（沈陽申元氣體壓縮機(jī)有限責(zé)任公司，遼寧沈陽 110141）

1 引言

4M50-36/11-192型新氫壓縮機(jī)是30年前某壓縮機(jī)廠生產(chǎn)的中國第一臺4M50壓縮機(jī)，由于是30年前設(shè)計生產(chǎn)的，介于年代久遠(yuǎn)，機(jī)器老化，當(dāng)時的設(shè)計理念跟現(xiàn)在有很大差別，諸多因素，所以用戶提出要求機(jī)組原位更新，由于場地、經(jīng)濟(jì)等諸多問題，用戶要求壓縮機(jī)基礎(chǔ)利舊，在原來的基礎(chǔ)上增加產(chǎn)量，由原來的20850 Nm3/h增加到27000 Nm3/h。

2 改造方案及分析

經(jīng)過翻閱原機(jī)資料，得知原壓縮機(jī)是3級壓縮，1、2級每級氣缸一個，3級氣缸2個，每級的排氣溫度都超過了135 ℃，按照現(xiàn)行API618標(biāo)準(zhǔn)第6.5條中的規(guī)定，對于富氫氣（分子量小于或等于12），要求排氣溫度不應(yīng)超過135 ℃。所以此次改造我們采用了4級壓縮，這樣使得每級排氣溫度在任何工況下都小于135 ℃，每級一個氣缸。

由于氣量增加到27000 Nm3/h，經(jīng)過計算，氣量增加，導(dǎo)致各級受力增加，原有的4M50機(jī)組已經(jīng)不能滿足新參數(shù)的要求，為了滿足用戶擴(kuò)大再生產(chǎn)的需求，與電機(jī)廠專家協(xié)商利用原電機(jī)基礎(chǔ)，電機(jī)最大能做到3400 kW，在滿足壓縮機(jī)主機(jī)及電機(jī)基礎(chǔ)不動的前提下，將新壓縮機(jī)氣量提高到27000 Nm3/h。同時將機(jī)型提高一檔，將原4M50基礎(chǔ)件改為4M80基礎(chǔ)件系列。由于場地受限，用戶要求壓縮機(jī)基礎(chǔ)利舊，這就給改造造成了很大的難度，機(jī)器提高了一個噸位，按常理機(jī)器的尺寸也該擴(kuò)大一些，可現(xiàn)在基礎(chǔ)利舊，我們設(shè)計時考慮的問題就多了，此外3級改成4級，又多了一套冷卻器和分離器，這就給布置增加更大的難度。表2是經(jīng)過計算的新參數(shù)及主要技術(shù)指標(biāo)。

3 主要零部件的具體改造方案

3.1 機(jī)身及中體

（1）原壓縮機(jī)機(jī)身與中體一體式設(shè)計，采用對接方式。

（2）現(xiàn)機(jī)身和中體分開設(shè)計，整體式機(jī)身，機(jī)身上的所有軸承孔精加工時可在一次裝夾中加工完成，保證軸承孔的同軸精度，這對曲軸的長周期安全運轉(zhuǎn)非常重要，克服了對接機(jī)身安裝找正的不便。同時解決了對接機(jī)身，對接處滲油的缺點。機(jī)身（曲軸箱體）上設(shè)充氮口，以防潤滑油老化產(chǎn)生易燃?xì)怏w外漏引起爆炸燃燒，曲軸箱上應(yīng)裝有防止壓力迅速升高的呼吸器。

（3）分體式中體滑道，克服了以往中體機(jī)身整體式帶來種種弊端，如滑道磨損及滑道損壞不可更換、整體鑄件滑道位置的鑄造偏移、滑道中心線與機(jī)身軸線的位置誤差等。

（4）機(jī)身及中體改造具體如下：為滿足80基礎(chǔ)件強(qiáng)度，將機(jī)身加寬，由1290 mm加寬至1440 mm，同時保證地腳孔不變，壁厚改為40 mm，筋寬改為45 mm；中體壁厚改為45 mm。

（5）減小壓縮機(jī)的行程，由400 mm改成360 mm，使法向垂直力盡量靠近基礎(chǔ)，使壓縮機(jī)運行更平穩(wěn)。

（6）機(jī)身上加有支撐橫梁，確保機(jī)身足夠的剛度。

3.2 曲軸

曲軸采用鍛鋼制造，為滿足80基礎(chǔ)件強(qiáng)度，曲軸軸徑由280 mm改為320 mm。重新進(jìn)行強(qiáng)度校核，曲軸與電機(jī)連接摩擦面重新計算。

3.3 連桿

（1）連桿采用鍛鋼制造，為滿足80基礎(chǔ)件強(qiáng)度，連桿等關(guān)鍵受力部位經(jīng)過計算及強(qiáng)度校核，整體全部加大加強(qiáng)。

（2）連桿為整體鍛造連桿，整體外形由數(shù)控機(jī)床一次加工成型，連桿的過度圓弧流暢，減小應(yīng)力集中；改變了以往電弧切割在加工成型的缺點，電弧切割使連桿體周邊由于高溫金相組織發(fā)生變化，殘余應(yīng)力激增，使連桿強(qiáng)度減弱。

（3）連桿大頭瓦采用鋁鎂合金材料，為整體瓦無鋼背，耐比壓能力比傳統(tǒng)鋼背掛巴氏合金瓦提高4～5倍。

3.4 十字頭

（1）十字頭用鑄鋼制造，上下滑板掛巴氏合金。為滿足80基礎(chǔ)件強(qiáng)度，十字頭銷直徑由160 mm改為175 mm。十字頭外徑由450 mm改為480 mm，關(guān)鍵受力截面進(jìn)行強(qiáng)度校核。

