夏雨鑫　齊榮琴

（中石化鎮(zhèn)海煉化分公司；沈陽(yáng)申元?dú)怏w壓縮機(jī)有限責(zé)任公司）

1　引言

7M50系列壓縮機(jī)組的研發(fā)是以7M50氮?dú)錃鈮嚎s機(jī)為基礎(chǔ)，單機(jī)年產(chǎn)3~4萬(wàn)噸合成氨的大流量高壓往復(fù)機(jī)，也可應(yīng)用在采用焦?fàn)t氣、煤氣、天然氣做原料的其它化工流程中。7M50采用7列對(duì)稱布置、單列50t活塞力，基礎(chǔ)件的研發(fā)在國(guó)內(nèi)尚屬首次，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)7列超大型壓縮機(jī)機(jī)組設(shè)計(jì)制造的空白。

20世紀(jì)80年代，壓縮機(jī)制造廠多采用4M20、4M50、6M50系列往復(fù)活塞壓縮機(jī)用于合成氨工業(yè)，其排氣壓力為32MPa機(jī)型基礎(chǔ)件采用4列或6列布置，在我國(guó)中小化肥企業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了一定作用。由于單機(jī)生產(chǎn)能力小、易損件多、耗能大等劣勢(shì)，因此，化肥企業(yè)希望生產(chǎn)大流量的同類高壓壓縮機(jī)。但大流量壓縮機(jī)需要克服高壓密封、動(dòng)力特性的研究、超大型整體機(jī)身鑄造工藝和加工精度等諸多難題。這也是我國(guó)多年以生產(chǎn)6M50以下壓縮機(jī)的主要原因，6M50氮?dú)錃鈮嚎s機(jī)存在著一級(jí)缸直徑超大達(dá)1390mm，曲軸扭振嚴(yán)重等固有因素帶來(lái)的無(wú)法回避的缺陷，從而多發(fā)性的出現(xiàn)活塞碎裂，曲軸斷裂等重大事故；本次研發(fā)的7M50系列氮?dú)錃鈮嚎s機(jī)，采用7列布置，將克服國(guó)內(nèi)往復(fù)活塞壓縮機(jī)列數(shù)不足等問(wèn)題。開(kāi)發(fā)過(guò)程中，應(yīng)用專有技術(shù)、攻關(guān)7M50氮?dú)錃鈮嚎s機(jī)動(dòng)力特性的研究、整體機(jī)身的結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度、剛度的研究、)列分體式曲軸的結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、剛度的研究等7項(xiàng)難題，分體曲軸的采用有效控制曲軸的扭振，一級(jí)缸采用雙缸，減小氣缸直徑，保證了壓縮機(jī)的高安全運(yùn)行。下面就本機(jī)組基礎(chǔ)件的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)做介紹。

2　7M50系列壓縮機(jī)基礎(chǔ)件的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2.1機(jī)身與中體

7M50系列壓縮機(jī)共設(shè)有7列，機(jī)身的一側(cè)為4列，另一側(cè)為3列，為往復(fù)活塞機(jī)提供了一種新的結(jié)構(gòu)形式。它不同于壓縮機(jī)傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分布，而是采用前四后三的偶奇組合式。機(jī)組在正常工作時(shí)，慣性力對(duì)機(jī)組的運(yùn)行的平穩(wěn)性及各零部件的使用壽命都有著極大的影響。而奇偶組合式這種設(shè)計(jì)理念有效的平衡了壓縮機(jī)的慣性力。采用7列避免了原有的6列機(jī)的大缸徑，大大提高了活塞環(huán)、支承環(huán)的使用壽命，降低機(jī)組及管路的振動(dòng)問(wèn)題，從而保證整個(gè)機(jī)組運(yùn)行的可靠性。

機(jī)身為專用件由優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵制成，為整體機(jī)身，成功地解決了大型整體機(jī)身鑄造工藝和加工精度的難題，曲軸箱自成一體，可拆卸的中體分布在兩側(cè)，兩側(cè)中體內(nèi)設(shè)置十字頭滑道。曲軸箱頂部為開(kāi)口式，便于主軸承、曲軸和連桿的安裝及檢修。頂部開(kāi)口處設(shè)有分體式蓋板，并設(shè)有機(jī)身呼吸器，使機(jī)身內(nèi)部空間與大氣相通，隨時(shí)保持壓力平衡。

