論活塞桿的徑向跳動(dòng)在往復(fù)式壓縮機(jī)施工中的應(yīng)用

1、論活塞桿的徑向跳動(dòng)在往復(fù)式壓縮機(jī)施工中的應(yīng)用近年來(lái),隨著國(guó)外技術(shù)的不斷引進(jìn),在施工中不斷應(yīng)用國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)。在臥式往復(fù)壓縮機(jī)施工中應(yīng)用API618中活塞桿的徑向跳動(dòng)技術(shù)就是一個(gè)很好的例證,活塞桿的徑向跳動(dòng)技術(shù)在我公司甚至國(guó)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(dú)特的見(jiàn)解。活塞桿徑向跳動(dòng)是一種用于確定活塞桿在對(duì)于氣缸和十字頭對(duì)中的水平和垂直兩個(gè)位置上運(yùn)行時(shí)對(duì)中變化的測(cè)量準(zhǔn)則,即通過(guò)確定活塞桿在其整個(gè)行程中用百分表在水平和垂直兩個(gè)位置上的讀數(shù)變化值與設(shè)計(jì)理論計(jì)算期望的冷態(tài)下活塞桿徑向跳動(dòng)值比較來(lái)檢驗(yàn)氣缸和十字頭對(duì)中?；钊麠U徑向跳動(dòng)是一種安裝和日常維修后的方便的現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)找正的方法。下面

2、我對(duì)活塞桿徑向跳動(dòng)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(dòng)形成原因:1、活塞與氣缸的冷態(tài)運(yùn)行間隙和十字頭與滑道的冷態(tài)運(yùn)行間隙不同;2、活塞桿自重生產(chǎn)的撓度;3、氣缸與滑道對(duì)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(jī)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(dòng)最終目標(biāo)活塞桿徑向跳動(dòng)最終目標(biāo)是使壓縮機(jī)熱態(tài)(制冷壓縮機(jī)是冷態(tài)運(yùn)行時(shí),理想的熱態(tài)活塞桿徑向跳動(dòng)值為每毫米行程不超過(guò)0.00015mm。這是最終分析氣缸與十字頭滑道對(duì)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(jī)是否能夠正常運(yùn)行和壓縮機(jī)的使用壽命。¾水平徑向跳動(dòng)水平徑向跳動(dòng)是用來(lái)指示以十字頭滑道通過(guò)中體到氣缸的水平對(duì)中的準(zhǔn)則,因?yàn)樗綇较蛱鴦?dòng)不管機(jī)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(dòng)不受活塞桿自重?fù)隙扔绊?所以不必計(jì)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(duì)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(dòng)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(duì)中時(shí)正常的冷態(tài)垂直活塞桿徑向跳動(dòng)就是氣缸中活塞冷態(tài)運(yùn)行間隙和十

4、字頭滑道中十字頭的冷態(tài)運(yùn)行間隙,加之正常的活塞桿下垂,行程長(zhǎng)度,活塞桿長(zhǎng)度以及百分表放在活塞桿的位置之間綜合計(jì)算的結(jié)果。1、 不考慮活塞桿撓度的冷態(tài)垂直徑向跳動(dòng)其主要是由于活塞與氣缸的冷態(tài)運(yùn)行間隙和十字頭與滑道的冷態(tài)運(yùn)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(zhǎng)度 L活塞桿下垂計(jì)算長(zhǎng)度 B 百分表位置C 活塞桿長(zhǎng)度 L 活塞桿直徑 D活塞桿徑向跳動(dòng)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(dòng) = ×DROP桿長(zhǎng)L 其中DROP=e-h通常:e 是活塞冷態(tài)運(yùn)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(shí)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(shí),h=H/2 。2、 活塞桿撓度生產(chǎn)的垂直徑向跳動(dòng)所有的水平活塞桿都存在撓度,特別對(duì)B、C、D 型中體(中體長(zhǎng)度較長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的壓縮機(jī),垂直徑向跳動(dòng)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(zhǎng)度、活塞桿重量、材質(zhì)等。 其垂直徑向跳動(dòng)計(jì)算時(shí)

6、將活塞桿視作一端簡(jiǎn)支另一端固定梁的力學(xué)簡(jiǎn)圖(十字頭端支承(自由端-活塞桿端固定,見(jiàn)下圖2所示活塞桿撓度計(jì)算的力學(xué)簡(jiǎn)圖活塞桿撓度計(jì)算長(zhǎng)度B 百分表位置C 活塞桿下垂計(jì)算長(zhǎng)度 B 百分表位置C 活塞桿長(zhǎng)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(cè)得:W活塞桿上任意點(diǎn)C撓度:f C = (3BC 3-2C 4-B 3C48EIBW活塞桿上任意點(diǎn)X撓度:f X = (3BX 3-2X 4-B 3X48EIB

7、WBEI 百分表位置X的垂直徑向跳動(dòng)值 = f X - f (X-S百分表位置C的垂直徑向跳動(dòng)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(zhǎng)度尺寸S:為活塞桿行程注意:在距十字頭端長(zhǎng)度為0.422B時(shí),活塞桿撓度出現(xiàn)最低點(diǎn),在該點(diǎn)附近放置百分表測(cè)得的垂直徑向跳動(dòng)值通常會(huì)出現(xiàn)零,故在放置百分表時(shí)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(guó)往復(fù)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)、制造現(xiàn)狀,現(xiàn)階段在設(shè)計(jì)、制造時(shí)并沒(méi)有充分考濾熱態(tài)活塞桿徑向跳動(dòng)理想的期望值,只是要求氣缸與滑道冷態(tài)的對(duì)中(要求見(jiàn)下表?，F(xiàn)場(chǎng)根據(jù)這一條件限

