論活塞桿的徑向跳動在往復(fù)式壓縮機施工中的應(yīng)用

1、論活塞桿的徑向跳動在往復(fù)式壓縮機施工中的應(yīng)用近年來,隨著國外技術(shù)的不斷引進(jìn),在施工中不斷應(yīng)用國外的先進(jìn)技術(shù)。在臥式往復(fù)壓縮機施工中應(yīng)用API618中活塞桿的徑向跳動技術(shù)就是一個很好的例證,活塞桿的徑向跳動技術(shù)在我公司甚至國內(nèi)已經(jīng)應(yīng)用比較廣泛,特別我公司在應(yīng)用方面比較成功且有獨特的見解?；钊麠U徑向跳動是一種用于確定活塞桿在對于氣缸和十字頭對中的水平和垂直兩個位置上運行時對中變化的測量準(zhǔn)則,即通過確定活塞桿在其整個行程中用百分表在水平和垂直兩個位置上的讀數(shù)變化值與設(shè)計理論計算期望的冷態(tài)下活塞桿徑向跳動值比較來檢驗氣缸和十字頭對中?；钊麠U徑向跳動是一種安裝和日常維修后的方便的現(xiàn)場檢驗找正的方法。下面

2、我對活塞桿徑向跳動的原理和應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)的分析。一、 基本原理¾冷態(tài)活塞桿徑向跳動形成原因:1、活塞與氣缸的冷態(tài)運行間隙和十字頭與滑道的冷態(tài)運行間隙不同;2、活塞桿自重生產(chǎn)的撓度;3、氣缸與滑道對中成在徑向位移、軸向傾斜;4、活塞桿、活塞、十字頭、液壓力體等機械加工精度、形狀和位置公差以及各零部件組裝質(zhì)量;5、十字頭滑道和氣缸水平度的安裝找正精度,尤其是兩者水平度偏差方向。等原因。¾活塞桿徑向跳動最終目標(biāo)活塞桿徑向跳動最終目標(biāo)是使壓縮機熱態(tài)(制冷壓縮機是冷態(tài)運行時,理想的熱態(tài)活塞桿徑向跳動值為每毫米行程不超過0.00015mm。這是最終分析氣缸與十字頭滑道對中情況、分析活塞與

3、十字頭熱態(tài)中心位置是否合理的判斷依據(jù),決定了壓縮機是否能夠正常運行和壓縮機的使用壽命。¾水平徑向跳動水平徑向跳動是用來指示以十字頭滑道通過中體到氣缸的水平對中的準(zhǔn)則,因為水平徑向跳動不管機器、設(shè)備是冷態(tài)還是熱態(tài)都是相同的,且水平徑向跳動不受活塞桿自重?fù)隙扔绊?所以不必計算。其讀數(shù)變化范圍由每毫米行程±0.00015mm 直到最大0.064mm,通常認(rèn)為是允許的。其理想水平對中的標(biāo)志是放在活塞桿的十字頭和活塞兩端的百分表讀數(shù)均為零。¾冷態(tài)垂直徑向跳動當(dāng)所有零部件加工精度、組裝質(zhì)量、安裝找正精度等完全理想對中時正常的冷態(tài)垂直活塞桿徑向跳動就是氣缸中活塞冷態(tài)運行間隙和十

4、字頭滑道中十字頭的冷態(tài)運行間隙,加之正常的活塞桿下垂,行程長度,活塞桿長度以及百分表放在活塞桿的位置之間綜合計算的結(jié)果。1、 不考慮活塞桿撓度的冷態(tài)垂直徑向跳動其主要是由于活塞與氣缸的冷態(tài)運行間隙和十字頭與滑道的冷態(tài)運行間隙不同、十字頭中心位置不同(偏心十字頭造成活塞桿兩端的高低差稱為降差(用DROP 表示所引起的。如下圖1所示活塞桿長度 L活塞桿下垂計算長度 B 百分表位置C 活塞桿長度 L 活塞桿直徑 D活塞桿徑向跳動值十字頭端行程S十字頭中心高h(yuǎn)十字頭中心線行程S十字頭間隙H百分表位置X 十字頭、滑道降差D R O P活塞端活塞中心高e氣缸、活塞氣缸、滑道中心線活塞中心線活塞支承環(huán)與氣缸

5、間隙E圖1根據(jù)圖1,我們很容易得到:行程S活塞桿冷態(tài)垂直徑向跳動 = ×DROP桿長L 其中DROP=e-h通常:e 是活塞冷態(tài)運行間隙E 的1/2h 就需根據(jù)十字頭結(jié)構(gòu)(帶調(diào)整墊片的偏心十字頭和不帶調(diào)整墊片正心十字頭,正向、反向十字頭實際情況決定。只有當(dāng)十字頭為不帶調(diào)整墊片正心結(jié)構(gòu)(十字頭幾何中心與十字頭端活塞桿中心一致時,h=H/2 。2、 活塞桿撓度生產(chǎn)的垂直徑向跳動所有的水平活塞桿都存在撓度,特別對B、C、D 型中體(中體長度較長結(jié)構(gòu)的壓縮機,垂直徑向跳動必須把活塞桿撓度的作用考濾進(jìn)去。影響活塞桿撓度的因素有:活塞桿直徑、活塞桿長度、活塞桿重量、材質(zhì)等。 其垂直徑向跳動計算時

