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活塞式压缩机的故障及其原因和措施作者：任玉祥出处：阅读：发布时间：2006-10-17 9:06:00供稿：（一）、常见故障及其原因和措施1.排气量不足：1.1 进气滤清器的故障：积垢堵塞，使排气量减少；吸气管太长，管径太小，致使吸气阻力增大影响了气量，要定期清洗滤清器。
1.2 压缩机转速降低使排气量降低：空气压缩机使用不当，因空气压缩机的排气量是按一定的海拔高度、吸气温度、湿度设计的，当把它使用在超过上述标准的高原上时，吸气压力降低等，排气量必然降低。
1.3 气缸、活塞、活塞环磨损严重、超差、使有关间隙增大，泄漏量增大，影响到了排气量。
属于正常磨时，需及时更换易损件，如活塞环等。
属于安装不正确，间隙留得不合适时，应按图纸给予纠正，如无图纸时，可取经验资料，对于活塞与气缸之间沿圆周的间隙，如为铸铁活塞时，间隙值为气缸直径的0.06／100～0.09／100；对于铝合金活塞，间隙为气径直径的0.12／100～0.18／100；钢活塞可取铝合金活塞的较小值。
1.4 填料函不严产生漏气使气量降低。
其原因首先是填料函本身制造时不合要求；其次可能是由于在安装时，活塞杆与填料函中心对中不好，产生磨损、拉伤等造成漏气；一般在填料函处加注润滑油，它起润滑、密封、冷却作用。
1.5 压缩机吸、排气阀的故障对排气量的影响。
阀座与阀片间掉入金属碎片或其它杂物，关闭不严，形成漏气。
这不仅影响排气量，而且还影响间级压力和温度的变化；阀座与阀片接触不严形成漏气而影响了排气量，一个是制造质量问题，如阀片翘曲等，第二是由于阀座与阀片磨损严重而形成漏气。
1.6 气阀弹簧力与气体力匹配的不好。
弹力过强则使阀片开启迟缓，弹力太弱则阀片关闭不及时，这些不仅影响了气量，而且会影响到功率的增加，以及气阀阀片、弹簧的寿命。
同时，也会影响到气体压力和温度的变化。
1.7 压紧气阀的压紧力不当。
压紧力小，则要漏气，当然太紧也不行，会使阀罩变形、损坏，一般压紧力可用下式计算：p=kπ/4 D2P2，D为阀腔直径，P2为最大气体压力，K为大于1的值，一般取1.5～2.5，低压时K＝1.5～2.0，高压时K＝1.5～2.5。
往复式压缩机活塞杆断裂分析摘要：通过分析往复式压缩机活塞杆断裂原因，找出防止活塞杆断裂的措施。
关键词：往复惯性力；疲劳强度；水击在各类压缩机中，往复式压缩机在各行业应用比较广泛，尤其在化工行业的老企业中。
在压缩机的使用中往往都出现过活塞杆突然断裂的设备事故。
如发现及时损失不大，如不及时则会给企业造成严重损失：轻则撞坏气缸盖；重则撞坏十字头、连杆、曲轴，甚至造成停产。
本文通过对断裂原因的分析，提出相应的预防措施，以避免或减少活塞杆断裂的发生。
1设备简介我公司低压机设备型号为6M40-394/24-BX型往复式半水煤气压缩机，该机组曲轴转速为333r/min，活塞杆的直径为100mm，材质为42CrMoE合金钢。
在运行期间，二段活塞杆因在检修、检查过程中发现活塞杆直径磨损超标（标准：磨损量≥0.30mm）而更换。
2活塞杆断裂具体分析从现场断裂裂纹情况分析，断口的部分横截面已经被断裂活塞杆的另一端撞击，研磨光滑，但从断口变形情况和断口表面研磨的情况可以推测，活塞杆属于疲劳断裂。
如果是正拉断形式断裂，在断口的周围将产生明显的缩颈现象，如果是扭断或是扭转疲劳，那么断口应该与轴线呈现出45度的扭断，最后断区有明显变形，产生脆性断裂。
