Авария компрессора: "заклинивание поршня"

Некоторые модели компрессоров разрабатываются и изготавливаются с использованием шатунов и пальцев повышенной прочности для того, чтобы выдерживать высокое соотношение давлений. Как бы то ни было, в средне- и долгосрочном плане единственным способом предотвращения выхода из строя пальца является поддержание режима работы компрессора в предусмотренных пределах. Таким образом, конструкция компрессора, условия и продолжительность его эксплуатации являются основными факторами, определяющими способность компрессора переносить повышенное соотношение давлений.

Рис. 5 Влияние высоко соотношения давления на работу поршневого компрессора.

Рис. 6 Овализация отверстия шатуна, вызванная перегрузками.

3. Современные методы диагностики компрессорного оборудования

В данном реферате рассмотрены и проанализированы основные методы технического диагностирования компрессорного оборудования, которые нашли широкое применение в современной промышленности. Эти методы могут быть применены как для диагностики причин аварий компрессоров, так и для анализа состояния узлов агрегата после ремонта.

Лидирующее положение в России в области технического диагностирования энергомеханического оборудования занимают АООТ "ВНИИнефтемаш", ОАО "ВНИКТИнефтехимоборудование", ОАО "Газпром", ОАО "ГИАП", ИМАШ РАН, ОАО "ЛенНИИхиммаш", МГТУ им. Н.Э. Баумана, ЗАО "НИИтурбокомпрессор им. В.Б. Шнеппа", ОАО "НИИхиммаш", РГУНГ им. И.М. Губкина, ДАО ЦКБН и другие организации.

В практике диагностирования компрессорного оборудования известны и получили распространение различные методы определения их технического состояния.

Органолептические методы используются для предварительной оценки технического состояния машины. В неисправной машине появляются дополнительные шумы, стуки, повышение температуры, по которым судят о характере дефекта. Визуальный осмотр труднодоступных зон промышленных установок, который является одним из видов метода, проводится с помощью эндоскопов. Они выпускаются фирмами: ДАО "Оргэнергогаз" ИТЦ "Оргтехдиагностика" (Россия), МНПО "Спектр" (Россия), IT Concepts/Интек (Россия), OLYMPUS (США), EVEREST VIT (США), Helling GmbH (Германия) и другими. Эндоскопы имеют различные конструкции: гибкие и жесткие, волоконно-оптические и линзовые, и подразделяются, в свою очередь, на фиброскопы, бороскопы, видеоэндоскопы. Для освещения контролируемого участка в них устанавливается источник света, а встроенная видеокамера позволяет отображать информацию на экран монитора. Визуальный контроль может быть дополнен стробоскопическими методами

Иногда применяются технические стетоскопы (функционирующие в звуковом диапазоне частот), которые позволяют локализовать дефектный узел машины с повышенными стуками и шумами.

Для количественной оценки технического состояния машины необходимо применение инструментальных методов диагностирования. В настоящее время определен комплекс параметров, которые характеризуют техническое состояние основных узлов и систем компрессорного оборудования.

Параметрическая диагностика (по термогазодинамическим параметрам) широко применяется при контроле состояния проточной части центробежных машин, цилиндро-поршневой группы и клапанов поршневых машин, негерметичность уплотнений и тому подобное. В качестве диагностических признаков используются параметры давления и температуры газа ступеней компрессора, его производительность, температура охлаждающей воды в холодильниках, рубашках цилиндров, ее расход, ток, потребляемый электродвигателем из сети и тому подобное . Результаты этих измерений представляются на регистрирующих устройствах центрального пульта управления цеха или на ЭВМ. В дополнение к этим параметрам могут измеряться температура подшипников, давление масла, уровень вибрации.

Эффективным методом диагностирования состояния трущихся деталей является анализ продуктов износа в смазочном масле (трибодиагностика). Одним из отечественных основоположников этого метода являются ученые РГУНГ им. И.М. Губкина. Среди всего многообразия способов определения концентрации продуктов изнашивания в отработанном масле наибольшее распространение получили спектральные методы, характеризующиеся высокой точностью и чувствительностью. Посредством анализа проб масла определяют концентрацию в нем того или иного составляющего элемента материала трибосопряжения, по величине которой оценивают осредненный износ соответствующей детали. Недостатком метода является определение суммарного износа деталей, изготовленных из одних и тех же конструкционных материалов. Следует отметить, что широкого распространения в промышленности трибодиагностика пока еще не получила.

