氢气压缩机活塞杆断裂失效分析

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

L-m 事故与缺B舀分雾蠛糜 亮 杜春海 江苏省特种设备安全监督检验研究院扬州分院季彩宏 扬州职业大学丁 毅 南京工业大学GB302D型氢气压缩机于20l1年1 1月28日投入使用，12月20日上午巡检时发现压缩机声音异常，停机检查后发现二段K1缸活塞杆靠近十字头侧螺纹处断裂 ，断裂位置接近在十字头连接盘与锁紧螺母的结合面处，使用寿命仅22天。活塞杆材质为42CrMoE，不与介质接触，二段缸的吸排气压力为2.11/6.25MPa、吸排气温度35/130C，气缸直径为410ram，压缩机功率为3080kW，转速为295r/min。

文中从宏观分析和微观分析两方面人手，采用金相分析、扫描电镜、能谱分析、化学成分分析和材料力学性能测试分析等多种手段，对这起氢气压缩机活塞杆断裂失效原因进行了分析研究。

1活塞杆宏观断口形貌和成分分析断裂活塞杆的宏观照片如图1所示。从图中可以看出，活塞杆断口与轴线基本垂直，断口可以分为平整区和粗糙区两个部分 ，粗糙区面积不足整个断口面积的10%，表明断口基本属于脆性断口。断口粗糙区为最终断裂区，位于断口边缘，断口表面可见断裂放射线，并指向最终断裂区，表明裂纹源位于活塞杆圆周外缘部位，具有多源性，整个断裂截面符合疲劳断裂的典型特征，即表面光滑的疲劳发展区粗糙的脆性断裂区，初步判定属于轴向交变应力所导致的疲劳断裂。EDS能谱成分分析结果表明 ，螺栓材料为42CrMo钢，见表l。

图1 GB302D压缩机断裂活塞杆宏观照片表1 GB302D压缩机活塞杆成分EDS分析结果元 索 C Cr Mo Mn Si S P测量值( %) / 1.10 0.32 0.88 0.31 0.05 0.004-2 C，rMo 。 。 。 。 。 。 。 。

≤0.04 ≤0.04 钢标准成分% O.45 1.20 0.25 0.80 0.37 、 。 2活塞杆显微组织分析和力学性能测试活塞杆材料为42CrMo钢 ，-般要求进行调质处理，对螺栓材料的金相显微组织分析结果表明活塞杆组织为回火索氏体铁素体 (见图2)，其中白色条状物为铁索体，索氏体组织粗大，碳化物呈颗粒状集中分布于铁素体条之间，可见原马氏体位向。根据GB/T 13298-91标准进行检验，从铁素体条的形状、大小和分布可以看出该活塞杆在淬火时得到的马氏体组织非常粗大，其中活塞杆外表面马氏体最为粗大，马氏体等级为8级，活塞杆半径中部的马氏体等级为7级，而活塞杆心部的马氏体等级为6级，因此整个活塞杆截面上马氏体组织都非常粗大，可能是由于淬火温度过高造成的。粗大的马氏体虽然不会明显降低活塞杆的硬度，但是会严重降低活塞杆的强韧性。对活塞杆螺纹面的金相显微组织观察还发现螺纹表面没有发生氧化脱碳现象，表明活塞杆在热处理过程中得到较好的气氛保护。

垮 李宝宪 北京市质量技术监督局特种设备检测中心1节能技术改造前供热系统存在问题概述北京市某 中等专业学校全楔筑供热面积为67000m 左右。供热采用3台燃气热水锅炉 ，其中2.8MW锅炉两台，1.4MW锅炉-台。直至2006年6月，锅炉已经运行2个采暖季。着重分析热水供暖系统的问题。

学校原来室外供热管网根据压力不同和锅炉-次水循环系统分成高低压管网两个回路：高压供暧回路2万多平米，由-台1.4MW热水锅炉直接供热。高压回路包栝高层-栋9层教学楼 (1万m 左右)和另外-个小区域板式换热器二次换热供两栋北宿舍楼 (1万m左右)。低压供暧回路由2台2.8MW锅炉直接供热。

供暖面积4.7万m 左右，用户包括整个教学主楼，西楼学生宿舍，1#～4#家属宿合4栋楼，学校西区和其他建筑组成。在进行节能改造前，该单位锅炉及外管网系统存在如下问题：表4 GB302D压缩机活塞杆断口表面腐蚀产物EDS分析结果赛 C O 毋 Mo 尬J 黪 S 伟1)整体管网设计布置不合理。不仅在锅炉房内管网设计有缺陷，而且外管网尤其如此。

2)原来1.4MW燃气热水锅炉单独供高压区域供暖，明显感到锅炉负荷不能满足供热需要，特别是寒冷季节尤其明显，回水温度低，且仅有1.4MW锅炉，热备用系数低。而低压区域2台2.8MW锅炉容量又远远显得富裕，却无法得到充分利用。

3)在学校冬季寒假期间，教学区无人上课的教室和办公室，由于供热外管网回水与家属宿合学生宿舍区的回水设计连接在-起，对不需要或者是少需要供暧的教室和办公室也只能连带供暖，造成大量热量无效浪费。即使平时上课课余和夜晚无人时间，大多数教室和办公室，只需要低温维持不冻即可，但由于总外管网回水为单-回水总管。无法实现对各区各楼温度的高低温分别控制。其次，水力失调现象严重。

部分外管网年久失修，暖气系统布置不合理。 远端冷，近端热”，水力不平衡的现象大量存在。

断裂的主要原因〃议细化晶粒以及合理选择淬火温度以避免粗大马氏体的形成，从而提高活塞杆的强度和韧性以避免早期疲劳断裂的发生。

测量值w ' · · 。· ·o3 ·o0。·o。。·oo。· 余量