氣閥故障對空氣壓縮機(jī)工作的影響及應(yīng)對措施

袁寶吉，吳猛猛，李衛(wèi)寧

(海軍潛艇學(xué)院，山東青島 266042)

0 引言

艦船高壓空氣壓縮機(jī)的氣閥數(shù)量眾多，工作條件惡劣，閥片在高溫、高壓下以很高的頻率開啟和關(guān)閉［1］。例如:某4級高壓空氣壓縮機(jī)，共有吸、排氣閥62個(gè)，額定轉(zhuǎn)速為1 330 r/min，則吸、排氣閥每秒要開關(guān)各22次，閥片兩側(cè)作用有一定的壓差。因此，氣閥是空氣壓縮機(jī)中最容易損壞的部件。氣閥工作可靠性將直接影響壓縮機(jī)的排量、可靠工作和功率消耗［2］。本文就氣閥故障對空氣壓縮機(jī)工作的影響進(jìn)行分析，并提出了提高氣閥工作可靠性的對策。

1 氣閥常見故障及其對空氣壓縮機(jī)工作的影響

壓縮機(jī)工作時(shí)，吸、排氣閥容易發(fā)生閥片斷裂、氣閥彈簧折斷、氣閥關(guān)閉不嚴(yán)密、彈簧彈力不夠等故障。這些常發(fā)故障對空氣壓縮機(jī)的性能、使用有非常大的影響，具體表現(xiàn)在以下幾方面。

1)減小壓縮機(jī)的排量。

(1)氣閥斷裂、氣閥彈簧折斷、氣閥關(guān)閉不嚴(yán)將減小壓縮機(jī)的排量。

某級吸氣閥或排氣閥漏泄時(shí)，都使該級的實(shí)際排量比正常情況下減少。吸氣閥漏泄時(shí)，因排氣過程中有部分空氣漏回吸入管而減小該級的排量;排氣閥漏泄時(shí)，因吸氣過程中有部分空氣經(jīng)排氣閥漏回汽缸而減小該級的排量，而壓縮機(jī)其它的各級是正常工作的，因此壓縮機(jī)的最終排量減少。

(2)彈簧彈力降低將減小壓縮機(jī)的排量。

由于氣閥長期工作在高溫環(huán)境中，使氣閥彈簧退火、彈力降低。彈簧彈力降低后，將會導(dǎo)致氣閥開啟和關(guān)閉不及時(shí)。若氣閥開啟不及時(shí)或不能迅速達(dá)到全開將增大氣閥的大開閥阻力，減小吸氣量，而減小壓縮機(jī)的排量;若氣閥不能及時(shí)關(guān)閉，當(dāng)活塞改變運(yùn)動方向時(shí)，將引起排氣管內(nèi)的部分氣體倒流，這不僅影響壓縮機(jī)的實(shí)際排量，而且會大大增加閥片關(guān)閉時(shí)的運(yùn)動速度，減小閥片的使用壽命。

2)改變壓縮機(jī)的各級間的壓力分配，損害壓縮機(jī)。

多級壓縮機(jī)正常工作時(shí)，當(dāng)最后一級排出壓力為某一值時(shí)，各級的排出壓力是有一定的分配規(guī)律。當(dāng)某一級氣閥損壞時(shí)，該級壓縮機(jī)就不能正常工作，嚴(yán)重時(shí)甚至使該級基本不起作用，就會使各級的壓力分配發(fā)生明顯變化。

當(dāng)某級吸氣閥或排氣閥漏泄，會使前一級的排出壓力增高，本級的排出壓力降低。例如，4級壓縮機(jī)的第3級的吸氣閥或排氣閥漏泄時(shí)，會使第2級排出壓力增高，第3級排出壓力降低，第4級的吸入壓力 (即第3級排出壓力)降低，壓縮機(jī)在新的壓力分配的情況下工作。

氣閥嚴(yán)重漏泄時(shí)，特別是閥片打碎后，壓縮機(jī)內(nèi)壓力的分配會起很大變化。氣閥損壞的汽缸的前一級的排出壓力會增高很多，其后果首先是使前一級壓縮機(jī)的增壓比增大，排氣溫度增高，加速積碳的形成。前一級排出壓力增高，還會使前一級安全閥跳開。若安全閥有故障，不能及時(shí)跳開，壓力增至一定程度時(shí)可能引起缸蓋螺桿斷裂或損壞活塞、連桿、汽缸等嚴(yán)重事故。