Для контроля деградационных процессов деталей машин и элементов конструкций оборудования нашел распространение метод поверхностной активации (МПА), разработанный в МГТУ им. Н.Э. Баумана, ГНЦ РФ Физико-энергетического института (г. Обнинск) и других научно-исследовательских институтах. Он основан на измерении интенсивности излучения радионуклидной метки, установленной на контролируемом участке поверхности объекта. В результате уноса радиоактивного вещества смазочным маслом в машине или транспортируемой средой в трубопроводе, ее излучение уменьшается. По градуировочным кривым это изменение переводят в величину износа. Этот метод применяется при определении износа цилиндров, подшипников двигателей, компрессоров, коррозии трубопроводов и другого оборудования газовой и нефтехимической промышленности.

Практический опыт показал, что для контроля технического состояния узлов машинного оборудования и трубопроводов нагнетателей вибрационный метод является одним из наиболее информативных. Он основан на использовании информации, содержащейся в колебательных процессах. При этом любой дефект какого-либо узла, который подвергается механическому воздействию со стороны движущихся частей или потока пульсирующего газа, характеризуется индивидуальным "вибрационным портретом".

Однако развитие того или иного дефекта в узле машины приводит не столько к увеличению суммарного значения вибрации, сколько к возрастанию амплитуды отдельных гармоник, даже незначительного относительно общего уровня, и поэтому организация контроля поведения отдельных частотных составляющих позволяет распознавать различные неисправности и следить за ходом их развития. Технически это реализуется при разложении вибросигнала в спектр с помощью преобразования Фурье.

Статистическое накопление и анализ корреляционно-спектральных характеристик вибросигнала, проведенные применительно к оппозитным компрессорам, позволили установить их взаимосвязи с износом в узлах механизма движения.

Существенную помощь при диагностировании и хорошим дополнением к экспериментальным методам оценки технического состояния машинного оборудования может служить компьютерное моделирование динамики и изнашивания узлов, позволяющее связать воедино изменение функциональных и динамических параметров машины с износом отдельных ее элементов и прогнозировать эти процессы на время будущей эксплуатации.

Неисправный узел, работа которого сопровождается ударом, эффективней диагностировать с помощью анализа амплитуды огибающей вибросигнала. Этот метод базируется на том, что периодическая последовательность ударных импульсов, возбуждающая в той или иной степени весь спектр собственных частот механизма, наилучшим образом - без помех, вызванных рабочим процессом,- проявляется в высокочастотной области в виде амплитудной модуляции вибрационного процесса.

Полосовая фильтрация высокочастотного сигнала с последующим преобразованием Гильберта (либо детектированием) и спектральным анализом амплитудной огибающей позволяет по частоте следования удара локализовать дефектный узел. Наибольшее применение этот метод нашел при контроле состояния подшипников качения и зубчатых передач. Его использование перспективно и для выявления некоторых дефектов поршневых компрессоров.

4. Ремонт оборудования компрессорных установок

4.1 Организация ремонтных работ

Для предприятий, эксплуатирующих компрессорное оборудование, характерны следующие основные методы проведения ремонта:

обезличенный метод;

метод ремонта специализированной организацией;

метод ремонта заводом-изготовителем.

При решении вопроса о целесообразности ремонта следует также учитывать, что основными показателями, определяющими эффективность ремонта, являются не только его стоимость, которая характеризуется уровнем затрат на ремонт оборудования по сравнению со стоимостью нового, но и качество, которое характеризуется соотношением эксплутационных показателей отремонтированной и новой машин. Чем выше качество ремонта, тем ниже уровень и темпы наращивания эксплутационных затрат после него.

Основной причиной дефектов, возникающих в процессе эксплуатации, является потеря работоспособности составных частей компрессора при превышении предельного износа. При длительной работе любой машины даже при нормальных условиях эксплуатации и соблюдении правил технического обслуживания ее составные части изнашиваются. Изнашивание сопряженных деталей является причиной 85 отказов компрессорного оборудования. Свыше 70 затрат на ремонт поршневых компрессоров связано с износом поршней и цилиндров.

4.2 Разборка компрессора

При остановке компрессора на техосмотр или ремонт подвергать компрессор разборке необходимо только после внимательного ознакомления с конструкцией машины по чертежам и изучения инструкции по эксплуатации.

Перед полной разборкой узлов компрессора необходимо:

а) обесточить электрооборудование;

б) убедиться, что в системе нет давления, открыв вентили разгрузки и продувки компрессора;

в) закрыть вентиль подвода охлаждающей воды и слить воду из компрессора и холодильников, отвернув сливные пробки.

