潘祝新，王永

(江蘇中能硅業(yè)科技發(fā)展有限公司，江蘇徐州221004)

[摘要]：補(bǔ)充氫氣壓縮機(jī)是多晶硅行業(yè)氯氫化裝置中的關(guān)鍵設(shè)備，它為生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行不斷的補(bǔ)充高純氫氣，其穩(wěn)定而高效的運(yùn)行對(duì)于生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及提高氯硅烷產(chǎn)量起到十分重要的作用。本文針對(duì)GD4型隔膜壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)的運(yùn)轉(zhuǎn)部件異常磨損的原因，從受力、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行分析并針對(duì)性的提出改進(jìn)措施，結(jié)果表明，通過改進(jìn)后的壓縮機(jī)組運(yùn)行可靠性大大提高，能夠滿足生產(chǎn)的需要。

[關(guān)鍵詞]：隔膜壓縮機(jī)；十字頭銅套；磨損；綜合活塞力

中圖分類號(hào)：TH456 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1006-2971(2020)05-0058-04

1 引言

隔膜式壓縮機(jī)是一種特殊結(jié)構(gòu)的容積式壓縮機(jī)，它是靠隔膜在氣缸中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)來壓縮和輸送氣體的往復(fù)壓縮機(jī)，主要由工作腔部分、傳動(dòng)部分、機(jī)身部分組成。由于動(dòng)密封處在液壓油一側(cè)，并不接觸氣體，所以不存在氣體密封的動(dòng)態(tài)泄漏，同時(shí)，為使壓縮機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，液壓限制器必須提供高于排氣壓力的峰值油壓[1]。隔膜壓縮機(jī)具有壓縮比大、密封性好、壓縮氣體不受潤滑油和其它固體雜質(zhì)所污染的特點(diǎn)，因此適于壓縮高純度、易燃易爆、有毒有害等氣體。

2 存在的問題

GD4-1450/11-25型隔膜壓縮機(jī)在多晶硅行業(yè)氯氫化系統(tǒng)中起到十分重要的作用，它為系統(tǒng)穩(wěn)定循環(huán)不斷補(bǔ)充高純氫氣，目前，氯氫化系統(tǒng)中共有6臺(tái)該型號(hào)壓縮機(jī)。但是自該型設(shè)備投用以來，卻一直存在運(yùn)轉(zhuǎn)部件使用壽命短的詬病，其中十字頭銅套一般僅能使用1500 h左右就因?yàn)槟p嚴(yán)重而必須更換，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于大機(jī)組8000 h的檢修周期要求，另外，十字頭、連桿等其它運(yùn)轉(zhuǎn)部件也同時(shí)出現(xiàn)一定程度的異常磨損，見表1。但這一異常現(xiàn)象僅在氫化裝置同型號(hào)的機(jī)組中出現(xiàn)，其它型號(hào)隔膜壓縮機(jī)組從裝置開車投用以來，一直運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，從未出現(xiàn)類似情況。由于頻繁停機(jī)檢修，一方面造成維修費(fèi)用急劇攀升，

另一方面也給檢維修工作及維修員工帶來較大的心理壓力；由于設(shè)備不能長周期運(yùn)行，甚至在一定程度上也影響了整套生產(chǎn)裝置的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，大大制約了三氯氫硅的產(chǎn)量。

3 原因分析

通過對(duì)機(jī)組油路特點(diǎn)、損壞零件損壞部位的比較及與其它型號(hào)機(jī)組相似零部件的對(duì)比，初步推測(cè)造成運(yùn)轉(zhuǎn)部件非正常磨損的根本原因應(yīng)是十字頭銅套異常磨損，十字頭銅套嚴(yán)重磨損后，造成潤滑油泄漏嚴(yán)重，潤滑油管路壓力下降，從而造成其它運(yùn)轉(zhuǎn)部件也出現(xiàn)非正常磨損。而造成十字頭銅套異常磨損可能包括以下原因：

