夏雨鑫　齊榮琴

（中石化鎮海煉化分公司；沈陽申元氣體壓縮機有限責任公司）

1　引言

7M50系列壓縮機組的研發是以7M50氮氫氣壓縮機為基礎，單機年產3~4萬噸合成氨的大流量高壓往復機，也可應用在采用焦爐氣、煤氣、天然氣做原料的其它化工流程中。7M50采用7列對稱布置、單列50t活塞力，基礎件的研發在國內尚屬首次，填補了國內7列超大型壓縮機機組設計制造的空白。

20世紀80年代，壓縮機制造廠多采用4M20、4M50、6M50系列往復活塞壓縮機用于合成氨工業，其排氣壓力為32MPa機型基礎件采用4列或6列布置，在我國中小化肥企業生產中發揮了一定作用。由于單機生產能力小、易損件多、耗能大等劣勢，因此，化肥企業希望生產大流量的同類高壓壓縮機。但大流量壓縮機需要克服高壓密封、動力特性的研究、超大型整體機身鑄造工藝和加工精度等諸多難題。這也是我國多年以生產6M50以下壓縮機的主要原因，6M50氮氫氣壓縮機存在著一級缸直徑超大達1390mm，曲軸扭振嚴重等固有因素帶來的無法回避的缺陷，從而多發性的出現活塞碎裂，曲軸斷裂等重大事故；本次研發的7M50系列氮氫氣壓縮機，采用7列布置，將克服國內往復活塞壓縮機列數不足等問題。開發過程中，應用專有技術、攻關7M50氮氫氣壓縮機動力特性的研究、整體機身的結構及強度、剛度的研究、)列分體式曲軸的結構、強度、剛度的研究等7項難題，分體曲軸的采用有效控制曲軸的扭振，一級缸采用雙缸，減小氣缸直徑，保證了壓縮機的高安全運行。下面就本機組基礎件的主要結構特點做介紹。

2　7M50系列壓縮機基礎件的主要結構特點

2.1機身與中體

7M50系列壓縮機共設有7列，機身的一側為4列，另一側為3列，為往復活塞機提供了一種新的結構形式。它不同于壓縮機傳統的結構分布，而是采用前四后三的偶奇組合式。機組在正常工作時，慣性力對機組的運行的平穩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計理念有效的平衡了壓縮機的慣性力。采用7列避免了原有的6列機的大缸徑，大大提高了活塞環、支承環的使用壽命，降低機組及管路的振動問題，從而保證整個機組運行的可靠性。

機身為專用件由優質灰鑄鐵制成，為整體機身，成功地解決了大型整體機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，兩側中體內設置十字頭滑道。曲軸箱頂部為開口式，便于主軸承、曲軸和連桿的安裝及檢修。頂部開口處設有分體式蓋板，并設有機身呼吸器，使機身內部空間與大氣相通，隨時保持壓力平衡。

中體十字頭滑道兩側開有方孔，用于安裝、檢修十字頭。分體式帶底座的中體滑道，克服了以往中體機身整體式帶來的種種弊端，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、滑道中心線與機身軸線的位置誤差等；同時中體帶底座，克服以往中體地腳灌漿不可拆檢的缺點。

主軸承采用滑動軸承，為分體上下對開式結構，瓦背為碳鋼材料，瓦面為軸承合金；定位主軸承兩端面翻邊，用來實現曲軸的軸向定位；軸承蓋設有吊裝螺孔和安裝測溫元件的螺孔；軸承蓋用螺栓緊固在機身上。

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

2.2曲軸

7M50系列機組根據機組慣性力的平衡性采用偶奇式布置。本系列壓縮機研制過程中，前四后三的奇偶組合式曲軸的研制是一個重點和難點。

7M50系列機組曲軸特征為：采用對接式曲軸，使慣性力在機組運行時自我抵消，從而降低對基礎的影響，前4列曲軸曲柄錯角互為90度，后3列互為60度，設計中合理地分配各列曲柄之間的錯角，使驅動端的扭矩脈動幅度更小。曲軸強度、剛度均按照500kN活塞力的要求設計；曲軸總長6m以上，重量接近4t軸頸與曲柄間設計有圓角圓滑過渡，以減小應力集中；采用合金鋼材料；軸體無油孔，避免了由油孔產生的應力集中的損害。

曲軸與電機采用摩擦連接，曲軸功率輸入端帶有聯軸法蘭盤，法蘭盤與曲軸制成一體，輸入扭矩是通過緊固螺栓使法蘭盤連接面產生摩擦力來傳遞的。

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

曲軸設計過程中，對曲軸做了精確地分析，避免了因扭矩脈動引起的扭振，從而確保了曲軸及軸瓦工作的安全性，采用分體曲軸結構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，各個曲柄間的偏轉角的確定對曲軸來說是至關重要的。曲柄錯角設計的不合理會大大削弱曲軸的安全系數。合理地分配各列曲柄之間的錯角，會使驅動端的扭矩脈動幅度縮小，更加有利于提高壓縮機的安全系數，確保壓縮機安全平穩運行。本系列壓縮機在曲軸設計中對曲柄錯角的確定高度重視，經過反復詳細的對比計算確定。

7M50系列壓縮機曲軸的軸頸、拐徑、曲柄寬度等幾何尺寸設計合理，加工工藝與常規的列數較少的曲軸相同，很好的保證了設計要求。

7M50系列壓縮機現已成功投入運行多年，銷售30多臺，各項指標均滿足機組的要求，經受住了實踐的考驗，也為開發8M80（8列對稱平衡型，活塞力800kN，功率10000kW機組奠定了堅實的基礎。

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；大頭瓦外側表面鑲有圓柱銷，用于大頭瓦徑向定位，防止軸瓦轉動。連桿大頭瓦除采用這種傳統的鋼背掛軸承合金外，我們也嘗試使用鋁鎂合金軸瓦，采用合理的設計結構，有效控制潤滑間隙，使用壽命相對傳統結構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量，但兩側間隙不一定對稱分布，它對曲拐中心與中體滑道中心的不同軸度有補償作用。

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緊力，其預緊力的大小，是用專用液壓緊固工具的壓力來保證的。連桿體、大頭瓦蓋為優質碳素結構鋼制成，連桿螺栓為合金鋼制成。大頭瓦蓋側面設有吊裝用螺孔，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。是具有活動滑履的可調式結構。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接采用沈陽申元氣體壓縮機廠專有技術的半液壓聯接結構。半液壓聯接結構對預緊力可以達到精確地控制，使活塞桿主受力部位保持在合理的彈性變形范圍內，有效地改善了應力循環特性，降低了應力幅，提高了可靠性。該聯接方式具有結構簡單，安全可靠，拆裝方便，省時省力的優點。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，螺紋緊固結構，有利于裝配調整與維修，具有合理的結構工藝性。但結構復雜，精度要求高，加工難度較大，需制訂合理的加工工藝。

3　結語

7M50系列壓縮機克服了原有同類壓縮機常出現的弊端問題，自身具有諸多創新優點，該項目的研制成功提高了我國往復壓縮機的技術水平，填補國內空白并榮獲“沈陽市科技進步三等獎”；同時滿足未來市場發展需要，符合國家政策的要求，提高企業的市場競爭力；另外除滿足我國化肥工業抓大放小政策的需要，實現我國化肥的自給自足，同時成本的降低，對提高市場競爭力具有十分重要的意義。

來源：《壓縮機技術》 2013年第2期