При частичной разборке или замене ряда вышедших из строя деталей пункт в) выполнять по мере необходимости.

Порядок разборки компрессора и его оборонных единиц легко может быть установлен по чертежам.

Порядок разборки.

1. Отсоединить трубы воздухопровода и водопровода от цилиндров.

2. Отсоединить от обратных масляных клапанов, установленных на цилиндре трубки смазки, освободив их из-под скоб крепления.

3. Отсоединить трубки подвода смазки к сальникам цилиндров.

4. Вынуть из цилиндров клапаны по одному на каждую полость сжатия. При замене клапанов следует помнить, что порядок снятия клапанов следующий:

а) ослабить нажимной болт (провернув на 2--3 оборота), предварительно отвернув крепящую его контргайку;

б) отвернуть гайки, крепящие клапанную крышку и снять крышку,

в) снять нажимной стакан. На горизонтальных цилиндрах в нижних клапанных гнездах нажимной стакан закрепляется стопором. Чтобы снять нажимной стакан, необходимо повернуть стопор;

г) снять клапан.

5. Произвести замер линейного мертвого пространства, для чего:

а) через клапанное окно, ввести в полость цилиндра на глубину 20...30 мм свинцовую пластину;

б) провернуть коленчатый вал на один оборот, вставив рукоятку в торец вала (со стороны эл. двигателя);

в) вынуть свинцовую пластину и замерить штангенциркулем толщину оттиска с точностью до десятых долей мм, величины записать.

6. Снять крышки цилиндров, для чего:

а) снять гайки, крепящие крышку к цилиндру;

б) через клапанное окно вложить между поршнем и крышкой деревянный брусок;

в) провернув коленчатый вал поршнем оторвать крышку от цилиндра;

г) снять крышку.

Демонтаж поршня.

а) перекусить кусачками вязальную проволоку стопорного болта, расположенного на крейцкопфе.

б) ослабить стопорный болт закладной гайки;

в) отвернуть контргайку штока поршня;

г) освободить поршень от крейцкопфа, вращая поршень ключом;

д) вынуть поршень из цилиндра, предохраняя его от перекосов.

Демонтаж сальников.

а) отвернуть гайки крепления сальника;

б) ввернуть в крышку сальника два отжимных болта и завинчивая их, вынуть сальник из гнезда.

Демонтаж цилиндров.

а) застропить цилиндр;

б) отвернуть гайки крепления цилиндра к раме и снять цилиндр.

Демонтаж узла крейцкопфа в сборе с шатуном.

а) снять крышку шатуна;

б) вынуть крейцкопф с шатуном из рамы.

Демонтаж блока смазки

а) слить масло из лубрикатора и блока смазки в поддон, вывернув сливные пробки;

б) отвернуть накидные гайки к трубкам смазки, гайки крепления лубриктора к раме, застропить и снять лубрикатор;

в) отсоединить патрубки от блока смазки;

г) снять блок смазки.

4.3 Очистка и мойка деталей

Перед тем как приступить к дефектации деталей, в передовых ремонтных цехах (мастерских) применяют многостадийную мойку, т. е., вначале промывают неразобранные, частично разобранные сборочные единицы, а после этого отдельные детали. Перед мойкой все детали должны быть тщательно очищены от грязи, масла, нагара. Это необходимо сделать, чтобы замерить износы и обнаружить дефекты. Более эффективными моющими средствами являются синтетические моющие средства (CMC) типа Лабомид и МС на основе поверхностно-активных веществ и щелочных добавок.

Моющие средства типа МЛ-51, Лабомид-101 и Лабомид-102 (кальцинированная сода, триполифосфат натрия, жидкое стекло.

Рис. 7. Стационарная моечная ванна :

1 - трубопровод; 2 - специальный механизм; 3 - камера промывки; 4 - сопла.

4.4 Дефектация деталей

Для обеспечения безаварийной, безопасной работы оборудования компрессорной установки после разборки компрессора производят дефектацию узлов и отдельных деталей трубопроводов, определяют их состояние. При поузловой дефектации выявляют отклонения деталей узлов от заданного взаимного положения. При подетальной дефектации определяют возможность повторного использования деталей и характер требуемого ремонта. Производят сортировку деталей на следующие группы: детали, имеющие износ в пределах допуска и годные для повторного использования без ремонта; детали, имеющие износ выше допуска и непригодные к ремонту.