但从现场看，断裂面比较平整，没有缩颈和45度的扭断现象，说明活塞杆断裂不是被拉断和扭断的，可能是疲劳引起的断裂。
因为在大载荷作用下，无论是扭断、还是拉断均将导致断口周围发生明显的变形，只有疲劳断口才不会有明显的变形，而实际断裂活塞杆的断口恰好属于这种情况。
活塞杆断口表面局部可见因裂纹扩展的不连续性而造成的众多细小台阶(即河流花样，河流花样的上游即指向裂纹源)。
从断口取样放大的图可以看出，裂纹源位于活塞杆表面螺纹的根部,并由表面向内扩展。
根据断口表面比较平整且塑性变形痕迹比较少等特点，可以判断裂纹是以比较缓慢的速度扩展，结合活塞杆交变的工作应力状态，活塞杆的断裂属于疲劳断裂。
另根据断裂活塞杆的断裂面与活塞杆轴线约呈45°角，断裂裂纹在活塞杆表面螺纹根部形成，并沿径向向活塞杆中心扩展，最终瞬断区在活塞杆心部,显示出活塞杆呈现明显的疲劳断裂特征。
浅析往复式压缩机活塞杆断裂原因摘要：在当代的工业产业中往复式压缩机已经成为了不可取代的设备。
确保机器的灵活运转、零件间接触的顺畅是保障机器正常运作的关键。
在机器的众多潜在隐患中最主要的是往复式压缩机活塞杆的断裂现象，是工程中最常出现也是伤害最大的问题。
每次断裂的发生会发生连锁反应，机组会随之发生第二次断裂，进而产生更严重的破坏，严重的可能会发生爆炸等。
因此，在日常工作中需要提前做好预防措施，防患于未然。
通过对往复式压缩机活塞杆的研究，来探讨改善措施，为安全度的提升贡献自己的力量。
关键词：压缩机；断裂；原因；措施；分析1导言往复式压缩机在工业领域有着重要的应用，在其使用过程中一旦活塞杆发生断裂，会导致机组的二次破坏，从而引发严重泄露、爆炸等事故，威胁生产安全。
所以要对其断裂的原因进行深入的分析。
希望能够为安全生产作出一点贡献。
2伤害/事故案例分析2.1案例分析2019年3月13日14:54分1#CO2压缩机传出剧烈撞击声。
随后，微机显示1#机四段进气14:54分由2.99MPa上升至3.58MPa，五段进气由6.74MPa降至5.42MPa，主电机电流由148A下降至112A，同时，2#机四段进气由3,0MPa上升至3.5MPa，五段进气由6.8MPa上升至7.5MPa，当班操作判定为1#机发生严重设备故障，立即采取停机处理，15:00完成停机。
经维修人员现场检查确认四段活塞杆断裂、十字头及接合器损坏。
2.2证据和事实（现场图片）现场调查取证；2.3立即采取的行动1).停机检查活塞杆结合器部位，对损坏结合器（无法正常从活塞杆上去下）进行拆卸切割；2).打开四段十字头观察口检查四段活塞杆、十字头等部位，对十字头部件、活塞组件、连杆大瓦等部件进行更换；同时对各部位连接尺寸按照技术要求进行核查（十字头滑道间隙0.35mm（标准：0.3mm～0.46mm）；大瓦间隙0.23mm （标准：0.19～0.294mm）；活塞止点间隙盖侧4.4mm（标准：5±0.5mm）、轴侧 4.4mm（标准：4±0.5mm）；活塞杆冷态跳动量⊥0.05mm，∥0.04mm（标准：0.07mm以内），各部位技术指标均在设备安装指标范围内（后附上次检修数据）。
压缩机发生的事故——断裂事故
曲轴断裂大多在轴颈与曲臂的圆角过渡处，其原因大致有如下几种：过渡圆角太小，r<0.06d（d为曲轴轴颈）；热处理时，圆角处未处理到，使交界处产生应力集中；圆角加工不规则，有局部断面图片；长期超负荷运转，以及有的用户为了提高产量，随便增加转速，使受力状况恶化；材质本身有缺陷，如铸件有砂眼、缩松等。