8、制,通過(guò)實(shí)際條件計(jì)算活塞桿徑向跳動(dòng)值來(lái)判斷、校驗(yàn)氣缸與滑道冷態(tài)的對(duì)中情況和安裝質(zhì)量,通過(guò)分析調(diào)整使熱態(tài)活塞桿徑向跳動(dòng)趨于最佳。下面以鎮(zhèn)海煉化300萬(wàn)噸/年柴油加氫精制裝置的2D80-53.4/11.5-68-BX型新氫壓縮機(jī)為例,計(jì)算分析活塞桿的跳動(dòng)情況。1、壓縮機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)參數(shù)值序號(hào) 項(xiàng) 目 1 壓縮機(jī) 型式兩列對(duì)動(dòng)平衡型往復(fù)式壓縮機(jī)2 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Nm3/340007 進(jìn)口溫度40 4010 軸功率kw259012 旋轉(zhuǎn)方向從壓縮機(jī)非驅(qū)動(dòng)端,面向壓縮看為逆時(shí)針驅(qū)動(dòng)機(jī) 型式無(wú)刷勵(lì)磁增安型同步

9、電動(dòng)機(jī)型號(hào)TAW2900-18/260011 額定功率2900額定電壓6000V額定轉(zhuǎn)速3332、實(shí)測(cè)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(cè)量溫度列 H0.40 E0.85 20列 H0.40 E0.66 202活塞桿徑向跳動(dòng)計(jì)算用數(shù)據(jù)活塞桿直徑D=130mm,D=130mm活塞桿長(zhǎng)度L=2462mm,L=2378mm活塞桿撓度計(jì)算長(zhǎng)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

10、= 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(dòng)計(jì)算分析1不考慮活塞桿撓度的冷態(tài)垂直徑向跳動(dòng)a.列活塞桿列十字頭為反向十字頭,按照設(shè)計(jì)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(gè)調(diào)整墊片,其厚度為=0.20mm(在出廠前已調(diào)整完畢,DROP計(jì)算如下:=(E/2- (H-/2-冷態(tài)垂直徑向跳動(dòng)值=(S/L×DROPb.列活塞桿列十字頭為正向十字頭,按照設(shè)計(jì)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(gè)調(diào)整墊片,其厚度為=0.20mm(在出廠前已調(diào)整完畢,DROP計(jì)算如

11、下:=(E/2- (H-/2=(0.66/2-(0.40-0.20/2 =0.23mm 冷態(tài)垂直徑向跳動(dòng)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(dòng) a. 列活塞桿 W 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

12、徑向跳動(dòng)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(dòng)值=0.03-0.02=0.01 b. 列活塞桿 W fC= 48EIB f1340=(246/(48×2.1×10 ×1402×175× (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(dòng)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(dòng)值=0.03-0.02=

13、0.01 3 活塞桿的冷態(tài)垂直徑向跳動(dòng)值 經(jīng) 1、2條計(jì)算結(jié)果，綜合后活塞桿的冷態(tài)垂直徑向跳動(dòng)值: 列活塞桿= +0.03 列活塞桿= +0.05 4、 實(shí)測(cè)及分析 在壓縮機(jī)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 度合格的情況下測(cè)得活塞桿冷態(tài)跳動(dòng)值如下： 列數(shù) 列 列 垂直跳動(dòng)值 +0.03 +0.08 水平跳動(dòng)值 0.02 0.03 測(cè)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(shí)測(cè)水平方向跳動(dòng)值符合 API618 的要求，實(shí)測(cè)垂直方向冷態(tài)跳動(dòng)值與計(jì)算 值相吻合，這說(shuō)明氣缸與滑道的同心度較好、壓縮機(jī)各零件裝配質(zhì)量及安裝精

14、 度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 5、 熱態(tài)活塞桿垂直徑向跳動(dòng)值 1 材質(zhì)線膨脹系數(shù) 序號(hào) 1 2 3 4 部件 一級(jí)活塞 二級(jí)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 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

15、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% 玻璃纖維 垂直方向 水平方向 使用場(chǎng)合 顏色 6.45×10-5 1.65×10-5 活塞環(huán) 白色 2 一級(jí)活塞桿熱態(tài)垂直徑向跳動(dòng)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(cè)量間隙時(shí)溫度 20，則膨脹量計(jì)算如下： D1=(t2-t1×D1=10

16、5;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(shí)活塞中心向上位移量 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(yùn)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(dòng)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(dòng)值=S/L × DROP熱=0.001mm 3 二級(jí)活塞桿熱態(tài)垂直徑向跳動(dòng)值 按照上述一級(jí)活塞桿熱態(tài)垂直徑向跳動(dòng)值方法計(jì)算，二級(jí)活塞熱態(tài)垂直徑向 跳動(dòng)值為 0.005mm 4 分析 根據(jù)活塞桿熱態(tài)垂直徑向跳動(dòng)值計(jì)算結(jié)果符合 API