Поршеньді компрессордың негізгі беріліс бөлігі — поршеньдік штанга: материал, термиялық өңдеу және өндірісті тексеру

Поршеньді компрессорда поршеньдік штанга поршеньді және айқас бастиекті байланыстыратын негізгі беріліс бөлігі болып табылады. Ол қуат беру, қозғалысты басқару, тығыздауыш орнату және жүк көтеру сияқты көптеген функцияларды орындайды. Оның өнімділігі компрессордың жұмыс тұрақтылығына, тығыздағыш сенімділігіне, қауіпсіздігіне және қызмет ету мерзіміне тікелей әсер етеді, бұл оны поршеньдік жинақтағы ең маңызды жүктелетін негізгі бөліктердің біріне айналдырады. Әсіресе мұнай-химия, көмір химиясы және H₂S, CO₂ және қышқыл су буы сияқты коррозиялық орталарды қамтитын теңіз платформасында қолданбаларда материалды таңдау, термиялық өңдеу процесі, бетті нығайту және поршеньдік штанганың сапасын тексеру ерекше маңызды. Мысал ретінде H1150M 17-4PH жауын-шашынмен қатайтатын тот баспайтын болаттан жасалған поршеньді штангасын ала отырып, бұл мақала өнімнің орналасуын, материалды таңдауды, термиялық өңдеу процесін, өндіріс процесін және тексеру талаптарын жүйелі түрде енгізеді.

 

1. Орналастыру және негізгі функциялар

Поршеньді компрессордың поршеньдік жинағындағы негізгі беріліс бөлігі ретінде поршеньдік штангаға алдымен нақты функционалдық орналасу қажет. Ол поршеньді және айқастарды қосады және негізінен келесі функцияларды орындайды:

Қуатты беру: газды қабылдау, қысу және разрядқа жету үшін поршеньді цилиндрде кері қозғалысқа келтіре отырып, поршеньге кроссовка арқылы шығатын кері күшті жібереді.

Тығыздау беті: шыбықтың корпусы сальниктік қораппен және май қырғыш сақинасымен тығыз орналасады, бұл сығылған ортаның цилиндрден ағып кетуіне жол бермейді, сонымен бірге картер майлау майының сығымдау камерасына түсуіне жол бермейді, осылайша орташа тазалықты қамтамасыз етеді.

Қозғалыс нұсқаулығы: поршеньдік қозғалыс траекториясын шектеу және поршеньдің эксцентрлік тозуын және цилиндрдің қалыптан тыс тозуын азайту үшін бағыттаушы сақинамен және сальникпен жұмыс істейді.

Жүктеме: бүкіл процесс бойы айнымалы қысу кернеуіне, үйкеліс ығысу күшіне және газдың әсер ету күшіне төтеп береді және жеткілікті шаршау күші мен соққы беріктігі болуы керек.

Бұл функциялар поршеньдік штанганың жалғыз жүк көтергіш бөлігі емес, беріліс қорабына, тығыздауға, бағыттауға және қызмет ету мерзіміне бір уақытта әсер ететін негізгі құрамдас бөлігі екенін анықтайды. Сондықтан, кейінгі құрылымдық жобалау, материалды таңдау және өндіріс процестері жоғары беріктікке, жоғары беріктікке, жоғары дәлдікке және жоғары сенімділікке назар аударуы керек.

 

2. Құрылымдық жобалау

Поршеньдік штанганың құрылымдық дизайны қуат беру, бағыттау және тығыздауыштың айналасында айналады. Ол әдетте интегралды соғу арқылы немесе жоғары сапалы штангадан жасалған интегралды жоғары берік дөңгелек білік құрылымын қабылдайды. Бір ұшы жұқа жіптер, иық қысқышы немесе конустық қосылым арқылы поршень басына қосылады, ал екінші ұшы жіптер, фланец немесе гидравликалық қатайту қосылымы арқылы айқас немесе шатун механизміне қосылады. Жіңішке жіптерді және үлкен радиусты өтулерді пайдалану кернеу концентрациясын барынша азайтады және ауыспалы жүктемелер кезінде шаршау сынуын болдырмайды.

