摘 要：分析温差应力在活塞式压缩机设计安装中的影响，并指出温差应力是造成活塞式压缩机主轴瓦烧研、机组振动的重要原因。提出了预防温差应力引发事故的措施。
关键词：活塞式压缩机 温差应力 影响
中图分类号：TH45 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（c）-0071-02
活塞式压缩机，在安装调试过程中经常发生如下情况：一台安装完成的压缩机，在进行空负荷试车时发生主轴瓦烧研事故；或者一台经过空负荷试车且运行良好的压缩机，在投入负荷试车不久后就出现了主轴瓦、定位环烧研事故。但是在检查压缩机曲轴、主轴瓦、定位环等零件，其尺寸规格均符合图纸的要求；曲轴与轴瓦之间的径向间隙和轴向间隙值也都符合技术条件的要求；压缩机的润滑油系统和润滑油脂也都不存在问题。此时往往大家因找不到事故原因而感到茫然，束手无策。但是，实际上往往是因为在安装过程中忽视了温差应力（也称温度应力）的影响造成的。本文拟对温差应力对活塞式压缩机的主机、辅机的影响做出必要的分析，从而引起广大用户在压缩机安装时对温度应力的重视，使得压缩机能够顺利安全的投入生产工艺流程，确保压缩机的正常使用。
1 大中型活塞式传动的连接方式
通常大中型活塞式压缩机是由用电动机或柴油发动机提供动力的。压缩机曲轴与电动机（或柴油发动机）轴均采用刚性结构联接，其形式有三种：
（1）采用键传递扭矩形式：压缩机曲轴联轴器和电机联轴器采用定位盘联接，以保证俩轴的同轴度，而压缩机轴与电机轴各带一个键与联轴器相联接，用以传递扭矩。（见图1）
（2）采用摩擦力传递扭矩形式：压缩机曲轴和电机轴轴伸端均为法兰式结构，利用螺栓、螺母将两个法兰、定位环等紧固在一起。通过预紧力，使得连个法兰盘与定位环之间产生法向的摩擦力，从而传递扭矩。（见图2）
（3）采用摩擦力和键混合传递扭矩形式：压缩机曲轴与电机轴分别采用法兰和键的联接形式，采用混合形式传递扭矩。（见图3）
2 D型、M型和T型压缩机
D、M、T型是大型活塞式压缩机机型。这些压缩机与驱动设备均采用以上三种联接结构。当机组运行时，无论是压缩机或是驱动机都存在机械摩擦问题，而摩擦的过程就会伴随着热量的产生，摩擦热使得压缩机曲轴和电机轴因温度升高而伸长。假定压缩机主电机的转子磁力中心线不变，如果在机组安装时忽略了温度变化产生的应力（即温差应力），压缩机曲轴定位环处的轴向间隙选取不当，压缩机主轴瓦定位环处将会产生轴向推力，造成烧研事故。过去在分析压缩机定位瓦转动、烧研事故时对那些因制造缺陷而造成事故的能得到解释，而对那些各个零件都符合设计要求的烧研事故却找不出原因。而实际上这正是由于上述原因造成的。
为了避免温差应力造成的压缩机事故的发生，就不同的压缩机与电机的联接方式在安装时应注意的事项做以下说明：
对于第一种键传动扭矩的压缩机。夏季安装时，压缩机曲轴定位环除的间隙值δ1=δ2，即电机的转子处于正中位置电机轴与联轴器断面处可预留0.5 mm间隙值。此时，压缩机曲轴与定位环的间隙和电动机与轴瓦间隙之和大于温差应力产生的伸长量，因此不会发生烧研事故。冬季安装时，因室温与机组工作温度的温差较大，所以在压缩机组安装时必须注意到温差应力所带来的影响。电机转子处于正中位置时（磁力中心线位置），压缩机曲轴与定位环处的间隙值δ2=0.05 mm左右即可，电机轴与联轴器端面处可预留1 mm左右间隙值，可有效的补偿由于温升带来的轴的变化。其它季节安装的压缩机，可根据气温调整压缩机曲轴与定位环的间隙。通常可根据下述经验公式进行计算：
