往复压缩机活塞杆径向跳动研究与程序开发

，往复压缩机活塞杆径向跳动值是使用千分表在特定位置处活塞杆径向跳动的测量值，分为水平径向跳动和垂直径向跳动。通过活塞杆径向跳动的测量可以确定机组运行时活塞杆是否处在滑道中心，同时也检测滑道与气缸是否处同轴。它是压缩机气缸、接筒、机身滑道是否正确对中检测的关键数据，是各零部件制造和安装质量的综合反映。因此，活塞杆径向跳动测量值总是新机组在工厂组装检验、安装现踌验以及正常维修、气缸重新组装后检验的-项重要指标。本文重点研究往复压缩机热态和冷态活塞杆径向跳动的计算和程序开发。

2 活塞杆径向跳动允许值API618《石油、化工和气体工业用往复压缩对活塞杆热态和冷态径向跳动允许值都作了明确规定，具体要求如下：收稿日期 ：2013-05-14-2013年04期(总第240期)2.1 热态径向跳动允许值往复压缩机的设计和制造应使填料函处活塞杆的热态径向跳动为零，但由于活塞杆下沉的作用和活塞与气缸的运行间隙要求，有时要达到完全对中是不可能的，因此必须确定活塞杆热态径向跳动允许值。

(1)水平方向径向跳动千分表任何测量位置处最大允许水平径向跳动应为零，考虑十字头滑道、接筒和气缸配合面的加工误差，水平径向跳动允许值为加上或减去行程的0.00015 mln]mm，最大到0.064 mm。

(2)垂直方向径向跳动千分表在任何顶部位置处最大垂直径向跳动为在基于行程长度、活塞杆长度、活塞杆下沉和十字头及活塞运行间隙要求的特定位置处千分表的测量值；考虑到可能造成轻微平行偏移和角偏差零件的几何和配合公差，垂直径向跳动允许值为加上或减去行程许用限值的0.00015 ram/ram。

2.2 冷态径向跳动允许值由于制造车间和安装现场只能测量冷态活塞用杆径向跳动，无法进行热态活塞杆径向跳动的测量，因此必须根据热态活塞杆径向跳动预期值求出冷态径向跳动允许值作为检验依据。

水平冷态径向跳动应为零，允许值为加上或减去行程的0.00015 mm/mm，最大值为±O.064mm；垂直冷态径向跳动应等于预测冷态径向跳动，偏差范围在行程的±O.015%之内。

3 活塞杆径向跳动影响因数水平方向径向跳动通常是由制造误差产生，产生跳动原因较少，冷态和热态径向跳动最大允许值-致，最大不能超过0.064 mm。

垂直方向径向跳动产生原因有很多，主要包括：①相关零件的尺寸公差，例如十字头体、滑道、缸体、活塞体支承环槽尺寸和支承环的厚度等；②接筒与机身和接筒与气缸安装时定位止口配合间隙；③接筒与机身和接筒与气缸的安装时接触面的垂直度和定位止口的同轴度；④活塞与气缸之间 、十字头与滑道之间运行间隙；⑤活塞杆由自重引起的挠度下垂；⑥热态运行时活塞与气缸热膨胀引起的中心变化；⑦热态运行时十字头受力方向变化。

由于影响活塞杆径向跳动的原因很多，手工方式根本无法进行准确计算。有时虽然按零件公称尺寸简单计算，但考虑因数较少，计算结果误差较大。尤其对于铝活塞和支承环的大直径气缸，由于铝和四氟材料的热膨胀系数较大，导致活塞和十字头之间的冷、热态间隙差有很大的差别，经常出现车间或现巢装时活塞杆跳动检验值远远大于给定值；另-方面由于十字头受力侧的变化或低温进气有关的工作条件，都导致正常运行时活塞杆的径向跳动与冷态跳动值有显著差别，这给用户和制造厂家都带来了不必要的麻烦。为此，我们根据API618标准提供的活塞杆径向跳动计算方法，对影响活塞杆径向跳动进行系统的分析和研究，然后编制活塞杆径向跳动计算程序。

4 活塞杆径向跳动计算原理活塞杆垂直径向跳动计算采用形线分析法，根据活塞相对十字头中心线的下沉量，将活塞杆中心线的各点坐标用数值描述，通过对中心线数值分析后求出跳动值和方向。跳动值为活塞由内止点向外止点运行过程中千分表经过形线上点纵104 瓣 憋坐标的最大差值；规定活塞运行过程中检测点处活塞杆上表面逐渐升高的跳动值为正，反之为负，原理见图 1。

r十字头中心线L n f 字头端面012016020024028032活塞杆挠度活塞 形线-- 2x. . . . . . . A0 11 22 33 44 55 66 71 88 p9 110二 侧 活塞杆杆长 。轴 端面千分表位置 气缸侧千分表位置图 1 活塞杆垂直径向跳动根据零件热膨胀量、活塞杆挠度以及活塞和十字头工作位置的变化，建立冷态和热态活塞杆垂直径向跳动的对应关系，在零件尺寸变化区间迭代计算活塞杆冷、热态径 向跳动值 ，按照API618标准确定冷态垂直径向跳动检验允许值。

