摘 要：針對往復(fù)式壓縮機活塞故障問題，本次研究結(jié)合我國往復(fù)式壓縮機的應(yīng)用現(xiàn)狀，首先對活塞問題容易出現(xiàn)故障問題的原因進行深入分析，在此基礎(chǔ)上，提出活塞故障問題的解決措施，為保障往復(fù)式壓縮機的正常運行奠定基礎(chǔ)。研究表明：應(yīng)力集中因素、尺寸變化因素、表面狀態(tài)因素、載荷頻率因素、材料性能因素以及平均應(yīng)力因素等都會對往復(fù)式壓縮機的活塞故障問題產(chǎn)生影響，因此，相關(guān)工作人員需要從活塞制造工藝控制、活塞制造結(jié)構(gòu)改進、活塞安裝措施以及原料控制措施等四方面入手，分別采取多項有效措施，全面保障往復(fù)式壓縮機的安全運行。

關(guān)鍵詞：往復(fù)式壓縮機;活塞故障;影響因素;解決措施

0 前言

活塞是往復(fù)式壓縮機中非常重要的組成部件，在壓縮機運行的過程中，受到各種因素的影響，活塞非常容易出現(xiàn)各種類型的故障問題，例如變形、失效等，這些問題的出現(xiàn)會對壓縮機的安全運行產(chǎn)生嚴重的影響，這對于石油化工行業(yè)的生產(chǎn)作業(yè)而言十分不利[1]。針對往復(fù)式壓縮機運行過程中的活塞故障問題，本次研究主要是對出現(xiàn)這些故障問題的影響因素進行全面分析，在此基礎(chǔ)上，提出提高往復(fù)式壓縮機活塞部件質(zhì)量的相關(guān)措施，為保障往復(fù)式壓縮機的安全運行奠定基礎(chǔ)。

1 往復(fù)式壓縮機活塞故障問題影響因素分析

1.1 應(yīng)力集中因素

根據(jù)目前的研究結(jié)果顯示，在活塞形狀突變的位置處，會產(chǎn)生應(yīng)力迅速升高的問題，在距離形狀突變區(qū)域較遠的位置處，應(yīng)力狀況會逐漸趨于緩和狀態(tài)，這種現(xiàn)象就可以被稱為應(yīng)力集中現(xiàn)象。在活塞的連接部位以及擋肩位置處都存在形狀突變問題，在形狀突變以后會產(chǎn)生應(yīng)力集中。如果活塞受到的應(yīng)力相對較為緩和，應(yīng)力分布相對較為均勻，則活塞出現(xiàn)故障問題的概率將會大大降低，如果存在嚴重的應(yīng)力集中問題，則在應(yīng)力集中的位置處活塞出現(xiàn)失效、斷裂、變形等問題的概率都會大大增加?；钊嬖谝粋€疲勞極限，當(dāng)某一個位置處受到的應(yīng)力超過這個疲勞極限數(shù)值時，活塞就會斷裂[2]。

1.2 尺寸變化因素

活塞自身的存在以及與活塞相連接其他零部件的尺寸都會對活塞的故障問題產(chǎn)生嚴重的影響，這種影響與應(yīng)力梯度之間具有一定的聯(lián)系，一般情況下，隨著活塞尺寸的逐漸增加，在受到外力的作用下，單位面積上受到的載荷相對較低，所以出現(xiàn)故障問題的概率將會大大降低。在另一方面，如果活塞的尺寸過大，則其性能會出現(xiàn)一定程度的降低，應(yīng)力梯度也會逐漸減小，其他零部件與活塞出現(xiàn)接觸的可能性逐漸增加，外部損傷源的數(shù)量增加，出現(xiàn)活塞故障問題的概率有所升高。事實上，活塞的疲勞極限與尺寸之間具有一定的關(guān)系，符合相關(guān)計算公式，為了防止出現(xiàn)活塞故障問題，工作人員在對活塞進行設(shè)計的過程中需要進行合理的計算。

1.3 表面狀態(tài)因素

對于活塞而言，其產(chǎn)生的故障問題主要可以分為兩種類型，分別是由內(nèi)向外的故障問題和由外向內(nèi)的故障問題。盡管最大的應(yīng)力會作用在活塞的表面上，但是出現(xiàn)裂紋問題只會從其內(nèi)部向外部拓展，這種現(xiàn)象稱為由內(nèi)向外的故障問題;另一種故障是在活塞的表面已經(jīng)出現(xiàn)了缺陷，缺陷的出現(xiàn)使得活塞的疲勞強度受到了嚴重的影響，此時活塞就會各種類型的故障問題，這種現(xiàn)象稱之為由外向內(nèi)的故障問題，同時，缺陷影響疲勞強度的現(xiàn)象稱為表面系數(shù)。在活塞表面處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時，其疲勞極限與其表面處于拋光光滑狀態(tài)時存在較大的差別，表面狀態(tài)也會對其故障問題產(chǎn)生嚴重的影響。

1.4 載荷頻率因素

載荷頻率對活塞產(chǎn)生的影響與載荷的持續(xù)時間具有一定的聯(lián)系，對于活塞的材料而言，塑性變形會落后于應(yīng)力，如果最大應(yīng)力的持續(xù)時間增加，則活塞受到的破壞將會越劇烈，在另一方面，如果載荷頻率增加，就相當(dāng)于使得載荷的加載速度得到了提升，當(dāng)載荷的加載速度高于裂紋的擴展速度時，活塞產(chǎn)生的裂紋將會來不及得到擴展，進而使得活塞遭受嚴重損壞問題的可能性繼續(xù)升高。在另一方面，加載頻率對于疲勞強度的影響與外加應(yīng)力之間還具有一定的聯(lián)系，當(dāng)應(yīng)力相對較高時，加載頻率也會升高。通過進行實驗室實驗后發(fā)現(xiàn)，在室溫條件下，加載頻率與疲勞極限之間并沒有明顯的聯(lián)系。