Критикалық деректер беттері түзулікті, дөңгелектілікті және коаксиалдылықты қатаң бақылай отырып, көп процесстік дәл өңдеумен және түзетумен біріктірілген бір қондырғыда орнатылады, бұл поршеньдік штанганың жоғары жылдамдықты кері қозғалыс кезінде тұрақты осьтік дәлдікті сақтауын қамтамасыз етеді және қалыпты емес жүктеме мен тозу қаупін азайтады.

Құрылымдық тұрғыдан алғанда, поршеньдік штанганың дизайн бағыты кернеу концентрациясын азайту, сенімді қосылымды қамтамасыз ету және қозғалыс дәлдігін сақтау болып табылады. Құрылым анықталғаннан кейін материалды таңдау оның жұмыс жағдайларына бейімделу қабілетін анықтайтын негізгі буынға айналады.

 

3. Материалды таңдау

Материалды таңдау жұмыс жағдайларының коррозиялық қасиетіне, қысым көрсеткіштеріне және орташа сипаттамаларына байланысты әртүрлі түрде жүзеге асырылады және негізінен үш санатқа бөлінеді:

• Қалыпты жұмыс жағдайларына арналған материалдар: 45#, 40Cr, 42CrMo, 38CrMoAlA және т.б. сияқты жоғары сапалы көміртекті болат және легирленген болат. Сөндіру және жұмсарту + бетін қатайтудан кейін олар жоғары беріктікке, жоғары беріктікке және жақсы тозуға төзімділікке ие және коррозияға ұшырамайтын немесе табиғи газ қысымы, табиғи газ қысымы және әлсіз жұмыс сияқты жалпы сценарийлер үшін жарамды. ≤20 МПа.

• Коррозиялық жұмыс жағдайларына арналған материалдар: Құрамында H₂S, CO₂, қышқыл су буы және т.б. бар коррозиялық орталар үшін NACE MR0 стандартына сәйкес 17-4PH тұнбамен қатайтатын баспайтын болат, 2Cr13 мартенситті баспайтын болат және 316L аустениттік баспайтын болат таңдалады. Олар біркелкі коррозияға және кернеулі коррозиялық крекингке күшті төзімділікке ие және мұнай-химия, көмір химиясы, теңіз платформасы және басқа қолданбалардағы қышқылдық жұмыс жағдайларына жарамды.

• Арнайы жұмыс жағдайларына арналған материалдар: Сутегі сығымдау сценарийлері үшін никель негізіндегі Inconel718 қорытпасы және сутегінің сынғыштығына тамаша төзімділігі бар тұрақты аустениттік баспайтын болат қолайлы; жеңіл, магнитті емес және күшті коррозияға төзімділікті қажет ететін арнайы сценарийлер үшін көміртекті талшықты күшейтілген композиттік поршеньді шыбықтар да пайдаланылуы мүмкін.

Жалпы алғанда, материалды таңдаудың әмбебап шешімі жоқ; негізгі жұмыс жағдайларына сәйкес келуде. Қышқыл мұнай мен газ сияқты коррозия қаупі жоғары сценарийлер үшін 17-4PH жауын-шашынмен қатайтатын тот баспайтын болат қолайлы термиялық өңдеу күйімен біріктірілген беріктік, қаттылық және кернеулі коррозия крекингіне төзімділікті теңестіретін маңызды шешім болып табылады.

 

4. H1150M термиялық өңдеу процесі және өнімділік артықшылықтары

Қышқыл мұнай мен газ және күкіртті сутегі кернеуі коррозия қаупі бар жұмыс жағдайлары үшін ASTM A564 H1150M жағдайында 17-4PH жауын-шашынмен қатайтатын баспайтын болатты пайдалануға және жеткізуге болады. H1150M орташа беріктік, ең жақсы қаттылық және кернеулі коррозия крекингіне оңтайлы төзімділікпен ерекшеленеді, өңдеу деформациясы кішірек және қалдық кернеуі төмен.