此外还有在曲轴上的有空处起裂而造成折断的。
连杆的断裂表现为连杆螺钉断裂，其原因有：连杆螺钉长期使用产生塑性变形；螺钉头或螺母在大头端面接触不良产生偏心负荷，此负荷可大到使螺栓受单纯轴向拉力的7倍多。
因此，不允许有任何微笑的歪斜，接触应均匀分布，接触点断开的距离最大不得超过圆周的1/8。
活塞杆断裂的主要断裂的部位是与十字头连接的螺纹处以及紧固活塞的螺纹处。
这两处是活塞杆的薄弱环节，由于涉及上的疏忽、制造商的牧户以及运转上的原因，经常发生断裂。
若保证设计、加工、材质上都都没有问题，在安装时预紧力不得过大，但最大作用力达到屈服极限时活塞杆就会断裂。
在长期运转后，由于气缸过渡磨损，卧式系列中的活塞会下沉，从恶如崩使连接螺纹处产生附加载荷，再运转下去，有可能使活塞杆断裂。
这一点在检修时应特别注意。
此外，由于其他部位的损坏，使活塞杆收到了强烈的冲击时，都有可能8使活塞杆断裂。
气缸、缸盖破裂有如下几种情况：对于水冷式机器，，在冬天运转停车后，若忘掉将气缸、缸盖内的冷却水放净，冷却水会结冰9而胀破气缸以及缸盖；由于在运转中断水而未及时发现，使气缸温度升高，而又突然放入冷却水，气缸炸裂；由于四点间隙太小，活塞螺母松动，以及掉入缸内金属物和活塞上的丝堵脱出等原因，都会使活塞撞击缸盖，使其破裂。
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第16卷第1期2004年3月江苏工业学院学报JOURNAL OF JIANGSU POLYTECHNIC UNIVERSITYVol.16No.1Mar.2004文章编号：1005-8893（2004）01-0005-04活塞压缩机曲轴断裂原因分析*赵会军，王树立（江苏工业学院机械工程系，江苏常州213016）摘要：某厂活塞压缩机曲轴突然断裂，经过应力分析与计算、材质分析与材料性能试验、断口分析和金相组织分析，结果表明，原始缺陷是该曲轴断裂的主要原因，而沿轴向和环向晶间裂纹源是裂纹的起因。
并提出曲轴除强度设计外，还应注意材料的选择、材料检查和考虑共振等几点建议。
关键词：压缩机；曲轴；断裂分析中图分类号：TQ052.504；TE966.04 文献标识码：A1 问题的提出某炼厂芳烃车间K302压缩机曲轴于2000年12月27日发生断裂，断裂发生在距转轮端部200mm处。
为查清断裂原因，以防此类事件再次发生，减少经济损失和影响生产，并对曲轴重新制造提出建议，受厂方委托，对该曲轴进行了全面分析。
压缩机曲轴是压缩机主要的传动部件，压缩机曲轴受力状态比较复杂：受到弯矩、剪力、扭矩等的综合作用。
从制造材质来看，压缩机曲轴大多由铸铁（如球墨铸铁）、铸钢（如铬钢）等经热处理工艺后制造。
受力大小、结构的合理性，热处理的工艺以及处理效果的好坏都直接影响曲轴的使用寿命［1］。
一般曲轴的荷载不是很高，因它长期旋转，在一定的周期载荷作用下，又是一个旋转疲劳问题。
因此要查清曲轴断裂原因，必须从材料性能、受力状态、金相组织等多方面做工作。
通过对断裂后曲轴的综合分析，查清了该压缩机曲轴断裂原因，并提出了用于此类工况下曲轴的材料选取、制造工艺以及安装使用过程中应注意的主要问题。
2 宏观检查及分析2.1 压缩机曲轴基本数据曲轴直径100mm；曲轴飞轮直径1600mm；压缩机功率50kW；压缩机转速210r/min；键槽深6mm；键槽宽30mm；初步提供曲轴材料：球墨铸铁；曲轴结构形式：!型。