1.5 材料性能因素

材料的性能是影響活塞故障問題的直接因素，材料的性能主要指的是活塞的疲勞極限和抗拉極限，隨著其疲勞極限和抗拉極限的逐漸增加，活塞遭受故障問題的概率將會大大降低。目前，國內(nèi)外研究機構(gòu)對活塞材料的性能問題展開了廣泛的研究，也研究出來很多性能優(yōu)越的活塞材料，但是使用高性能活塞材料的成本相對較高，針對此問題，相關(guān)企業(yè)需要在材料價格與材料質(zhì)量之間建立一種平衡關(guān)系，在合理的價格范圍內(nèi)使用高性能的活塞材料，這是防止活塞出現(xiàn)故障問題的關(guān)鍵所在。

1.6 平均應(yīng)力因素

在往復(fù)式壓縮機運行的過程中，活塞遭受故障問題的概率與平均應(yīng)力之間還存在一定的聯(lián)系，當(dāng)拉伸活塞的平均應(yīng)力時，會使得活塞材料的疲勞強度以及自身的壽命都嚴重下降，當(dāng)減壓縮活塞材料的平均應(yīng)力時，會使得活塞材料的疲勞強度和自身的壽命都得到提升。往復(fù)式壓縮機活塞平均應(yīng)力的修正方法主要可以分為三種類型，分別是Gerber方法模型、Sodberg方法模型以及Goodman方法模型，如果活塞材料的韌性相對較低，則可以使用Goodman方法模型對其平均應(yīng)力進行修正。

2 往復(fù)式壓縮機活塞故障解決措施

2.1 活塞制造工藝控制

活塞制造的工藝控制工作主要可以分為三個方面，首先需要對其熱處理參數(shù)進行嚴格的控制，熱處理參數(shù)主要包括加熱溫度、冷卻時間等，通過控制熱處理參數(shù)的方式使得活塞材料的脆性降低，使得其力學(xué)性能可以滿足相關(guān)要求，抗拉強度可以得到一定的提升;其次，在進行熱處理的過程中加入時效處理環(huán)節(jié)，進而使得活塞的高溫韌性可以提升，防止由于往復(fù)式壓縮機內(nèi)的溫度相對較高，進而對活塞的使用產(chǎn)生影響;最后，對活塞表面進行拋光處理，使其表面的光潔度可以得到提升，這是提高其疲勞壽命的關(guān)鍵方法。

2.2 活塞制造結(jié)構(gòu)改進

對活塞的結(jié)構(gòu)進行一定的改進也是防止其出現(xiàn)故障問題的關(guān)鍵，這里討論的結(jié)構(gòu)改進主要指的是與其他零部件連接形式的改進，需要將活塞與活塞桿之間的連接方式由電加熱連接形式改為超級螺母連接形式，所謂的超級螺母主要指的是具有很強預(yù)緊力，且上部位置處存在頂錐的螺母，使用該種螺母材料可以實現(xiàn)逐漸緊固的基本功能，可以使得兩者之間的連接力更強。

2.3 活塞安裝措施

在對往復(fù)式壓縮機進行安裝或者檢修的過程中，需要按照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對活塞進行合理的安裝。在這一方面，在進行安裝作業(yè)之前，首先需要對活塞進行無損檢查，活塞不得出現(xiàn)裂紋或者缺陷情況;其次，需要保證按照的活塞表面處于光滑的狀態(tài)，其粗糙度最好可以小于Ra0.8。

2.4 原料控制措施

由于活塞自身的質(zhì)量是決定是否會出現(xiàn)故障問題的重要因素，因此在對活塞進行生產(chǎn)作業(yè)的過程中，需要對物料進行嚴格的控制，首先相關(guān)部門需要加強物質(zhì)材料的管理工作，防止因管理因素使得物質(zhì)材料的質(zhì)量受到影響;其次，需要對活塞生產(chǎn)環(huán)節(jié)進行嚴格的監(jiān)控，嚴格把控各種物料的比例，盡可能降低活塞材料中的硫含量，這主要是因為隨著硫含量的提升，活塞的質(zhì)量將會受到嚴重的影響。

3 結(jié)論

通過本次研究可以發(fā)現(xiàn)，受到多種因素的影響，往復(fù)式壓縮機的活塞非常容易出現(xiàn)斷裂、失效以及變形等一系列的問題，這些問題的出現(xiàn)對于石油化工行業(yè)的生產(chǎn)作業(yè)而言十分不利，針對此問題，相關(guān)單位需要采取活塞制造工藝控制、活塞制造結(jié)構(gòu)改進、活塞安裝措施以及原料控制措施四種措施，全面防止往復(fù)式壓縮機在運行的過程中出現(xiàn)活塞故障問題。

參考文獻：

[1]李新軍.淺析往復(fù)式壓縮機的常見故障及處理措施[J].山東煤炭科技，2012（06）：76-78.

[2]劉亞勇.往復(fù)式壓縮機十字頭及其活塞環(huán)故障分析與處理[J].化工管理，2015（26）：111.

作者簡介：

聶士占（1982- ），男，河南濮陽人，技師，從事天然氣開采壓縮機管理工作。