(1)工作部位受力過大：隔膜壓縮機(jī)是利用活塞壓縮上(前)腔的潤滑油增壓推動(dòng)一組膜片工作的，當(dāng)活塞腔內(nèi)的潤滑油被壓縮到一定壓力時(shí)，靠近活塞側(cè)十字頭銅套內(nèi)壁上將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很大承載力，而與這個(gè)力有一定關(guān)系的機(jī)組油缸內(nèi)的工作油壓是產(chǎn)生這個(gè)力的根本(圖1)，系統(tǒng)壓力越高，油壓就越高，這個(gè)力就越大。如果系統(tǒng)壓力出現(xiàn)波動(dòng)或油壓限壓閥失靈均可能造成工作油壓上升較大，從而使十字頭銅套將承受超出正常范圍的承載力。

(2) 配合間隙影響：該型機(jī)組十字頭銷為直銷，在十字頭體上的銷孔中設(shè)有銅套，其在銷座中的配合為間隙配合，允許十字頭銷在其中產(chǎn)生一定的轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣的結(jié)構(gòu)可防止當(dāng)連桿小頭襯套與十字頭銷產(chǎn)生咬合時(shí)，可由此來補(bǔ)償。而作用于十字頭銷的是一空間力系，分別受到連桿軸套的作用力，活塞桿通過十字頭體傳來的綜合活塞力以及滑道給十字頭的反作用力，這3個(gè)作用力互相平衡[2]。但機(jī)組經(jīng)過運(yùn)行一段時(shí)間后，隨著運(yùn)行時(shí)間的延長，十字頭銅套與十字頭銷、十字頭銷座之間的間隙必然逐漸增大，雖可能仍未超過標(biāo)準(zhǔn)要求的正常范圍，但由于受加速度的影響，在往復(fù)力的作用下，十字頭銷、十字頭體對(duì)銅套的沖擊力必然較小間隙時(shí)增大，且由于間隙大、沖擊力大，在銅套內(nèi)壁不易形成油膜；另外，機(jī)組進(jìn)、排氣閥出現(xiàn)故障，也會(huì)對(duì)活塞力產(chǎn)生較大的影響，導(dǎo)致“反向角”偏離設(shè)計(jì)要求[3]，這些情況都會(huì)造成十字頭銅套急速磨損。

(3) 十字頭銷設(shè)計(jì)缺陷：十字頭銷設(shè)計(jì)為一端封閉，一端開孔的直銷，雖然開孔端采用薄鋼板封閉，但并沒有采取可靠有效的固定措施，在反復(fù)交變載荷和潤滑油壓的共同作用下，盲板經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)甚至脫落(圖2)，從而造成潤滑油從十字頭銷體側(cè)面泄漏，如果潤滑油泄漏量較大，就會(huì)造成潤滑油內(nèi)部循環(huán)管路油壓大幅度降低甚至斷路(圖3)，進(jìn)而使十字頭孔和十字頭銷及其

它運(yùn)轉(zhuǎn)部件得不到足夠的潤滑油而異常磨損。

(4) 十字頭銷孔銅套設(shè)計(jì)：通過與其它型號(hào)的壓縮機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)際運(yùn)行工況參數(shù)比較(表2)，借助熱動(dòng)力計(jì)算軟件模擬計(jì)算，可得到壓縮機(jī)受力分析波形圖，根據(jù)壓縮機(jī)入口氣體壓力、溫度和出口氣體壓力可計(jì)算出機(jī)組各列氣體力及綜合活塞力(圖4、5)。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，GD型機(jī)組綜合活塞力遠(yuǎn)大于GL型機(jī)組，因此，GD型機(jī)組的十字頭銅套承載的負(fù)荷也就比GL型機(jī)組大，GD型機(jī)組銅套的規(guī)格相應(yīng)的應(yīng)不小于GL型機(jī)組銅套的規(guī)格。但通過十字頭銷孔銅套規(guī)格尺寸測(cè)量對(duì)比發(fā)現(xiàn)，兩型機(jī)組十字頭軸套外徑和內(nèi)徑尺寸雖然都一樣，GD型機(jī)組的十字頭的銅套的長度卻還小于GL型機(jī)組十字頭銅套的長度，這就造成GD型機(jī)組銅套比壓遠(yuǎn)大于GL型機(jī)組，這說明GD型機(jī)組在這一點(diǎn)設(shè)計(jì)上存在不足，不夠合理。