4.1 H1150M типтік механикалық қасиеттері (соғылмалардың бойлық бағыты)

• Созылу беріктігі Rm: 790~860 МПа

• Шығымдылық шегі Rp0,2: 620~720 МПа

• Ұзарту: ≥18%

• Қаттылық: HRC 24~29

4.2 H1150/H1150D/H1150M шарттарын салыстыру

H1150M термиялық өңдеу жолын қарапайым түрде жазуға болады: ерітіндімен өңдеу → 760℃×2сағ ауаны салқындату →621℃×4сағ ауаны салқындату. Олардың ішінде 760℃ жоғары температурада алдын ала қыздыру H1150M-ді H1150/H1150D-ден ажырататын негізгі қадам, ал 621℃ жауын-шашынның қартаюы болып табылады.

 

5. Беттік өңдеу

Сальникке және май қырғыш сақинаға сәйкес келетін жұмыс бөлігі беттік қатайту өңдеуінен өтуі керек. Негізгі процестерге мыналар жатады:

• Қатты хромдау: қалыңдығы 0,05~0,25 мм;

• Азоттау: 38CrMoAlA материалына жарамды;

• Вольфрам карбиді (WC) бүрку: қаттылығы 60 HRC дейін және оңтайлы тозуға төзімділігі бар керамика тәрізді процесс.

Вольфрам карбиді бүркуден кейін бетінің кедір-бұдырлығы Ra≤0,2 мкм құрайды, ол тығыздағыштармен үйкеліс пен тозуды азайтады және орауыштың қызмет ету мерзімін ұзартады.

Вольфрам карбиді (WC) шашатын поршеньді штанга

6. Өндірістік процестің ағыны

Шикізаттан бастап дайын өнімге дейін поршеньдік штангаларды өңдеу нақты дәйектілікті сақтауы керек: алдымен материал ерітіндісін өңдеуді аяқтаңыз, содан кейін сөндіруді және шынықтыруды және термиялық өңдеуді орындаңыз, содан кейін жіптерді илемдеу, бетті бүрку және дәлдікпен тегістеу. Әрбір процесс соңғы өнімділікке әсер етеді, сондықтан процесті бақылау ерекше маңызды.

6.1 17-4PH материалды ерітіндімен өңдеу

17-4PH материалы басқа өңдеуді жүзеге асырмас бұрын алдымен ерітінді өңдеуден өтуі керек. Ерітінді өңдеу А шарты: 1040℃ (1900°F) температурада ұстаңыз, мартенситтік матрицаны алу үшін ауаны салқындатыңыз/май салқындатыңыз, келесі өңдеуге және жастық қатайтуға дайындық.

6.2 Өндіру және шынықтыру және термиялық өңдеу

Ерітінділерді өңдегеннен кейін материалға, сызбаларға және жұмыс жағдайларына сәйкес сөндіру және шынықтыру, термиялық өңдеу және басқа процестер жүргізіледі. Мысал ретінде H1150M алып, ASTM A564 анықтаған термиялық өңдеу жолы жүзеге асырылады:

Бірінші кезең: 760 ℃ (1400 ° F) 2 сағат ұстаңыз, ауа салқын;

Екінші кезең: 621℃ (1150°F) 4 сағат ұстаңыз, ауа салқындатыңыз.

Кәдімгі легирленген болат сөндіруді және шынықтыруды + беттік шыңдауды қабылдайды; 38CrMoAlA азотпен өңдеуді қабылдай алады.

6.3 Жіпті айналдыру

Барлық жіптер (бұрандалы жіптер) бұрау арқылы қалыптаспаған, жіп илемдейтін станокта оралады. Домалау жіп түбірінің шаршау күшін, бетінің тығыздығын және талшықтың үздіксіздігін жақсартады, бұл оны жоғары жиілікті ауыспалы жүктемелерге төтеп беруге қолайлы етеді.