2.2 测量数据曲轴直径100mm；断口断面距轴头端面（平均）约150mm；断口断面最低点在键槽2/3处，距轴头端面135mm；断口断面最高点与键槽成80º角，距轴头端面170mm；断口断面另一高点距轴头端面166mm；断口表面凹凸不平，中心部分略有倾斜。
如图1所示。
图1 断裂面位置示意图断口宏观观察，有明显的疲劳断裂扩展纹，可以断定在疲劳断裂前裂纹扩展特别迅速。
见图2。
断口边界有较明显的多处裂纹源。
断口中心部*收稿日期：2003-10-16作者简介：赵会军（1965-），男，河北保定人，高级工程师，现从事油气管输技术及流体过程机械方面研究。
图2 曲轴断裂断面示意图分约占轴横断面面积1/4～1/3的瞬时断裂区或静断面。
瞬时断裂区或静断面为脆性断口。
3 材料性能及金相组织分析为查清断裂原因，查清曲轴材料性能是一个必不可少的条件。
3.1 材料硬度测试及分析经打磨后，在材料表面进行硬度测试，结果如表1所示。
表1 硬度测试结果硬度类别测试点1234平均值LD529557565566554HB234276284-263HV250286282281274按LD=554硬度值计算可得!b=928MPa；按HV=274硬度值查表可得!b=920MPa；按HB=263硬度值查表可得!b=898MPa；由CVDA-1984附录E：!s =3.28HV-221（用于母材），!s-屈服限，MPa；计算得!s=677MPa；按HV=274，由机械手册可以查得碳钢!b=961MPa；铬钢!b =920MPa；铬钒钢!b=909MPa；不分钢种!b=917MPa。
3.2 光谱分析目的：充分确定曲轴材料。
手段：在打磨后的曲轴段上，进行光谱分析。
光谱分析认定，该曲轴金属材料含铬、锰等金属元素，经与标准试样对比并查《结构钢手册》（河北科学出版社），初步认定该曲轴材料为铬钢［2］。
3.3 金相组织分析曲轴经打磨、抛光、电化学腐蚀，进行金相组织观察拍片，如图3所示。
图3 金相组织（×100）从金相组织来看，为铸造组织，典型胞状等轴晶体。
其组织为δ铁素体+珠光体，组织正常，但有沿晶间走向的裂纹。
由上述3.1、3.2、3.3认定该曲轴材料为铬钢。
由《结构钢手册》和《石油化工常用国内外金属材料手册》各种铬钢的化学成分和机械性能如表2、表3所示［2，3］。
表2 几种铬钢化学组成钢号30Cr20Cr34Cr4C0.27～0.340.17～0.240.30～0.37Si0.20～0.400.20～0.40≤0.04Mn0.50～0.800.50～0.800.60～0.90P≤0.04≤0.04≤0.035S≤0.04≤0.04≤0.035Cu≤0.30≤0.300Cr0.80～1.100.70～1.000.27～0.34从化学成分看，我国铬钢除铬、锰外，尚有少量铜元素。
表3 几种铬钢机械性能钢号!b/MPa!s/MPa8%41%"k回火温度30Cr882686≥1145≥6淬火860℃回火500℃833539≥1252≥6淬火855℃回火400℃891.8529.2≥1152≥6淬火855℃回火300℃20Cr833539≥1040≥6热处理后34Cr4690～8304601550DVM48-铬钢中铬能增强钢的淬透性，提高强度和耐磨性。
其缺点是有回火脆倾向，表层碳浓度较高、较脆［4～7］。
