Неравномерный износ поршневых колец и короткий межремонтный интервал: материалы и конструкция
| Компрессор | Поршневой компрессор WS2-4; поршневые кольца третьей и четвёртой ступеней. |
|---|---|
| Газовая среда | В опубликованном примере не указан. |
| Давление и температура | В опубликованном примере не указаны. |
| Частота вращения | В опубликованном примере не указана. |
| Исходное состояние или механизм отказа | Составные кольца на стороне низкого давления имели сильный неравномерный износ и требовали замены примерно через два месяца. |
| Решение RONDER | Предложение по модернизации: износостойкий материал на основе наполненного PTFE, изменённые стыки колец и разгрузочные канавки. |
| Зафиксированный результат | Предложение по модернизации поршневых колец третьей и четвёртой ступеней. |
Для поршневого компрессора WS2-4, где поршневые кольца третьей и четвёртой ступеней требовали замены примерно через два месяца, RONDER сосредоточила модернизацию на составных кольцах с взаимным зацеплением на стороне низкого давления, имевших сильный неравномерный износ. Предложение предусматривало замену материала на износостойкий, изменение формы стыка и добавление разгрузочной конструкции. Целью было снизить контактную нагрузку между кольцом и цилиндром и увеличить межремонтный интервал при сохранении требований процесса к уплотнению.
Агрегат эксплуатировался на крупном нефтехимическом предприятии с китайским и иностранным участием в Тяньцзине и использовался для производства этилена и продуктов последующей переработки. При разборке обнаружили, что одна сторона некоторых составных колец низкого давления была почти полностью изношена, тогда как кольца с косым стыком на стороне высокого давления изнашивались нормально.
Результаты разборки: различия износа в одном комплекте колец
Компрессор имеет вертикальную конструкцию: первая и третья ступени расположены в одной колонне, вторая и четвёртая — в другой. Исходные комплекты колец третьей и четвёртой ступеней состояли из обычных колец с косым стыком на стороне высокого давления и составных колец с взаимным зацеплением на стороне низкого давления.
| Положение и конструкция | Результат разборки |
|---|---|
| Обычное кольцо с косым стыком на стороне высокого давления | Износ нормальный |
| Составное кольцо с взаимным зацеплением на стороне низкого давления | Сильный неравномерный износ; одна сторона некоторых колец почти полностью изношена |
Обе ступени — третья и четвёртая — имели такую картину. Модернизация была сосредоточена на форме уплотнения и распределении нагрузки в составном кольце низкого давления.
Рисунок 1. Различие износа колец на стороне высокого и низкого давления.
Требования к уплотнению и контактная нагрузка
Наружная поверхность поршневого кольца сопрягается с внутренней поверхностью цилиндра, а торцы — с боковыми поверхностями канавки; вместе они ограничивают утечку газа. Стык и монтажные зазоры всё же образуют пути утечки, поэтому требуется последовательное дросселирование несколькими кольцами.
Во время работы давление газа прижимает кольцо к поверхности цилиндра. Распределение давления за кольцом и на его наружной поверхности влияет на контактную нагрузку, трение и износ. В пределах утечки, допустимой технологическим процессом, RONDER предусматривает умеренное увеличение начальной утечки, чтобы снизить среднее контактное давление.
RONDER определила место износа по результатам разборки, выбрала направление изменения конструкции на основе анализа нагрузок и одновременно проверила состояние цилиндра, поршня и канавок.
Изменение материалов и конструкции
1. Износостойкий материал
Применён износостойкий материал собственной разработки RONDER на основе наполненного политетрафторэтилена с добавлением графита и углеродного волокна. Материал используется вместе с конструктивными мерами по снижению контактной нагрузки.
2. Сохранение первых двух колец с косым стыком и применение стыка внахлёст в задней части комплекта
Предлагаемая модернизация предусматривает сохранение первых двух колец с косым стыком и замену задних составных колец с взаимным зацеплением цельными кольцами со стыком внахлёст. В месте стыка образуется извилистый путь утечки, который уменьшает влияние увеличения зазора при радиальном износе.
RONDER одновременно проверяет утечку нового кольца и кольца после износа и подбирает длину перекрытия и посадку кольца с учётом размеров канавки и рабочих условий.
3. Наружная разгрузочная канавка
На наружной поверхности поршневого кольца выполняют разгрузочную канавку, соединённую небольшими отверстиями с дном канавки. Газ со стороны тыльной поверхности кольца проходит через отверстия в разгрузочную канавку, изменяя распределение давления на наружной поверхности и снижая контактную нагрузку между кольцом и цилиндром.
В предлагаемой конструкции количество отверстий определяют испытаниями: начинают с небольшого количества и постепенно увеличивают его, соблюдая верхний предел утечки, допустимый процессом.
Рисунок 2. Принцип действия наружной разгрузочной конструкции.
Что проверяет RONDER при модернизации
| Проверяемая область | Основной вопрос |
|---|---|
| Материал и рабочие условия | Подходит ли материал для среды, температуры и условий трения? |
| Стык и разгрузочная конструкция | Соответствует ли уплотнение до и после износа требованиям процесса по утечке? |
| Конфигурация комплекта колец | Согласуются ли положение, функция и распределение износа каждого кольца? |
| Эксплуатационные записи | Соответствуют ли наработка, изменения условий и причины замены результатам разборки? |
RONDER подбирает материал, форму стыка и параметры разгрузки для конкретной ступени и конфигурации комплекта колец.
Консультация по модернизации поршневых колец
Для обсуждения износа, неравномерного износа или частой замены поршневых колец направьте модель машины и краткое описание неисправности на sales@ronder-valve.com, указав:
- модель компрессора, конструкцию поршня и ступень, на которой возникла проблема;
- состав среды, давление и температуру всасывания и нагнетания, частоту вращения и способ смазки;
- материал действующих поршневых колец, форму стыка, конфигурацию комплекта и межремонтный интервал;
- фотографии после разборки с отметками в порядке установки, а также записи о проверке цилиндра, поршня и канавок.