4 改進(jìn)措施及結(jié)果

為了解決機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)部件頻繁損壞問題，從長周期運(yùn)行角度考慮，改善機(jī)組運(yùn)行環(huán)境，通過上述情況綜合分析擬定改進(jìn)方案：

(1)在保證裝配質(zhì)量的前提下，盡量減小十字頭軸套和銷軸的配合間隙，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)[4]經(jīng)驗(yàn)公式σ=(0.0007～0.0012) d (mm)

式中σ———十字頭銷與軸套間隙，mm

d———十字頭銷直徑，mm

確保兩者間隙控制在靠近正常范圍的低限，一般控制間隙≤0.0008 d，減少機(jī)組運(yùn)行時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)部件之間的撞擊力，利于油膜形成。

(2) 適當(dāng)?shù)募娱L十字頭銅套的長度來增強(qiáng)銅套的承載能力，減少銅套的比壓，考慮到備件尺寸及通用性，可直接采用GL型機(jī)組銅套、十字頭銷，根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)計(jì)算[5]，改造后，軸套的比壓較改造前減少17.86%，見表3，效果明顯。

(3)由于采用GL型機(jī)組銅套及十字頭銷，長度尺寸增加，原固定擋圈已不能使用。現(xiàn)取消原十字頭擋圈設(shè)計(jì)，在十字頭兩側(cè)凸臺(tái)部位加工螺栓孔，用盲板在十字頭兩側(cè)封堵十字頭銷孔(圖6)，防止十字頭銷意外脫落造成大量漏油或損壞運(yùn)轉(zhuǎn)部件。

5 結(jié)語

通過先期更換一套裝置2臺(tái)GD型壓縮機(jī)組十字頭組件進(jìn)行試驗(yàn)，經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行后拆檢，十字頭銅套均再未出現(xiàn)改造前的異常磨損現(xiàn)象，改造后的機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)間均能超過6000h以上，能基本滿足裝置正常生產(chǎn)的需求[6]，改造后經(jīng)濟(jì)效益明顯，見表4。

通過對(duì)其它裝置同類型機(jī)組改造后，一方面減少了備品備件、潤滑油等的消耗，節(jié)省了維修費(fèi)用；另一方面，檢修頻次大大降低，減少了檢修勞動(dòng)強(qiáng)度，間接效益突出，更重要的是為生產(chǎn)系統(tǒng)的長周期、安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。

參考文獻(xiàn)：

[1] Paul C.Hanlon.壓縮機(jī)手冊(cè)[M].北京：中國石化出版社，2003.

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[3] 劉軍峰.往復(fù)壓縮機(jī)連桿小頭瓦燒損原因分析及改進(jìn)措施[J].壓縮機(jī)技術(shù)，2015，(5)：62-64.

[4] SHS 01020-2004，活塞式壓縮機(jī)維護(hù)檢修規(guī)程[S].

[5] 《活塞式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫組.活塞式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1974.

[6] 潘祝新.用于流化床顆粒硅生產(chǎn)的循環(huán)氫壓縮機(jī)拉缸原因分析與改善探討[J].壓縮機(jī)技術(shù)，2017，(4)：40-57.

作者簡(jiǎn)介：潘祝新(1980-)，男，江蘇鹽城人，工程師，碩士，工業(yè)工程專業(yè)，現(xiàn)從事化工行業(yè)設(shè)備管理工作。E-mail：panzhuxin@gcl-power.com

總結(jié)

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