6、將活塞桿視作一端簡支另一端固定梁的力學(xué)簡圖(十字頭端支承(自由端-活塞桿端固定,見下圖2所示活塞桿撓度計算的力學(xué)簡圖活塞桿撓度計算長度B 百分表位置C 活塞桿下垂計算長度 B 百分表位置C 活塞桿長度 L 活塞桿直徑 D百分表位置X最大撓度位置0.422B 十字頭端十字頭中心高h(yuǎn)十字頭中心線百分表位置X 十字頭間隙H行程S十字頭、滑道活塞端活塞中心高e氣缸、活塞氣缸、滑道中心線活塞中心線q 活塞支承環(huán)與氣缸間隙E圖2根據(jù)圖2所示,查手冊得:W活塞桿上任意點C撓度:f C = (3BC 3-2C 4-B 3C48EIBW活塞桿上任意點X撓度:f X = (3BX 3-2X 4-B 3X48EIB

7、WB3 活塞桿最大撓度:f max =0.00542 ,位置距十字頭端0.422BEI 百分表位置X的垂直徑向跳動值 = f X - f (X-S百分表位置C的垂直徑向跳動值 = f C - f (C-S其中E:為材料彈性模量W:為活塞桿重量I:為活塞桿慣性矩,=0.0491×D4B、C、D、X:為圖2所示長度尺寸S:為活塞桿行程注意:在距十字頭端長度為0.422B時,活塞桿撓度出現(xiàn)最低點,在該點附近放置百分表測得的垂直徑向跳動值通常會出現(xiàn)零,故在放置百分表時應(yīng)盡可能靠近十字頭和活塞。二、 施工中的應(yīng)用根據(jù)我國往復(fù)壓縮機設(shè)計、制造現(xiàn)狀,現(xiàn)階段在設(shè)計、制造時并沒有充分考濾熱態(tài)活塞桿徑向

8、跳動理想的期望值,只是要求氣缸與滑道冷態(tài)的對中(要求見下表?，F(xiàn)場根據(jù)這一條件限制,通過實際條件計算活塞桿徑向跳動值來判斷、校驗氣缸與滑道冷態(tài)的對中情況和安裝質(zhì)量,通過分析調(diào)整使熱態(tài)活塞桿徑向跳動趨于最佳。下面以鎮(zhèn)海煉化300萬噸/年柴油加氫精制裝置的2D80-53.4/11.5-68-BX型新氫壓縮機為例,計算分析活塞桿的跳動情況。1、壓縮機的主要技術(shù)參數(shù)參數(shù)值序號 項 目 1 壓縮機 型式兩列對動平衡型往復(fù)式壓縮機2 型號2D80-53.4/11.5-68-BX2 曲軸轉(zhuǎn)速r/min3333 活塞行程mm3604 氣缸直徑mm620 4005 活塞桿直徑mm1307 排氣量Nm3/34000

9、6 進(jìn)口壓力Mpa 1.15 2.97 進(jìn)口溫度40 408 出口壓力Mpa 2.9 6.89 出口溫度132.6 126.910 軸功率kw259012 旋轉(zhuǎn)方向從壓縮機非驅(qū)動端,面向壓縮看為逆時針驅(qū)動機 型式無刷勵磁增安型同步電動機型號TAW2900-18/260011 額定功率2900額定電壓6000V額定轉(zhuǎn)速3332、實測間隙及相關(guān)參數(shù)1十字頭與滑道間隙(圖1,H、氣缸支承環(huán)與氣缸徑向間隙(圖1,E:列數(shù) 配合間隙 測量溫度列 H0.40 E0.85 20列 H0.40 E0.66 202活塞桿徑向跳動計算用數(shù)據(jù)活塞桿直徑D=130mm,D=130mm活塞桿長度L=2462mm,L=2

10、378mm活塞桿撓度計算長度B=1840mm,B=1754mm百分表位置C=1410mm,C=1340mm,X=700mm,X=700mm行程S=360mm活塞桿重量W=246kg, W=236Kg彈性模量E = 210 GPa = 2.1×106 Kg/cm2慣性矩I=0.0982×D4=0.0491×134=1402cm43、活塞桿冷態(tài)垂直跳動計算分析1不考慮活塞桿撓度的冷態(tài)垂直徑向跳動a.列活塞桿列十字頭為反向十字頭,按照設(shè)計圖紙要求,裝配前抽掉非受力側(cè)(下側(cè)滑板與滑履之間的兩個調(diào)整墊片,其厚度為=0.20mm(在出廠前已調(diào)整完畢,DROP計算如下:=(E/