中體十字頭滑道兩側(cè)開(kāi)有方孔，用于安裝、檢修十字頭。分體式帶底座的中體滑道，克服了以往中體機(jī)身整體式帶來(lái)的種種弊端，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；同時(shí)中體帶底座，克服以往中體地腳灌漿不可拆檢的缺點(diǎn)。

主軸承采用滑動(dòng)軸承，為分體上下對(duì)開(kāi)式結(jié)構(gòu)，瓦背為碳鋼材料，瓦面為軸承合金；定位主軸承兩端面翻邊，用來(lái)實(shí)現(xiàn)曲軸的軸向定位；軸承蓋設(shè)有吊裝螺孔和安裝測(cè)溫元件的螺孔；軸承蓋用螺栓緊固在機(jī)身上。

材料為：灰鑄鐵；重量為14810kg，外形尺寸：6044mm*1630*1570mm

2.2曲軸

7M50系列機(jī)組根據(jù)機(jī)組慣性力的平衡性采用偶奇式布置。本系列壓縮機(jī)研制過(guò)程中，前四后三的奇偶組合式曲軸的研制是一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)。

7M50系列機(jī)組曲軸特征為：采用對(duì)接式曲軸，使慣性力在機(jī)組運(yùn)行時(shí)自我抵消，從而降低對(duì)基礎(chǔ)的影響，前4列曲軸曲柄錯(cuò)角互為90度，后3列互為60度，設(shè)計(jì)中合理地分配各列曲柄之間的錯(cuò)角，使驅(qū)動(dòng)端的扭矩脈動(dòng)幅度更小。曲軸強(qiáng)度、剛度均按照500kN活塞力的要求設(shè)計(jì)；曲軸總長(zhǎng)6m以上，重量接近4t軸頸與曲柄間設(shè)計(jì)有圓角圓滑過(guò)渡，以減小應(yīng)力集中；采用合金鋼材料；軸體無(wú)油孔，避免了由油孔產(chǎn)生的應(yīng)力集中的損害。

曲軸與電機(jī)采用摩擦連接，曲軸功率輸入端帶有聯(lián)軸法蘭盤，法蘭盤與曲軸制成一體，輸入扭矩是通過(guò)緊固螺栓使法蘭盤連接面產(chǎn)生摩擦力來(lái)傳遞的。

曲軸軸向定位是由功率輸入端道主軸頸上的定位臺(tái)與帶有翻邊的主軸承來(lái)完成的，以防止曲軸的軸向竄動(dòng)。本系列壓縮機(jī)曲軸采用分體式結(jié)構(gòu)，具體形式如圖2。

曲軸設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)曲軸做了精確地分析，避免了因扭矩脈動(dòng)引起的扭振，從而確保了曲軸及軸瓦工作的安全性，采用分體曲軸結(jié)構(gòu)大大降低了曲軸的加工難度?

曲軸材料、軸頸、拐徑、曲柄等幾何尺寸確定后，各個(gè)曲柄間的偏轉(zhuǎn)角的確定對(duì)曲軸來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。曲柄錯(cuò)角設(shè)計(jì)的不合理會(huì)大大削弱曲軸的安全系數(shù)。合理地分配各列曲柄之間的錯(cuò)角，會(huì)使驅(qū)動(dòng)端的扭矩脈動(dòng)幅度縮小，更加有利于提高壓縮機(jī)的安全系數(shù)，確保壓縮機(jī)安全平穩(wěn)運(yùn)行。本系列壓縮機(jī)在曲軸設(shè)計(jì)中對(duì)曲柄錯(cuò)角的確定高度重視，經(jīng)過(guò)反復(fù)詳細(xì)的對(duì)比計(jì)算確定。

