压缩机卸荷器固定卡簧断裂原因分析

压缩机卸荷器固定卡簧断裂原因分析

作者：黄荣波

来源：《科技传播》2012年第15期

摘要 本文介绍了原料罐区氢气压缩机结构形式，介绍了进气阀及卸荷器的结构及工作原理，阐明了进气气阀卸荷器定位卡簧断裂情况，分析了产生断裂的原因，并提出了改造方案。 关键词 氢气压缩机；气阀；卸荷器；卡簧；断裂

中图分类号TH45 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）72-0118-02 1 项目概况

原料罐区氢气压缩机为对称平衡式压缩机两列一级压缩，两列汽缸上的进气阀卸荷器固定卡簧多次出现断裂现象。

2 进气阀卸荷器固定卡簧断裂原因分析 2.1气阀结构及工作原理概述

1）气阀是压缩机重要部件之一，气缸气体的吸入和排出是通过气阀阀片的开、闭来实现的，气阀在阀片两边气体压差下自动开启；在均匀布置升程器上的弹簧的作用下自动关闭。该机组气阀结构如下图（图1）

1.阀座，2.阀盖（升程器），3.阀片，4.圆柱销，5.螺栓，6.圆柱销，7.弹簧，8.垫圈，9.卸荷器压差部件，10.衬套，11.定位套，12.弹簧座，13.螺母，14.螺母，15.弹簧，16.卸荷器定位卡簧，17.压盖

2）当气阀开启时，气流对阀片产生很大的推力，其量级为气流流过阀片时的压降和阀片面积的乘积，当气阀关闭时，气阀必须能够承受进排气两侧的压差作用，承受该静态压差的能力由阀座来提供，在绝大多数情况下，正是密封元件对阀盖或阀座的冲击才导致气阀失效，要确保气阀的长寿命就必须减小冲击速度，气阀过早失效的其它原因还有磨损、冲蚀、固体颗粒或液滴阻塞、维护不当或机械过载，在理想状态下，一个正确设计的气阀寿命几乎无限长，但永远不可能存在这种理想状态，在气体介质被污染，如含固体颗粒、带液或含腐蚀性组分的情况下，由于气阀固有的动态特性，必将导致其使用寿命是有限的。介质中含有颗粒，特别微小的颗粒能够通过气阀，但它会对阀座和密封元件造成磨损，并最终导致气阀失效。一些较大但又并不算大的颗粒，往往会导致金属阀片破裂，而对于非金属阀片，这种颗粒往往会嵌入到阀片里面。另外气阀在恶劣的工况下，往往会导致气阀振颤或延迟关闭，在这种情况下，要么气阀在每一个压缩行程中都会产生多次撞击，要么产生过度冲击，造成阀片提前失效。

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2.2 进气阀卸荷器卡簧断裂原因分析

1）进气阀卸荷器是一种机械装置，在压缩机吸气及压缩过程中，它使气阀密封元件处于开启位置，吸气行程中吸入汽缸的气体在压缩行程中又重新回到吸气管线中，从而达到气量调节作用，该机组卸荷器调节气量分为三档，即0%、50%、100%。通过通入一股压缩空气作为动力源，推动卸荷器动作从而实现调气量的控制。卸荷器处于卸荷状态时，无法形成有效的压缩功，由于气流通过阀系时产生节流效应，也消耗一部分压缩功并转化成热能，由于卸荷器安装在气阀的正前方，因此气阀的有效流通面积也会受卸荷器的影响。当吸气阀卸荷时，应使气阀密封元件迅速压下，同时卸荷器执行机构的排气应顺畅，以保证卸荷叉与密封元件之间不致产生不必要的撞击，卸荷力的大小必须适当，既要大得足够让吸气阀在压缩过程中完全被顶开，又不能太大，以免损坏气阀及卸荷器；

2）在机组试车过程中卸荷器定位卡簧出现多次断裂的情况，该卡簧材质为65Mn。重新更换定位卡簧后，问题并未解决，试运行几小时后定位卡簧仍出现断裂现象；

3）对气阀进行解体发现，卸荷器定位卡簧都出现了同样的一种破坏现象，从断裂的截面可发现，卡簧是受到剪切力的作用而断裂的，而气阀的阀片并未损坏，阀片的材质为PEEK（聚醚醚酮树脂）；

4）在开车试车运行中，进气气阀卸荷器处于卸荷状态，此时卸荷叉与气阀阀片直接接触，并给予阀片一定的作用力，当汽缸介质被压缩时吸气阀阀片并未完全关闭，在活塞运行中，进行吸气、压缩、排气过程中，阀片在吸气压力及弹簧力的作用下进行上下运动，此时阀片对卸荷叉产生反复的撞击，从而对卸荷器定位卡簧产生反复撞击，定位卡簧在此作用力的反复撞击下产生疲劳断裂。如图2。 3 解决方案

1）通过对气阀解体并测量各部位，发现在卸荷器定位卡簧与压盖（图1中序号17）之间存在一定的间隙，当卸荷器不动作时（即压盖不受力的状态下），压盖与卡簧在轴向有松动现象，此间隙的存在导致卸荷器工作时，卸荷器相对于卡簧作轴向运动，从而卸荷器对卡簧进行反复的撞击，因而造成卸荷器定位卡簧疲劳断裂；

2）气阀压盖厚度为7.1mm，压盖座底面到卡簧槽底面位置距离为8.5mm，压盖与卡簧之间的间隙为1.4mm；

3）采取将卡簧槽位置改变的方式对其进行改造，压盖厚度保持不变，仍为7.1mm，将卸荷器定位卡簧槽的位置向阀片位置移动1.4mm，使压盖与卡簧之间无轴向相对移动的间隙量。改造后的尺寸如图3、图4所示。

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4）对卸荷器定位卡簧位置改造后的气阀安装运行试车后，解决了卡簧断裂的现象，试车运行合格。该机组运行至今，运行状态良好，没有再出现因为卡簧断裂原因而造成气阀故障的现象。 4 结论

通过对进气气阀卸荷器定位卡簧槽位置的改造，使压缩机卸荷器卡簧断裂问题得以解决，使该压缩机机组能够平稳运行，保障了装置的平稳生产，从而保障了下游各装置安全、平稳生产，减少了该机组产生故障的故障频率，增加了装置的生产效益。 参考文献