨不平整，消除兩邊薄、中間厚的情況，同時可以有效地避免打磨跑偏的情況，從而影響配合精度，該項工作量較大，占用較長時間，經(jīng)過3 d時間終于將二級和三級吸排氣閥共8組漏氣的閥片全部修復(fù)，用三氯乙烯檢測均不漏氣。

3.2 方法二

針對活塞頭無法準確地安裝進入氣缸內(nèi)的情況，經(jīng)過反復(fù)思考，最后發(fā)現(xiàn)利用0.15 mm厚的薄銅皮，利用其良好的延展性和可塑性可以完美地解決此問題。裁剪出3塊400 mm×100 mm的銅皮，安裝時將銅皮支架搭在缸口上部周圍，調(diào)整位置使銅皮能夠放置在開口位置，將活塞環(huán)擠入安裝槽內(nèi)，然后利用銅皮的導(dǎo)向作用可以順利地將活塞頭滑入缸體內(nèi)，使活塞桿安裝到指定的工作位置。此安裝方法不僅節(jié)約檢修時間，提高檢修進度，還可以減輕鉗工的勞動強度，能夠有效地起到對活塞環(huán)和缸體的保護作用。

3.3 方法三

針對薄壁滑動軸瓦變形量大、瓦壁過薄、瓦片本身具有彈性變形且無法有效固定進行研磨、刮研的特點，設(shè)計并制作了一套可以有效固定并夾持軸瓦的裝置，該裝置可以完美解決薄壁滑動軸瓦在研磨、刮研時軸瓦變形滑動影響尺寸精確度的問題，還可以有效消除軸瓦自身的彈性變形，為軸瓦的刮研修復(fù)提供有力的技術(shù)措施及前提保障。采用固定裝置對滑動軸瓦進行固定，使其能夠恢復(fù)到實際工作時的外形狀態(tài)，還能保證滑動軸瓦與軸承座的相對位置可靠，利用假軸進行研磨可有效防止滑動軸瓦隨假軸滑動，提高了刮研質(zhì)量和精度。瓦座形狀與滑動軸瓦相同，使得滑動軸瓦可以貼合瓦座完全放入，并保持工作時的外形形狀，提高研磨精度。管套中部設(shè)置有弧形缺口，弧形缺口凹面與螺桿相切，當假軸研磨段直徑小于螺桿上端兩螺帽之間的間距時，假軸無法從豎直方向放下來時，可以先從弧形缺口水平送入，再豎直放下，避免了從豎直方向上放下時由于間距狹窄引起碰撞造成軸瓦變形。利用管套的壁厚壓住滑動軸瓦的凸耳，管套既起到了限位作用，又起到了固定作用。與螺桿下端配合的螺帽為半圓形螺帽，因為軸承座底部與固定螺栓孔距離太近，一般采用的六邊形螺帽是放不下去的，一方面半圓形螺帽能夠放進去，另一方面可以起到限位的作用，防止螺桿轉(zhuǎn)動，造成軸瓦的擠壓。本夾持裝置中，假軸有擋邊，假軸的研磨段長度不小于瓦座長度，可以保證研磨段對滑動軸瓦的完全研磨，擋邊可以防止假軸在研磨過程中的跑位，保證研磨效率與精度。螺桿下端一體連接的半圓形螺帽，起到了限位作用，其半圓形的設(shè)置也可以適應(yīng)軸承座的形狀變化。

4 檢修效果

結(jié)合此次檢修當中所遇到的問題，提出相應(yīng)的解決辦法，不但完美地完成了此次檢修任務(wù)，而且能夠節(jié)省檢修時間，最終能夠保證生產(chǎn)的順利進行。

圖4 夾持軸瓦的裝置

圖5 夾持軸瓦裝置的實例圖