7M50系列壓縮機(jī)曲軸的軸頸、拐徑、曲柄寬度等幾何尺寸設(shè)計(jì)合理，加工工藝與常規(guī)的列數(shù)較少的曲軸相同，很好的保證了設(shè)計(jì)要求。

7M50系列壓縮機(jī)現(xiàn)已成功投入運(yùn)行多年，銷售30多臺(tái)，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足機(jī)組的要求，經(jīng)受住了實(shí)踐的考驗(yàn)，也為開(kāi)發(fā)8M80（8列對(duì)稱平衡型，活塞力800kN，功率10000kW機(jī)組奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.3連桿

連桿由鍛鋼制成。連桿分為連桿體和連桿大頭瓦蓋兩部分，由二根連桿螺栓將其連接成一體。

連桿大頭瓦為剖分式，瓦背材料為碳鋼，瓦面為軸承合金；大頭瓦外側(cè)表面鑲有圓柱銷，用于大頭瓦徑向定位，防止軸瓦轉(zhuǎn)動(dòng)。連桿大頭瓦除采用這種傳統(tǒng)的鋼背掛軸承合金外，我們也嘗試使用鋁鎂合金軸瓦，采用合理的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，有效控制潤(rùn)滑間隙，使用壽命相對(duì)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的巴氏合金軸瓦大幅提高，這種鋁鎂合金軸瓦已在多家用戶中成功使用。連桿小頭襯套為整體式，襯套材料為錫青銅。連桿的軸心線采用小頭襯套定位，大頭瓦在曲軸的軸向有較大的串動(dòng)量，但兩側(cè)間隙不一定對(duì)稱分布，它對(duì)曲拐中心與中體滑道中心的不同軸度有補(bǔ)償作用。

為確保連桿安全可靠地傳遞交變載荷，連桿螺栓必須有足夠的預(yù)緊力，其預(yù)緊力的大小，是用專用液壓緊固工具的壓力來(lái)保證的。連桿體、大頭瓦蓋為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼制成，連桿螺栓為合金鋼制成。大頭瓦蓋側(cè)面設(shè)有吊裝用螺孔，使連桿的拆裝更為方便。

2.4十字頭體

十字頭體由鑄鋼制成。是具有活動(dòng)滑履的可調(diào)式結(jié)構(gòu)。滑履材料為碳鋼，工作表面有一層軸承合金。十字頭與活塞桿的聯(lián)接采用沈陽(yáng)申元?dú)怏w壓縮機(jī)廠專有技術(shù)的半液壓聯(lián)接結(jié)構(gòu)。半液壓聯(lián)接結(jié)構(gòu)對(duì)預(yù)緊力可以達(dá)到精確地控制，使活塞桿主受力部位保持在合理的彈性變形范圍內(nèi)，有效地改善了應(yīng)力循環(huán)特性，降低了應(yīng)力幅，提高了可靠性。該聯(lián)接方式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全可靠，拆裝方便，省時(shí)省力的優(yōu)點(diǎn)。十字頭部件主要由十字頭體和滑履組成。滑履采用外圓凸緣定位，螺紋緊固結(jié)構(gòu)，有利于裝配調(diào)整與維修，具有合理的結(jié)構(gòu)工藝性。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度要求高，加工難度較大，需制訂合理的加工工藝。

3　結(jié)語(yǔ)

7M50系列壓縮機(jī)克服了原有同類壓縮機(jī)常出現(xiàn)的弊端問(wèn)題，自身具有諸多創(chuàng)新優(yōu)點(diǎn)，該項(xiàng)目的研制成功提高了我國(guó)往復(fù)壓縮機(jī)的技術(shù)水平，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白并榮獲“沈陽(yáng)市科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)”；同時(shí)滿足未來(lái)市場(chǎng)發(fā)展需要，符合國(guó)家政策的要求，提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力；另外除滿足我國(guó)化肥工業(yè)抓大放小政策的需要，實(shí)現(xiàn)我國(guó)化肥的自給自足，同時(shí)成本的降低，對(duì)提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力具有十分重要的意義。

來(lái)源：《壓縮機(jī)技術(shù)》 2013年第2期