3)壓縮機(jī)的功率消耗大大增加。

由于壓縮機(jī)的吸排氣閥漏泄或損壞，使氣閥損壞的汽缸的前一級的排出壓力會增高很多，其后果首先是使前一級壓縮機(jī)的增壓比增大，功耗大大增加;同時(shí)，使壓縮機(jī)的排氣量減少，氣瓶充氣時(shí)間變長，嚴(yán)重時(shí)將會大大增加壓縮機(jī)的功率消耗。

2 氣閥故障的判斷

有的艦員在發(fā)現(xiàn)級間壓力分配規(guī)律變化后，不能迅速判斷是哪一級氣閥的故障，而是逐級逐個(gè)拆卸氣閥檢查，在氣閥數(shù)量較多的空壓機(jī)中需要很長的時(shí)間才能完成，這不僅增大了艦員的體力消耗，而且延長了排除故障的時(shí)間，對完成訓(xùn)練和作戰(zhàn)任務(wù)是不利的。因此，在出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)首先能夠正確判斷哪個(gè)氣閥發(fā)生了故障，才能有利于排除故障。

1)某級排出壓力突然增高，一般就是下一級吸氣閥或排氣閥損壞或氣閥密封不嚴(yán)。

壓縮機(jī)工作時(shí)，壓縮機(jī)的各級壓力與正常工作時(shí)的壓力相比，若發(fā)現(xiàn)某級排出壓力突然增高，很可能就是下一級的吸氣閥或排氣閥已經(jīng)損壞或氣閥密封不嚴(yán)［3］。

2)漏泄氣閥的溫度比正常時(shí)高。

確定了是哪一級氣閥的故障后，可根據(jù)氣閥溫度的變化，判斷是吸氣閥還是排氣閥的故障。

吸氣閥漏泄時(shí)，排氣過程中有高溫的排出氣體流過該吸汽閥與閥座，會使該吸氣閥及吸氣閥腔比平時(shí)溫度高，用手摸即可發(fā)現(xiàn)異常。排氣閥發(fā)生漏泄時(shí)，因吸氣過程時(shí)有高溫氣體經(jīng)過排氣閥倒流回汽缸，也會使排氣閥的溫度比平時(shí)高。但因排氣閥溫度很高，無法用手摸發(fā)現(xiàn)。因此，若已確定為某一級氣閥有漏泄，為判斷是吸氣閥或排氣閥漏泄，可用手摸該級的吸氣閥腔，發(fā)現(xiàn)吸氣閥溫度明顯升高者，即可折卸檢查;若吸氣閥腔溫度無顯著變化，則可能是排氣閥的故障，可先折卸排氣閥檢查。

3)第一級氣閥漏泄時(shí)，各級排氣壓力都會降低。

第一級吸、排氣閥漏泄時(shí)，無法從“前一級”排出壓力的變化判斷故障。第一級氣閥漏泄時(shí)，將直接減少壓縮機(jī)的吸氣量，使各級排送的空氣量都減少，會使各級排出壓力都比正常工作時(shí)低 (最后一級排出壓力不受影響，因?yàn)樗鼪Q定于氣瓶內(nèi)氣體壓力)。

3 提高氣閥工作可靠性的對策

提高氣閥工作的可靠性是保證壓縮機(jī)可靠工作的關(guān)鍵之一。為此，一是要在管理中精心觀察，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除氣閥的故障，以保證壓縮機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn);二是檢修時(shí)要正確地檢驗(yàn)和裝配氣閥，使氣閥能在良好的技術(shù)狀態(tài)下工作。

1)及時(shí)發(fā)現(xiàn)和找出故障氣閥。

壓縮機(jī)工作時(shí)，發(fā)生氣閥閥片斷裂、氣閥彈簧折斷及氣閥關(guān)閉不嚴(yán)密等故障，往往是難免的，管理中應(yīng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)損壞的氣閥，及時(shí)排除故障，防止因氣閥故障而引起更嚴(yán)重的故障。

