對往復(fù)式壓縮機(jī)故障的危害探究

尤國東

（東北石油大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院，163000）

往復(fù)式壓縮機(jī)因其結(jié)構(gòu)簡單、技術(shù)成熟，在油田、機(jī)械、化工等領(lǐng)域里一直廣泛應(yīng)用，是重要的工業(yè)設(shè)備。然而只要是設(shè)備就一定會出現(xiàn)故障，往復(fù)式壓縮機(jī)亦是如此，所以對其故障的探究是必不可少的。壓縮機(jī)的故障主要出在氣閥、活塞、潤滑及冷卻等方面。本文將對這幾個方面的故障危害進(jìn)行分析，希望對讀者有所幫助。

1 壓縮機(jī)的氣閥故障

氣閥作為往復(fù)壓縮機(jī)關(guān)鍵部件之一，需要長時間在高頻沖擊、高溫、高壓或在帶有腐蝕性介質(zhì)的環(huán)境下工作，在往復(fù)壓縮機(jī)所有部件當(dāng)中最易發(fā)生損壞，所以氣閥故障也是壓縮機(jī)最頻繁發(fā)生的故障。如圖1為氣閥的結(jié)構(gòu)圖，其中彈簧、閥片、閥座為氣閥的主要組成部件，往復(fù)式壓縮機(jī)氣閥發(fā)生故障也主要在這三個部位，主要有如下三種故障：氣閥彈簧失效、氣閥泄漏以及閥片破裂。

圖1 氣閥結(jié)構(gòu)圖

1.1 氣閥彈簧失效

氣閥彈簧的加工過程（如酸洗過程、脫氫過程）、安裝過程（預(yù)緊過度導(dǎo)致彈簧始終受壓過大）中發(fā)生錯誤，都會導(dǎo)致氣閥彈簧投入使用后發(fā)生失效。除此之外氣閥彈簧在使用過程中有可能產(chǎn)生疲勞或松弛，在這樣的情況下繼續(xù)工作會導(dǎo)致疲勞斷裂、松弛斷裂而使得氣閥彈簧失效。

氣閥彈簧失效故障的特征主要體現(xiàn)在缸體出現(xiàn)振動沖擊，特別是在開車初期吸氣閥會發(fā)生顫振，在振動波形上出現(xiàn)多次的沖擊，但在排氣閥上彈簧失效故障在波形上顯示不明顯。氣閥彈簧失效會導(dǎo)致閥片不能平穩(wěn)地開啟和閉合，由于彈簧支撐點(diǎn)的受力不均，閥片工作時就會出現(xiàn)歪斜的現(xiàn)象。這樣不僅會加大壓縮機(jī)的震動和噪音，甚至將嚴(yán)重影響氣閥的工作效果與使用壽命。

1.2 氣閥泄漏

氣閥在組裝時裝配不嚴(yán)密、閥片偏移變形、閥座螺桿不嚴(yán)密、閥片與閥座不嚴(yán)密、氣閥內(nèi)部漏氣或是壓縮氣體不凈阻塞閥片等原因都會導(dǎo)致氣閥泄漏。

氣閥泄漏的故障特征主要表現(xiàn)在溫度的變化上。當(dāng)壓縮機(jī)吸氣氣閥泄漏時，會導(dǎo)致閥蓋溫度的升高，故可從閥蓋溫度的變化來判斷該故障的產(chǎn)生。排氣閥泄漏會使排氣管道外的高溫氣體回流至哪。二者都會引起氣體反復(fù)的壓縮，致使排氣口溫度升高。排氣溫度過高會導(dǎo)致能源浪費(fèi)、降低壓縮機(jī)使用壽命、潤滑油溫度過高潤滑效果降低甚至潤滑油碳化。由此可見，氣閥泄露不僅會提高機(jī)器工作時的溫度，浪費(fèi)功率，而且對機(jī)器的使用壽命會造成不可逆轉(zhuǎn)的影響。