6.4 Беттік вольфрам карбиді (WC) жабыны

Поршеньдік штанганың жұмыс бөлімі вольфрам карбиді (WC) жабынымен шашыратылады, қаттылығы 60 HRC дейін және тозуға оңтайлы төзімділікпен. Қатты хромдау немесе нитрлеуді де жұмыс жағдайларына сәйкес таңдауға болады. Қаптаманың қалыңдығы сызбаларға және жұмыс жағдайларына сәйкес бақыланады.

6.5 Соңғы өлшемдерге дейін дәлдікпен тегістеу

Вольфрам карбиді (WC) бетіне шашырағаннан кейін поршеньдік штанга соңғы өлшемдерге жету үшін сызба өлшемдеріне сәйкес ұнтақталған. Дәл тегістеу қабылданады және өзек корпусының жұмыс бөлігінің дөңгелектігі мен цилиндрлік рұқсаттары IT6 дәрежесіне жетеді, түзулік ауытқуы ≤0,05 мм/м және жалпы ұзындығы ≤0,08 мм иілу, тығыздағыштың біркелкі орналасуын қамтамасыз етеді және ағып кетуді немесе қалыпты тозуды болдырмайды.

 

7. Өнімді тексеру және сапаны қамтамасыз ету

Материалды тексеру: Химиялық құрамы, механикалық қасиеттері, материал сертификаты және қажет болған жағдайда металлографиялық сараптама.

Термиялық өңдеуді тексеру: термиялық өңдеу қисығының жазбалары және қаттылықты сынау. H1150M қаттылығы HRC 24~29 кезінде бақыланады; H1150 - 28~37 HRC; H1150D шамамен 27~33 HRC.

Өлшемдер және геометриялық төзімділіктер: негізгі өлшемдер, коаксиалдылық, дөңгелектік, цилиндрлік, түзулік және жалпы ұзындықтың иілісі. Жұмыс бөлігінің дөңгелектігі мен цилиндрлігі IT6 дәрежесіне жетеді, түзулігі ≤0,05 мм/м, жалпы ұзындығы иілу ≤0,08 мм.

Бетінің сапасы: бетінің кедір-бұдыры Ra≤0,2 мкм, жабынның қалыңдығы, жабынның адгезиясы және жарықтар мен сызаттарсыз сыртқы түрі.

Механикалық қасиеттері: Созылу беріктігі, аққыштық күші, созылу және соққы беріктігі. Мысал ретінде H1150M алсақ: Rm 790~860 МПа, Rp0,2 620~720 МПа, ұзарту ≥18%.

Бұзбайтын сынақ: ішкі және беткі ақаулардың болмауын қамтамасыз ету үшін қажет болған жағдайда ультрадыбыстық сынау (UT), магниттік бөлшектерді сынау (МТ), пенетрантты сынау (PT) және т.б..

Қорытынды тексеру: сызбаларға сәйкес толық өлшемді тексеру, визуалды тексеру және таңбалау және бақылау ақпаратын растау, өнімнің қадағалануын және партияның консистенциясын қамтамасыз етеді.

 

Қорытынды

H1150M термиялық өңделген 17-4PH тот баспайтын болаттан жасалған поршеньді штанга материалды орынды таңдау, стандартталған термиялық өңдеу, вольфрам карбидінің бетін нығайту, жіптерді илемдеу және дәл тегістеу арқылы қышқылдық мұнай мен газ және күкіртсутегінің кернеуі сияқты қатал жағдайларда тұрақты беріктік, қаттылық және тығыздағыштың жарамдылығын сақтай алады. Материалдың, термиялық өңдеудің, өлшемдердің және бетінен бастап бұзылмайтын сынауға дейінгі толық технологиялық сапаны бақылаумен біріктірілген ол поршеньді компрессорлардың қауіпсіз, тиімді және ұзақ мерзімді жұмысына сенімді кепілдік бере алады.