迷宫压缩机弹性联轴器螺栓断裂原因分析

压缩机技术2019-11-07 14:47:32

1 引言

公司的2台大型迷宫压缩机,于1月份投入运转,在额定工况下运行不足一周,A、B 2台机组先后出现弹性联轴器螺栓断裂机械事故,并且事故现象基本一致。配套的国内联轴器厂商对联轴器结构进行改进后,压缩机在额定工况下运行仅3天,A、B机组的联轴器螺栓又出现断裂机械事故,严重影响了用户的正常生产进度,造成了较大的经济损失。为了避免类似事故再次发生,提高压缩机设备的安全性、可靠性和经济性,公司专门对该2台迷宫压缩机配套的弹性联轴器螺栓断裂的原因进行了分析。

2 事故现场螺栓断裂情况

本次发生机械事故的配套联轴器的结构如图1所示


A、B机联轴器螺栓的2次断裂情况基本一致,现场联轴器的损坏情况如图2所示。


3 联轴器螺栓的受力分析

螺栓个数Z=10,起作用为10/2=5,螺栓分布圆直径为ф495mm,螺栓直径为doф=40 mm,栓材质为35CrMo,调质处理,图3为螺栓的理论受力图。

根据螺栓的材料特性,螺栓的力学性能如下:


根据压缩机正常工作时联轴器的实际受力情况,采用专业软件,对联轴器的螺栓进行有限元结构应力分析,分析结果如图4所示。由图4可以看出,螺栓的应力最大值同样发生在膜片剪切处,但是剪应力的最大值为139.39 MPa,高于理论值,这是因为在有限元结构分析中,考虑了联轴器工作时的实际情况,定义了各部件之间的连接关系,给定了摩擦系数等,更符合联轴器实际受力条件,所以分析值大于理论值,这结果是与理论分析相吻合的。

综合以上结果可以看出,联轴器工作时候的安全系数仅为1.5左右,安全系数过低。


4 事故原因分析

根据上述计算,联轴器螺栓的安全系数过低,是螺栓断裂的一个原因。经过对现场联轴器损坏情况深入仔细的分析,分析螺栓断裂的原因如下:

(1)联轴器螺栓与法兰及膜片上螺栓孔配合

间隙过大,且大小不均匀,如图5所示,带载后节点产生较大位移,进而导致膜片发生失稳屈曲变形,传动扭矩过程中膜片没有很好地发挥作用。

(2) 膜片定位套孔均有明显不完整的修整加工痕迹,粗糙度25以上,见图6所示。定位套孔过于粗糙,对联轴器螺栓表面咬合破坏明显,诱发螺栓多源疲劳断裂,且螺栓定位表面没有采取防腐措施。联轴器厂家配发的新螺栓,定位表面已能清晰看见锈迹,见图7所示。


(3)联轴器的中间节与定位套配合的5处螺栓孔周围表面全部有明显的圆周向的转动咬合痕迹,表明压紧定位套有松动的情况,在联轴器正常工作时候,定位套有明显地转动的现象,紧固力矩不够,见图8所示。



(4)螺栓的防松垫片采用的是开口弹簧垫片,此设计不符合API 671第8.10.3条的规定。

5 结语

2台大型迷宫压缩机由于联轴器螺栓的先后断裂,使机组不能长周期的运行,影响正常生产,造成经济损失。经过深入细致的分析,安全系数低、零部件加工质量差、结构不合理是此次联轴器螺栓断裂的主要原因。经过和联轴器厂家的仔细交流,更换了经过结构优化后的联轴器在现场使用情况良好,保证了压缩机在额定工况下长期运行的要求。