1.3 閥片破裂

閥片斷裂主要由以下幾個方面導(dǎo)致：閥片質(zhì)量不合格；彈簧安裝不合理（導(dǎo)致閥片傾斜受力不均）；閥片調(diào)整不合格（升程限制器調(diào)整過大，導(dǎo)致回落時對閥片沖擊嚴(yán)重）；工作氣體不合格（氣體過臟、氣體含油、氣體含水）。

氣閥破裂故障在氣閥溫度和缸體振動上，都有比較明顯的體現(xiàn)。但除非閥片真的存有質(zhì)量問題，否則閥片是不會突然破裂的，所以出現(xiàn)破裂現(xiàn)象時已是“晚期”。若不及時對故障進(jìn)行排除，更換新的閥片可能會導(dǎo)致活塞損壞、爆缸等嚴(yán)重問題。

2 壓縮機(jī)的活塞環(huán)故障

往復(fù)式壓縮機(jī)是通過活塞在氣缸內(nèi)的往復(fù)運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)氣體壓縮的。活塞作為運(yùn)動最劇烈的部件，其制作要求相當(dāng)嚴(yán)格。但由于安裝、使用過程、年限的增加等原因，活塞也會出現(xiàn)一定的問題。其主要問題就是活塞環(huán)的摩擦異常導(dǎo)致磨損、卡死和斷裂。

2.1 活塞環(huán)磨損

活塞與氣缸之間存在相對滑動，必須留有一定間隙。為防止工作氣體大量泄漏，需要采用活塞環(huán)密封?；钊h(huán)與氣缸壁之間要求極為嚴(yán)格的配套?；钊h(huán)尺寸偏小會使氣體沖刷活塞環(huán)，導(dǎo)致潤滑膜受損；活塞環(huán)尺寸偏大會與缸壁產(chǎn)生劇烈的摩擦?？梢娀钊麎某叽邕^小或過大都會導(dǎo)致活塞環(huán)摩擦劇烈，使活塞環(huán)磨損。活塞環(huán)磨損嚴(yán)重時，活塞將直接與汽缸發(fā)生摩擦，導(dǎo)致活塞也會受到一定程度的磨損。圖2為磨損的活塞與活塞環(huán)，可見該故障將導(dǎo)致活塞與活塞環(huán)的雙向受損，十分嚴(yán)重。

圖2 磨損的活塞和活塞環(huán)

2.2 活塞環(huán)卡死

活塞環(huán)卡死有多種原因，包括設(shè)計和日常檢修維護(hù)和使用不當(dāng)?shù)仍?。在設(shè)計方面，活塞環(huán)槽設(shè)計的太窄，工作時活塞受熱膨脹會將活塞環(huán)卡死在槽內(nèi)；活塞環(huán)設(shè)計的過厚，受熱后卡死在槽內(nèi)。在使用過程中，如果冷卻不當(dāng)將導(dǎo)致活塞環(huán)工作時溫度過高，使活塞環(huán)受熱膨脹，卡在槽內(nèi)。在日常維護(hù)方面，機(jī)油供油不足、機(jī)油臟、積碳過多等均會導(dǎo)致活塞環(huán)卡死。活塞環(huán)卡死將直接導(dǎo)致活塞卡死在缸內(nèi)，潤滑不佳的情況下活塞也會卡死在氣缸內(nèi)。所以在日常維護(hù)中，應(yīng)注意保證活塞環(huán)有良好的潤滑，定期更換機(jī)油，且要保證機(jī)油的質(zhì)量，并且及時清理積碳。圖3為因高溫卡死在缸體內(nèi)的活塞，從圖中可以看出，活塞受到嚴(yán)重的磨損?；钊h(huán)卡死不僅會導(dǎo)致壓縮機(jī)無法工作還可能導(dǎo)致活塞桿斷裂甚至發(fā)生爆炸事故。