（2）十字頭與活塞桿連接采用我公司自主設(shè)計的半液壓連接結(jié)構(gòu)。

（3）壓縮機(jī)十字頭滑履為可拆卸式，十字頭與滑道的安裝間隙是通過增減滑履和十字頭體之間的墊片來調(diào)整的，保證了十字頭中心與滑道中心的一致，同時保證了潤滑油膜的形成間隙。

（4）十字頭滑履采用電弧噴涂巴氏合金新工藝。應(yīng)用電弧噴涂技術(shù)，將我公司自己調(diào)配的巴氏合金材料噴涂到壓縮機(jī)十字頭的滑履表面上，這樣結(jié)合力高、形成了耐磨的巴氏合金涂料層。

3.5 活塞桿

（1）為滿足80基礎(chǔ)件強(qiáng)度，活塞桿直徑由110 mm改為120 mm。

4 氣管路的重新布置

在石化行業(yè)中，大型高壓壓縮機(jī)應(yīng)用的越來越多，尤其是采用往復(fù)對動平衡結(jié)構(gòu)以來，壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速越來越高、氣量也不斷增大、平衡性能也越來越好，滿足了石油化工行業(yè)生產(chǎn)的日益發(fā)展的需求，但是事故停車經(jīng)常時有發(fā)生。造成事故停車的因素，有很多是由管路振動引起的，而壓縮機(jī)管路系統(tǒng)的振動，主要由管路氣流脈動所引起得。

往復(fù)式對動平衡壓縮機(jī)管路的振動是各個企業(yè)機(jī)器運行中的安全隱患之一，如管路激振力持續(xù)超過許用值，會引發(fā)的管路振動，會使管路自身以及與它相連的部件、甚至壓縮機(jī)的基礎(chǔ)產(chǎn)生疲勞性的破壞，從而影響到壓縮機(jī)的正常運行。此外，管路振動會使壓縮機(jī)車間得噪聲達(dá)到110 dB，從而對車間周圍的環(huán)境造成了很大的噪聲。

本次改造壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速也由原來的300 r/min提高到333 r/min，轉(zhuǎn)速的提高，導(dǎo)致固有頻率的改變，對管路的振動有著極大影響，而且3級改4級，管路又增加了一級，所以本次改造在設(shè)計時就充分的考慮各種因素，還做了管路脈動及振動分析。

管路振動的原因：

在壓縮機(jī)運行過程中，活塞的運行速度是不均勻的，管路的氣流速度也會發(fā)生周期性的變化，這樣時脈動的氣流在壓縮機(jī)氣管路的閥門、異徑接頭及彎頭等截面變化處，產(chǎn)生了周期性的激振力，對壓縮機(jī)的管路系統(tǒng)乃至壓縮機(jī)本體都會產(chǎn)生疲勞性的破壞，會造成連接螺栓的松動，甚至?xí)箟嚎s機(jī)氣管路的管件出現(xiàn)裂紋，從而會導(dǎo)致管路泄漏，嚴(yán)重的話會造成火災(zāi)、氣體中毒、壓縮機(jī)系統(tǒng)爆炸等大型事故，對工人的危害極大。

管路系統(tǒng)的振動程度與管路的管件、結(jié)構(gòu)尺寸、管路配置都息息相關(guān)。

本次改造氣管路主要從以下方面做了研究及改善：

（1）在總進(jìn)氣口處增加了入口分離器，即對入口氣體起到了分離水分的作用，又起到了緩沖的效果。

（2）緩沖器的安裝位置和設(shè)計理念：本機(jī)所有緩沖器安裝位置都極其靠近氣缸，這樣從氣缸出來的脈動氣流就可以直接得到有效的緩沖，另外3、4級緩沖器做成了球型，讓反射波都能折射到中心，使機(jī)器運行更平穩(wěn)。

（3）管道的管徑大小對氣流的速度的高低起到?jīng)Q定性的作用，從而對壓力不均勻度也起到了決定性的作用，裝置在同樣的條件下，管道的管徑管徑不同，沿管線的氣流速度、壓力的不均勻度也是不同的。所以本次改造在管徑大小上做了詳細(xì)的計算，結(jié)合實踐經(jīng)驗，使各個管段的流速都控制在我們允許的范圍內(nèi)。

（4）在管路的走向上，在計算了熱膨脹量的基礎(chǔ)上，讓管路盡量少增加彎頭。

（5）先憑經(jīng)驗做了布置了管路支架，后根據(jù)脈動和振動模擬分析報告調(diào)整了位置。

最后我們又做了脈動和振動模擬分析，都滿足API618的方法3的要求。

下圖是管路應(yīng)力分析建模

5 結(jié)語

此次改造經(jīng)過設(shè)計及生產(chǎn)，再到用戶現(xiàn)場安裝，歷時半年多的時間，現(xiàn)在已經(jīng)開車運行了3個月的時間，機(jī)組運行平穩(wěn)，管路振動小，各項參數(shù)都達(dá)到了設(shè)計指標(biāo)，受到了用戶的一致好評，滿足了用戶擴(kuò)大再生產(chǎn)的需求，同時也給用戶節(jié)省了日常經(jīng)營成本，使用戶利潤得到了最大化，還解決了原機(jī)組零件老化帶來的安全隱患。