氣閥閥片破裂、彈簧折斷故障是瞬間發(fā)生的，往往使各級壓力突然變化;氣閥閥片密封不嚴(yán)、彈簧彈力降低是逐漸表現(xiàn)出來的，往往使各級壓力緩慢變化［4］。管理空氣壓縮機(jī)時(shí)，必須熟知所管壓縮機(jī)在各種排出背壓時(shí)的各級正常工作壓力，發(fā)現(xiàn)異常情況，及時(shí)分析原因，排除故障，防止因氣閥故障而引起更嚴(yán)重的事故。當(dāng)某級排出壓力突然超過規(guī)定的最高工作壓力時(shí)，導(dǎo)致安全閥跳開時(shí)，應(yīng)立即停車檢查，排除故障，防止發(fā)生嚴(yán)重事故;在修理氣閥時(shí)應(yīng)正確地修理、檢驗(yàn)、裝配或更換，以提高氣閥工作的可靠性。

2)正確地檢驗(yàn)和裝配氣閥。

(1)注意檢查氣閥的密封性。

觀察閥片和閥座的工作面有無損傷，清除氣閥內(nèi)的積碳及臟物。氣閥裝配后，應(yīng)用煤油檢漏。檢漏的方法是:在裝配好的氣閥內(nèi)注以煤油，在2 min內(nèi)泄漏的煤油不超過3滴為合格。密封性不合格的氣閥要進(jìn)行研磨修理或更換密封件。

(2)注意檢查氣閥彈簧。

氣閥彈簧是使閥片及時(shí)開啟和關(guān)閉的重要零件，對氣閥工作的可靠性有重大影響，裝配時(shí)必須仔細(xì)檢查彈簧的表面狀況。其表面狀況對彈簧的壽命有很大影響，不得有裂痕、銹蝕和凹坑等缺陷。裝配時(shí)還必須檢查鋼絲直徑、彈簧中徑和自由狀態(tài)下彈簧的長度是否符合要求，要檢查裝配狀態(tài)下彈簧的長度是否正常。裝配各級氣閥時(shí)不要裝錯(cuò)彈簧，拆卸和清洗氣閥零件時(shí)，應(yīng)將不同的零件分別清洗和存放。

(3)注意檢查閥片的升程。

氣閥組裝時(shí)，必須檢查閥片升程是否符合要求，以免減小壓縮機(jī)排量或使氣閥彈簧、閥片、閥座過早地?fù)p壞。

(4)注意檢查閥片的表面光潔度和閥片的規(guī)格。

實(shí)踐表明，閥片的主要破壞形式是由于撞擊載荷引起的閥片斷裂。閥片每次開啟和關(guān)閉時(shí)受到的撞擊能量并不大，但在高頻率、小能量的多次撞擊下，會引起閥片的疲勞損壞。閥片材料內(nèi)的缺陷，如夾渣、夾層、裂紋等，在循環(huán)撞擊力的作用下，引起應(yīng)力集中，是閥片疲勞損壞的根源。因此，在組裝氣閥時(shí)，要注意檢查閥片表面的光潔度，及時(shí)更換有銹蝕、裂紋和磨損嚴(yán)重的閥片，以提高氣閥的使用壽命;應(yīng)注意不同氣閥的閥片，防止裝錯(cuò)，以免影響氣閥的正常工作。

4 結(jié)束語

及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除氣閥故障，提高氣閥工作可靠性，將保證空氣壓縮機(jī)的排量、減小功率消耗，防止事故的發(fā)生。

［1］高翔.船舶輔助機(jī)械［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2005.

［2］郭林平.空壓機(jī)氣閥故障及其預(yù)防［J］.貴州化工，2004，29(4):41-42.

［3］方大義，何華兵.空氣壓縮機(jī)排氣壓力異常的原因及對策 ［J］.中國氯堿，2004(9):19-20.

［4］郭仁寧，李頌.往復(fù)式壓縮機(jī)氣閥故障分析與改善措施 ［J］.煤礦機(jī)械，2009，30(12):226-227.