圖3 因高溫卡死的活塞

圖4 斷裂的活塞環(huán)損，致使機(jī)械應(yīng)力增大而造成活塞環(huán)斷裂。

2.3 活塞環(huán)斷裂

如圖4所示，活塞的另一個故障就是活塞環(huán)的斷裂，壓縮機(jī)活塞環(huán)斷裂原因主要有以下三方面：活塞環(huán)槽在過度磨損的情況下會導(dǎo)致活塞環(huán)在槽內(nèi)發(fā)生周期性扭曲而疲勞斷裂；活塞環(huán)和缸套的配套情況存在缺陷，將導(dǎo)致活塞環(huán)摩擦異常而斷裂；在沒有有效冷卻的情況下，第一道環(huán)的溫度會過高，環(huán)局部彈性喪失，或潤滑不當(dāng)造成不正常磨

3 壓縮機(jī)的潤滑與冷卻

潤滑系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)是壓縮機(jī)不可或缺的，其對壓縮機(jī)的作用就像夏天的空調(diào)讓人保持冷靜。如果潤滑和冷卻不當(dāng)會使排氣溫度過高，甚至導(dǎo)致壓縮機(jī)爆炸。所以保證潤滑系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的穩(wěn)定工作，對壓縮機(jī)而言有著重要意義。

3.1 壓縮機(jī)的潤滑

潤滑系統(tǒng)可以減輕滑動部位的磨損，延長零件壽命；減少摩擦功耗；導(dǎo)走摩擦產(chǎn)生的熱，使零件的工作溫度不過高；密封汽缸的工作容積以提高活塞和填料箱的密封性。

潤滑油在高溫時很可能氧化生成固體物，導(dǎo)致性能下降，造成運(yùn)行部件的磨損，導(dǎo)致被壓縮氣體的泄漏[3]。所以一定要定期更換潤滑油，并定期清洗油池、油管、油過濾器及注油器等，保證油路暢通。

3.2 壓縮機(jī)的冷卻

冷卻系統(tǒng)可以降低壓縮機(jī)工作時的溫度、減少能量的消耗、保證工作安全。冷卻系統(tǒng)對壓縮機(jī)溫度的影響無疑是最大的，不僅能夠保證摩擦部件的溫度不會過熱，而且對于多級壓縮而言，冷卻效果的好壞還會對功耗產(chǎn)生巨大影響。為了使工作環(huán)境接近等溫壓縮，進(jìn)而減小功耗，冷卻系統(tǒng)起到了無可替代的作用。水冷、油冷等液體冷卻一定要保證通路的流暢并定期除垢，風(fēng)冷也應(yīng)該盡量保證空氣流動的效率。

4 結(jié)論

壓縮機(jī)作為重要工業(yè)設(shè)備，不論是氣閥、活塞、潤滑還是冷卻出現(xiàn)嚴(yán)重故

障時，都可能引起壓縮機(jī)爆炸。

壓縮機(jī)氣閥故障會引起壓縮機(jī)溫度和振動的變化，不僅浪費(fèi)有用功，還將

降低壓縮機(jī)的工作效率。

活賽環(huán)是活塞密封的關(guān)鍵，對氣體的壓縮起到關(guān)鍵作用。活塞環(huán)的損壞既

有設(shè)計原因，也有日常檢修維護(hù)和使用不當(dāng)?shù)仍蛟斐?，因具體情況具體

分析。一旦發(fā)生損壞必須馬上更換，以避免更大的損失。

（4）壓縮機(jī)的潤滑和冷卻對壓縮機(jī)的正常運(yùn)行起到重要作用，如果發(fā)生故障對

壓縮機(jī)眾多部件都會產(chǎn)生影響，所以一定要保證潤滑充足、冷卻得當(dāng)。

[1] 畢文陽,江志農(nóng),劉錦南.往復(fù)壓縮機(jī)氣閥故障模擬實(shí)驗(yàn)與診斷研究[J].北京化工大學(xué)化工安全教育部工程研究中心 ,2013,41（6）：6~10

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