潘祝新，王永

(江蘇中能硅業科技發展有限公司，江蘇徐州221004)

[摘要]：補充氫氣壓縮機是多晶硅行業氯氫化裝置中的關鍵設備，它為生產系統的穩定運行不斷的補充高純氫氣，其穩定而高效的運行對于生產系統的穩定性及提高氯硅烷產量起到十分重要的作用。本文針對GD4型隔膜壓縮機運轉過程中出現的運轉部件異常磨損的原因，從受力、結構設計等方面進行分析并針對性的提出改進措施，結果表明，通過改進后的壓縮機組運行可靠性大大提高，能夠滿足生產的需要。

[關鍵詞]：隔膜壓縮機；十字頭銅套；磨損；綜合活塞力

中圖分類號：TH456 文獻標志碼：B

文章編號：1006-2971(2020)05-0058-04

1 引言

隔膜式壓縮機是一種特殊結構的容積式壓縮機，它是靠隔膜在氣缸中作往復運動來壓縮和輸送氣體的往復壓縮機，主要由工作腔部分、傳動部分、機身部分組成。由于動密封處在液壓油一側，并不接觸氣體，所以不存在氣體密封的動態泄漏，同時，為使壓縮機正常運轉，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所污染的特點，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型隔膜壓縮機在多晶硅行業氯氫化系統中起到十分重要的作用，它為系統穩定循環不斷補充高純氫氣，目前，氯氫化系統中共有6臺該型號壓縮機。但是自該型設備投用以來，卻一直存在運轉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左右就因為磨損嚴重而必須更換，遠遠低于大機組8000 h的檢修周期要求，另外，十字頭、連桿等其它運轉部件也同時出現一定程度的異常磨損，見表1。但這一異常現象僅在氫化裝置同型號的機組中出現，其它型號隔膜壓縮機組從裝置開車投用以來，一直運轉平穩，從未出現類似情況。由于頻繁停機檢修，一方面造成維修費用急劇攀升，

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；由于設備不能長周期運行，甚至在一定程度上也影響了整套生產裝置的正常運轉，大大制約了三氯氫硅的產量。

3 原因分析

通過對機組油路特點、損壞零件損壞部位的比較及與其它型號機組相似零部件的對比，初步推測造成運轉部件非正常磨損的根本原因應是十字頭銅套異常磨損，十字頭銅套嚴重磨損后，造成潤滑油泄漏嚴重，潤滑油管路壓力下降，從而造成其它運轉部件也出現非正常磨損。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：隔膜壓縮機是利用活塞壓縮上(前)腔的潤滑油增壓推動一組膜片工作的，當活塞腔內的潤滑油被壓縮到一定壓力時，靠近活塞側十字頭銅套內壁上將會產生一個很大承載力，而與這個力有一定關系的機組油缸內的工作油壓是產生這個力的根本(圖1)，系統壓力越高，油壓就越高，這個力就越大。如果系統壓力出現波動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：該型機組十字頭銷為直銷，在十字頭體上的銷孔中設有銅套，其在銷座中的配合為間隙配合，允許十字頭銷在其中產生一定的轉動，這樣的結構可防止當連桿小頭襯套與十字頭銷產生咬合時，可由此來補償。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個作用力互相平衡[2]。但機組經過運行一段時間后，隨著運行時間的延長，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，雖可能仍未超過標準要求的正常范圍，但由于受加速度的影響，在往復力的作用下，十字頭銷、十字頭體對銅套的沖擊力必然較小間隙時增大，且由于間隙大、沖擊力大，在銅套內壁不易形成油膜；另外，機組進、排氣閥出現故障，也會對活塞力產生較大的影響，導致“反向角”偏離設計要求[3]，這些情況都會造成十字頭銅套急速磨損。

(3) 十字頭銷設計缺陷：十字頭銷設計為一端封閉，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，在反復交變載荷和潤滑油壓的共同作用下，盲板經常會出現松動甚至脫落(圖2)，從而造成潤滑油從十字頭銷體側面泄漏，如果潤滑油泄漏量較大，就會造成潤滑油內部循環管路油壓大幅度降低甚至斷路(圖3)，進而使十字頭孔和十字頭銷及其

它運轉部件得不到足夠的潤滑油而異常磨損。

(4) 十字頭銷孔銅套設計：通過與其它型號的壓縮機設計與實際運行工況參數比較(表2)，借助熱動力計算軟件模擬計算，可得到壓縮機受力分析波形圖，根據壓縮機入口氣體壓力、溫度和出口氣體壓力可計算出機組各列氣體力及綜合活塞力(圖4、5)。

根據計算結果，GD型機組綜合活塞力遠大于GL型機組，因此，GD型機組的十字頭銅套承載的負荷也就比GL型機組大，GD型機組銅套的規格相應的應不小于GL型機組銅套的規格。但通過十字頭銷孔銅套規格尺寸測量對比發現，兩型機組十字頭軸套外徑和內徑尺寸雖然都一樣，GD型機組的十字頭的銅套的長度卻還小于GL型機組十字頭銅套的長度，這就造成GD型機組銅套比壓遠大于GL型機組，這說明GD型機組在這一點設計上存在不足，不夠合理。

4 改進措施及結果

為了解決機組運轉部件頻繁損壞問題，從長周期運行角度考慮，改善機組運行環境，通過上述情況綜合分析擬定改進方案：

(1)在保證裝配質量的前提下，盡量減小十字頭軸套和銷軸的配合間隙，根據標準[4]經驗公式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，減少機組運行時運轉部件之間的撞擊力，利于油膜形成。

(2) 適當的加長十字頭銅套的長度來增強銅套的承載能力，減少銅套的比壓，考慮到備件尺寸及通用性，可直接采用GL型機組銅套、十字頭銷，根據相關設計手冊計算[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。現取消原十字頭擋圈設計，在十字頭兩側凸臺部位加工螺栓孔，用盲板在十字頭兩側封堵十字頭銷孔(圖6)，防止十字頭銷意外脫落造成大量漏油或損壞運轉部件。

5 結語

通過先期更換一套裝置2臺GD型壓縮機組十字頭組件進行試驗，經過一段時間的運行后拆檢，十字頭銅套均再未出現改造前的異常磨損現象，改造后的機組正常運行時間均能超過6000h以上，能基本滿足裝置正常生產的需求[6]，改造后經濟效益明顯，見表4。

通過對其它裝置同類型機組改造后，一方面減少了備品備件、潤滑油等的消耗，節省了維修費用；另一方面，檢修頻次大大降低，減少了檢修勞動強度，間接效益突出，更重要的是為生產系統的長周期、安全、穩定運行提供了保障。

參考文獻：

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

[2] 高慎琴.化工機器[M].北京：化學工業出版社，1992.

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

[4] SHS 01020-2004，活塞式壓縮機維護檢修規程[S].

[5] 《活塞式壓縮機設計手冊》編寫組.活塞式壓縮機設計手冊[M].北京：機械工業出版社，1974.

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

作者簡介：潘祝新(1980-)，男，江蘇鹽城人，工程師，碩士，工業工程專業，現從事化工行業設備管理工作。E-mail：panzhuxin@gcl-power.com

總結

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