11、2- (H-/2-=(0.85/2-(0.40-0.20/2-0.20=0.125mm冷態(tài)垂直徑向跳動值=(S/L×DROP=(360/2462×0.125=0.02mmb.列活塞桿列十字頭為正向十字頭,按照設(shè)計圖紙要求,裝配前抽掉非受力側(cè)(上側(cè)滑板與滑履之間的兩個調(diào)整墊片,其厚度為=0.20mm(在出廠前已調(diào)整完畢,DROP計算如下:=(E/2- (H-/2=(0.66/2-(0.40-0.20/2 =0.23mm 冷態(tài)垂直徑向跳動值=(S/L×DROP=(360/2378×0.23=0.04mm 2 活塞桿撓度的冷態(tài)垂直徑向跳動 a. 列活塞桿 W

12、fC= 48EIB f1410=(246/(48×2.1×106×1402×184× (3×184×1413-2×1414-1843×141=-0.001cm=-0.01mm f(C-S=f1050=-0.0025cm=-0.025mm 百分表位置 C 的冷態(tài)垂直徑向跳動值=0.01-0.025=-0.015 同理，百分表位置 X 的冷態(tài)垂直徑向跳動值=0.03-0.02=0.01 b. 列活塞桿 W fC= 48EIB f1340=(246/(48×2.1×10 ×1402

13、×175× (3×175×1343-2×1344-1753×134=-0.001cm=-0.01mm f(C-S=f980=-0.0025cm=-0.025mm 活塞桿撓度的冷態(tài)垂直徑向跳動值=0.01-0.025=-0.015 同理，百分表位置 X 的冷態(tài)垂直徑向跳動值=0.03-0.02=0.01 3 活塞桿的冷態(tài)垂直徑向跳動值 經(jīng) 1、2條計算結(jié)果，綜合后活塞桿的冷態(tài)垂直徑向跳動值: 列活塞桿= +0.03 列活塞桿= +0.05 4、 實測及分析 在壓縮機全部組裝結(jié)束后，在氣缸與滑道同心度找正合格、氣缸與滑道水平 度合格的情況

14、下測得活塞桿冷態(tài)跳動值如下： 列數(shù) 列 列 垂直跳動值 +0.03 +0.08 水平跳動值 0.02 0.03 測量方向 從軸側(cè)到蓋側(cè) 從軸側(cè)到蓋側(cè) 6 (3BC3-2C4-B3C (3BC3-2C4-B3C 實測水平方向跳動值符合 API618 的要求，實測垂直方向冷態(tài)跳動值與計算 值相吻合，這說明氣缸與滑道的同心度較好、壓縮機各零件裝配質(zhì)量及安裝精 度達(dá)到設(shè)計要求。 5、 熱態(tài)活塞桿垂直徑向跳動值 1 材質(zhì)線膨脹系數(shù) 序號 1 2 3 4 部件 一級活塞 二級活塞 支承環(huán) 十字頭 材質(zhì) JT25-45 JT25-45 4F-4 ZG230-450 線膨脹系數(shù)(1/ 10×10-6

15、 10×10-6 7.6×10-5 11×10-6 適用溫度 20200 20200 25200 20200 填充四氟乙烯線膨脹系數(shù)(1/ 100%4F+40% 玻璃纖維+5% 石墨 6.65×10-5 1.72×10-5 活塞環(huán) 灰色 100%4F+25% 青銅+20%玻 璃纖維+10% 石墨+5%炭黑 7.58×10-5 1.91×10-5 支承環(huán) 淺黑色 100%4F+40% 青銅+20%玻 璃纖維+10% 石墨 7.87×10-5 1.91×10-5 活塞環(huán) 深黑色 性能 100%4F+40% 玻

16、璃纖維 垂直方向 水平方向 使用場合 顏色 6.45×10-5 1.65×10-5 活塞環(huán) 白色 2 一級活塞桿熱態(tài)垂直徑向跳動值 a. 活塞膨脹量 活塞直徑取活塞支承環(huán)槽處的最小直徑D1=603.65mm，t2取排氣溫度 132.6 ，t1取測量間隙時溫度 20，則膨脹量計算如下： D1=(t2-t1×D1=10×10-6×112.6×603.65=0.67mm b. 支承環(huán)膨脹量 支承環(huán)厚度為 s=8mm s=(t2-t1×s=76×10-6×112.6×8=0.07mm c. 熱態(tài)時活塞中

17、心向上位移量 1=D1/2 s=0.40mm d. 十字頭中心向上位移量 十字頭直徑D3=540mm，t2取十字頭運行溫度 60 -6 2=(t2-t1×D3/2=11×10 ×40×270=0.12mm 0.42 0.11 0.32 e. 熱態(tài)垂直跳動值 DROP熱=e熱-h熱=(0.85/2 0.40-(0.12-0.10=0.005mm 熱態(tài)垂直跳動值=S/L × DROP熱=0.001mm 3 二級活塞桿熱態(tài)垂直徑向跳動值 按照上述一級活塞桿熱態(tài)垂直徑向跳動值方法計算，二級活塞熱態(tài)垂直徑向 跳動值為 0.005mm 4 分析 根據(jù)活塞桿熱態(tài)垂直徑向跳動值計算