20Cr具有较好冷变形塑性、焊接性能中等和切削加工性能较好。
奥氏体晶粒易长大，渗碳需加热、淬火，油淬。
一般用于制作工作速度较高、截面容积大、强度高、耐磨损的部件，如套管、联轴节、齿轮、凸轮、轴和轴承套等。
·!·江苏工业学院学报2004年30Cr 一般也用于制作轴、连杆、螺栓、齿轮等。
从以上分析，我们认为该曲轴材料并非球墨铸铁，而是铬钢，其性能指标为!s =677MPa ，!b =900MPa 。
4 曲轴断裂面强度计算分析曲轴断面受有转动形成的扭矩、曲轴自重引起的断面剪力、曲轴自重引起的断面弯矩，考虑键槽应力集中等因素，三者综合作用，按照最大剪应力理论（第三强度理论）断裂面上的最大应力值为"max =133.41MPa ，若取"s =677MPa ，断面上的最大应力也只为19.71%"s 。
由计算可见，曲轴的应力水平不高，按疲劳强度完全可在无限寿命以下，即在设计寿命中，曲轴是不会单单因为疲劳而断裂的［8］。
5 曲轴断口分析断口分析是疲劳断裂破坏分析研究的一个重点环节。
通过断口分析可确定裂纹源出现的部位、裂纹的扩展，从而结合应力分析及材料性能，确定曲轴是脆性断裂、弹塑性断裂还是疲劳到一定程度的断口。
断面分：①裂纹源区。
裂纹源一般出现在断裂面的高应力区或原始缺陷区。
②裂纹扩展区。
经过多次周期载荷作用下扩展的部位，裂纹扩展区表面可见分层的疲劳纹。
③瞬时断裂区或静断区。
静断区是裂纹扩展到一定程度，在同样动静载荷作用下的拉断或剪断的区域。
该曲轴断口有明显的裂纹源、疲劳扩展纹和静断面，断口为多源疲劳脆性断口。
断口有多处裂纹源，见图2。
①为平滑较大的裂纹源。
③为与①基本对称的平滑裂纹源。
②、④、⑤为尖角型裂纹源。
裂纹源区显微镜下观察如图4所示。
裂纹扩展区，见图5。
疲劳纹清楚，特别在后期扩展层较明显，说明疲劳断裂后期扩展迅速。
瞬时断裂区或静断区在轴中部，见图6。
断裂面平坦略有倾斜，静断区面积约占截面总面积的1/4～1/3左右。
可见在最后断裂前，受载面是小到一定程度，而且不对称，又有裂纹形成应力集中，应力已超过材料强度极限而断裂的。
图4 裂纹源区（×20）图5 裂纹扩展区（×20）图6 瞬时断裂区或静断区（×20）断裂面有两处以上较大的尖角，此处为轴向晶间裂纹源所致。
如图2中，裂纹源区①、③两处，面积相当大、平滑，为环向晶间裂纹源和原始表面缺陷所致。
6 曲轴断裂原因结论根据以上分析，曲轴断裂原因可分为材料缺陷等多种因素：①曲轴金相组织分析（图3）可见，·!·赵会军等.活塞压缩机曲轴断裂原因分析曲轴有沿轴向和环向晶间裂纹源，这是裂纹的起因。
断口多处尖角、多裂纹源可以证明此点。
②断口分析可见，在断面上有明显的原始材料缺陷，这是造成该曲轴断裂的主要原因。
③曲轴转动过程中的偏心和转动中的振动使裂纹扩展加速，致使裂纹扩大。
曲轴断面的凹凸不平及断面的倾斜就说明后期断面应力不对称性。
④材料强度偏高，断裂韧性不好，冲击值低，热处理效果不好，也是造成其断裂的因素之一。
7 几点建议从该曲轴断裂分析可以看到，曲轴除强度设计外，应注意以下几点：①在选材时，应考虑选用材料的热处理性能、韧性和抗疲劳性。
②曲轴加工后应做全面的缺陷检查，确保无原始缺陷。
③低转速的压缩机曲轴，如本压缩机转速210r /min ，圆频率约为3.5Hz ，它往往与结构自振频率接近，容易引起共振，应引起注意。
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