5 活塞杆径向跳动计算实现5.1 活塞杆冷态垂直径向跳动参数值确定根据零件尺寸和公差范围确定活塞相对于十字头下沉量，计算原理如下：(a)确定十字头与十字头滑道中心偏差值A 冷十字头△冷十字头1，2(D冷滑遭-D冷十字头)式中 D冷十字头--冷态十字头直径尺寸De滑道--冷态十字头滑道直径尺寸(b)确定冷态活塞与气缸中心的偏差值△冷活Acrel/2 (D冷缸-(D冷环底径2环))式中 De缸--冷态气缸直径De环底径--冷态支承环槽直径D冷环--冷态支承环厚度(c)冷态时活塞相对十字头中心下沉差△冷。唧△冷Dl10P△冷活-△冷十字头5.2 活塞杆热态垂直径向跳动参数值确定(1)确定热态十字头与十字头滑道尺寸由于十字头与十字头滑道的热膨胀量很小，忽略不计，所以十字头与滑道的热态和冷态尺寸相同。

(2)确定热态活塞与气缸尺寸(a)气缸温差/'11/2( )-2013年04期(总第24O期)-臀 螗式中 --环境温度(b)缸体热态尺寸D热缸△1D冷径(1 冷缸)式中 缸套--缸套膨胀系数 。

(c)活塞体尺寸A2D (1ol )式中 D活塞--支承环槽直径0c话塞--活塞膨胀系数(d)支承环膨胀量：△3： (10r环)式中 日--支承环厚环--支承环膨胀系数(e)热态时活塞与气缸中心下沉差 △热DROPA l/2 (D热缸-(D热环底径2Il热环))(f)热态时活塞相对十字头中心下沉差△热Ⅸ唧△热下Ⅸ≈0P△热活塞-A热十字头(3)十字头在中体滑道热态运行肘，由于曲轴的旋转和位于机身左右侧的不同，会受到向上或向下侧向力的作用，因此十字头会在上滑板或下滑板运行。而活塞杆径向跳动检测时十字头始终在下滑板运行，因此必须区分十字头冷热工作状态的不同。

十字头受到向下侧向力时，冷态和热态工作状态-致的，不需考虑十字头与滑道运行间隙。

反之，受到向上侧向力时，必须考虑十字头与滑道之间的间隙△，△燕上班u0P；△热下DROPa5.3 活塞杆挠度曲线活塞杆挠度计算可以把活塞杆看作简单的超静定梁，其十字头端可作为活动铰链支座，活塞端作为固定支座，活塞杆的自重作为均布载荷，计算简图见图2。

挠度曲线方程YWI(48E馏)(2C4-3BC%B C)式中 y--活塞杆挠度，mm- - 活塞杆的重力，N 活塞杆材料弹性模量，N/mm：惯性矩 ，mm4- - 活塞杆长度，从十字头端面至活塞内端面距离，mm 径向跳动测量点距离，从十字头端面至千分表位置距离，mmWrd2B pgxlO-6/4-2013年04期(总第24O期)式中 活塞杆直径，mInp--活塞杆材料的密度，kg/dm广 重力加速度，值为9.8 m/s图 25.4 活塞杆径向跳动计算根据上述公式计算活塞相对十字头冷、热态偏差和活塞杆挠度曲线数据，采用数组方法对活塞杆形线进行描述，按照计算原理求出跳动数值。

通过编制程序计算满足热态 活塞杆跳动 ≤±0.00015S(Js行程)时冷态垂直径向跳动的检验值，为活塞杆径向跳动的检测提供依据。

6 程序功能和应用程序开发工具为Visual c6.0，采用面向对象编程方法将活塞杆径向跳动计算过程通过程序实现。数据输入和输出采用窗口界面，并可以根据输入设计产品基逮号自动提取曲轴、连杆和十字头等基逮参数，实现程序自动化，保证数据录入的正确性，增强了程序可用性。

7 结语本文详细讨论了活塞杆径向跳动影响因素和程序实现方法，通过 VC编制计算程序在产品设计中推广使用，对提高压缩机制造和装配质量有重要意义。