Phân tích lỗi gãy thanh piston máy nén

1. Giới thiệu
Máy nén piston là máy nén dịch chuyển tích cực được sử dụng phổ biến nhất. Chúng có ưu điểm là công nghệ sản xuất trưởng thành, phạm vi áp suất rộng, hiệu suất nhiệt cao, khả năng thích ứng mạnh, phạm vi điều chỉnh dịch chuyển lớn và yêu cầu vật liệu thấp. Chúng được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp dầu khí và hóa chất. Nhiều dịp nén khí trong lĩnh vực này. Thanh piston là bộ phận chuyển động của máy nén.
Đẩy piston để qua lại một lần, hoàn thành bốn quá trình giãn nở, hút, nén và xả theo trình tự. Hình thức hỏng hóc chính của thanh piston là gãy. Có nhiều yếu tố gây ra gãy. Ngoài tải trọng mỏi, còn có các lỗi gia công và độ chính xác lắp đặt, ăn mòn vật liệu, cấu trúc không hợp lý và các yếu tố khác. Bài viết này lấy một vụ tai nạn gãy thanh piston máy nén trong một đơn vị sản xuất hóa chất làm ví dụ. Thông qua phát hiện và phân tích, các yếu tố chính gây ra gãy thanh piston được xác định và hướng dẫn kỹ thuật được cung cấp để phân tích và các biện pháp cải thiện các vụ tai nạn gãy thanh piston tương tự.
Máy nén có thanh piston bị gãy là model 6HF2-3, do Công ty Nuovo Pignone của Ý sản xuất. Môi chất nén là ethylene, áp suất vận hành là 8 MPa, nhiệt độ vận hành là 80 độ. Thanh piston bị gãy được thay thế bằng thanh piston mới, làm bằng thép hợp kim 40CrNiMoA, do một nhà sản xuất trong nước sản xuất. Chỉ sau 2 tháng sử dụng đã bị hỏng, tuổi thọ rất ngắn.
2 Kiểm tra và phân tích hình thái đứt gãy cần piston
Có thể thấy từ mặt cắt tổng thể của thanh piston rằng phần dày hơn trên toàn bộ chiều dài của thanh piston (đường kính φ110 mm) có bề mặt được đánh bóng và các vết gia công hiện rõ trên bề mặt bên của đường kính nhỏ giảm phần đầu ở cuối bên trái. Không có dấu hiệu xử lý nhiệt bề mặt được tìm thấy. Phần bị gãy của thanh piston nằm ở ren nối của đầu giảm đường kính nhỏ, tức là ở khóa ren 2 ~ 3 nối với đai ốc. Có thể thấy từ hình thái vết nứt của thanh piston rằng hầu hết các khu vực của vết nứt đều tương đối bằng phẳng và có một phần vết rách cuối cùng lõm vào ở phía dưới của mặt phẳng vết nứt. Hình thái vĩ mô của toàn bộ bề mặt gãy của thanh piston phù hợp với đặc điểm hình thái của bề mặt gãy mỏi.
3 Kiểm tra và phân tích bằng kính hiển vi vết nứt thanh piston
Chọn một mẫu gãy từ bề mặt gãy của thanh piston không bị hư hỏng do va chạm, làm sạch bằng sóng siêu âm, sử dụng kính hiển vi điện tử quét có thiết bị phủ để phân tích hình thái vi mô của bề mặt gãy và sử dụng máy quang phổ năng lượng để phát hiện thành phần hóa học của bề mặt.
Có thể thấy, đặc điểm vi mô của bề mặt gãy thanh piston ở độ phóng đại cao là các vết mỏi, là cơ chế gãy mỏi điển hình. Điều này cho thấy trong 2 tháng sử dụng cần piston, các vết nứt nhỏ bắt nguồn từ gốc ren và dần dần lan rộng, cuối cùng gây ra hiện tượng gãy mỏi. Kết quả kiểm tra thành phần bề mặt vết nứt cho thấy không có sản phẩm ăn mòn trên bề mặt vết nứt, cho thấy vết nứt của thanh piston không liên quan gì đến sự ăn mòn.
4 Phân tích vi mô hình thái gia công ren thanh piston
Chọn các mẫu ren và sử dụng kính hiển vi điện tử quét để phân tích hình thái vi mô của bề mặt gốc ren và mặt cắt ngang để tìm hiểu xem có khuyết tật xử lý ren hay không. Hình dạng được xử lý của gốc ren thanh piston là bình thường và không tìm thấy dấu vết dụng cụ gia công thô hoặc các khuyết tật khác, điều này cho thấy rằng không có vấn đề về chất lượng trong quá trình xử lý ren thanh piston.