曲轴伸长量：δ=αLΔt （mm）
式中：α为材料的线性膨胀系数1/°C；L为曲轴定位瓦中心到压缩机机身壳体内壁距离mm；Δt为温度差值°C。
采用第二种摩擦力传动扭矩的压缩机，因为电机的轴伸端是一个锻造的整体，没有补偿的A端面的存在，因此，安装时更应引起注意。其计算方法与上文提到的基本相同，但是间隙值应严格控制，因为电机轴没有伸长量的补偿措施，压缩机和电机轴的伸长量全部由压缩机定位环处的间隙来调整，如果计算的伸长量较大时，该处的间隙值可以适当的加大一点。从以往发生的压缩机轴瓦研烧事故来看，绝大数是的定位环是靠近电机侧的端面烧研较为严重，这说明受温差应力的曲轴的伸长量，超过了定位环处曲轴的间隙值δ2。其解决的办法是：拆下联轴器的定位盘，对定位盘联接面进行磨削加工，调整间隙到适值。
采用第三种混合传递扭矩驱动的压缩机，间隙值的调整方法同上。
3 温差应力对压缩机辅机设备的影响及防范措施
压缩机所配套的辅机设备一般包括：缓冲器、气液分离器、冷却器。由该部分设备属于静态设备，所以人们往往容易忽略温差应力对其造成的危害影响。
缓冲器：为减少气流的脉动冲击，调高气阀的使用寿命，压缩机气缸的进排气口，一般都会设有缓冲器。一般分为球形和筒形，而筒形缓冲器根据布置形式一般分为立式缓冲器和卧式缓冲器。
下面就让我们说说温差应力对于几种常见的安装形式的缓冲器的影响。
（1）悬挂式：悬挂式配置的缓冲器即没有支座的缓冲器在安装时，不必考虑温差应力的影响。
（2）卧式筒形缓冲器：该种缓冲器在安装时可分为鞍式支座和楔形块支座两种形式。采用鞍式支座的缓冲器，在安装时，应注意将缓冲橡胶垫装好，不要遗漏，因为该垫能有效的吸收温度变化而产生的温差应力。而当缓冲器筒体直径较大时，通常采用楔形支座（见图4）。这种形式的支座，在安装时一定要注意到安装紧固顺序，千万不要在初始安装时将调整螺母紧固好，应在压缩机正常运行后（压力、温度的参数均处于稳定状态）再进行调整螺母的紧固，使得支座上的与筒体外壁紧密贴合。如果在压缩机初始安装时就将该螺母紧固完成的话，在压缩机运行后，随着压缩机排气压力的提升，其排气温度也一定会上升，筒体此时就会膨胀，由于调整螺母已经紧固完成，支座无法进行自我补偿，膨胀量就会将压缩机的气缸抬高，活塞运行的中心线就会发生偏移，压缩机回产生剧烈振动，这就是为什么一台经过空负荷试车且运行良好的压缩机，在投入负荷试车振动的一个重要原因。
（3）立式筒形缓冲器：这种形式的缓冲器一般在筒体上设置了膨胀节，或者在筒体下部采用弹性支座。安装时应注意调整好缓冲器的高度，不应让缓冲器安装时产生应力，让缓冲器处于自然的状态，利用气缸支承进行高度调整，使得气缸出气口与缓冲器口进行自然对接。这样在压缩机运行温度升高后，筒体的伸长量才会被弹性支承或膨胀节吸收，使得气缸的中心线不发生变化，保证机组的正常平稳运行。
4 结语
压缩机在石化、化工、炼化等诸多领域均属于核心的动力热备，压缩机的运转往往关乎到整个工艺流程。所以压缩机的安全平稳运转就显得犹豫重要了，希望上文中提到的温差应力对压缩机的影响能到得到广泛的重视，也希望文中提到的措施能够有效的减少温差应力所带来的危害。
参考文献
[1]郁永章.容积式压缩机手册[M].北京：机型工业出版社，2000.
[2]余国琮.化工机型工程手册（中册）[M].北京：化学工业出版社，2003.
[3]郁永章.压缩机工程手册[M].北京：中国石化出版社，2011.