4L-20/8型空壓機故障分析

周暢，張巖，梁曼君

（1.沈陽遠大壓縮機股份有限公司，遼寧沈陽110000；2.沈陽鼓風機集團股份有限公司，遼寧沈陽110869）

4L-20/8型空壓機故障分析

周暢1，張巖1，梁曼君2

（1.沈陽遠大壓縮機股份有限公司，遼寧沈陽110000；2.沈陽鼓風機集團股份有限公司，遼寧沈陽110869）

機械設備在運行過程中都會存在出現(xiàn)故障的可能性，關于空壓機故障的文章很多，針對4L-20/8型空壓機易發(fā)生的故障以及以往文章被大家忽視的一些問題加以說明，以供廣大壓縮機用戶參考。

4L-20/8型空壓機；故障分析

1　潤滑油的流失

新安裝的4L-20/8型空壓機常發(fā)生的故障之一是潤滑油的流失，一臺新機組安裝之后，運行平穩(wěn)，各項指標參數(shù)（工作壓力，溫度）均在設計規(guī)定值之內(nèi)，表面上看一切都很正常，但運行幾天后發(fā)現(xiàn)潤滑油少了很多。檢查機身也不漏油，大量潤滑油莫名其妙的流失了。發(fā)生這種情況的原因是一級填料泄漏造成的，4L-20/8型空壓機填料部件結構是底部（靠近機身側(cè)）為刮油環(huán)，上部（靠近氣缸側(cè)）為密封環(huán)的合二為一結構，該填料部件即起到刮油作用，防止機身內(nèi)的潤滑油進入氣缸，又起到防止氣缸內(nèi)的氣體外泄，密封氣體作用。當刮油器工作狀態(tài)不佳，不能把粘附在活塞桿上潤滑油全部刮掉，潤滑油就會沿著活塞桿與刮油環(huán)之間的間隙進入氣缸內(nèi)，致使?jié)櫥秃膿p；如果填料的密封環(huán)工作不佳，當活塞部件向缸蓋方向運動時（即向蓋行程），一級氣缸的活塞下部空間就會形成負壓（氣缸內(nèi)的吸氣壓力低于大氣壓力），機身內(nèi)的大量油氣就會被吸到氣缸內(nèi)，尤其是刮油環(huán)工作效果欠佳時，油霧及液態(tài)潤滑油就會進入氣缸內(nèi)。試想，每分鐘幾百次的活塞往復運動將會有多少含油氣體（嚴重時候是液態(tài)潤滑油）被吸到氣缸里，其潤滑油的流失速度是非常驚人的，這就是壓縮機機身并不存在缺陷造成泄漏而潤滑油大量流失的重要原因。有人會提出疑問，為什么新機器會出現(xiàn)這樣問題呢？原因在于壓縮機生產(chǎn)廠家雖然在壓縮機出廠前做過空負荷試車或負荷試車，但空負荷試車的目的是檢查壓縮機的裝配質(zhì)量和零部件相互關系的正確性，如潤滑油路是否暢通，傳動機構及各摩擦部位工作是否正常，根本檢查不出填料是否漏氣的問題。即使經(jīng)過負荷試車的壓縮機，因為運行時間較短，填料的輕微泄漏問題也不會被發(fā)現(xiàn)，往往都會被忽視掉，給壓縮機用戶帶來麻煩。

經(jīng)過長期運轉(zhuǎn)的壓縮機也會出現(xiàn)潤滑油流失的問題，原因大多是因為填料的密封環(huán)、刮油環(huán)與活塞桿經(jīng)長期的摩擦，磨損較嚴重時就會發(fā)生桿與環(huán)的縫隙加大。刮油環(huán)工作狀況不佳，潤滑油刮不凈被活塞桿帶進氣缸里，密封環(huán)的密封性能下降，氣缸內(nèi)出現(xiàn)負壓，加速了潤滑油流失速度，這時必須更換新的密封環(huán)和刮油環(huán)，同時檢查活塞桿摩擦部件，看是否出現(xiàn)劃痕等影響密封性能的缺陷存在，磨損嚴重時要更換新的活塞桿。

判斷潤滑油是否由氣體帶入氣缸最簡單的方法是打開中間冷卻器的排污閥，當排出冷凝液為清水狀時，說明壓縮機的填料部件（密封環(huán)及刮油環(huán)）工作狀況良好，氣缸注油的有油潤滑壓縮機排污閥放出的油水混合物如為很清淡的乳白色，也是正常的。如果從排污閥放出的液體為乳白色（潤滑油與水混合形成的乳白色溶液，類似肥皂水狀態(tài)）就說明已有較大量潤滑油進入氣缸內(nèi)，此時應及時更換刮油環(huán)、密封環(huán)。

為了壓縮機機身內(nèi)的通風換氣，防止?jié)櫥蜌怏w形成高濃度的可燃性氣體引起爆炸燃燒的危險發(fā)生，4L-20/8型空壓機在機身上設有一個呼吸器來達到這個目的，呼吸器的另一個功能是起到緩解填料部件泄漏形成負壓吸氣造成潤滑油損耗的平衡作用。所以，對于呼吸器部件也應該引起重視，經(jīng)常檢查該部件是否堵塞，如果呼吸器的金屬網(wǎng)被油污堵塞應拆下呼吸器用清洗劑（如四氯化碳）清洗干凈，吹干后裝回原處。同時呼吸器還有另一個功能，就是當從呼吸器排出的氣體有煙霧狀時，說明填料部件的密封環(huán)已經(jīng)密封不嚴，泄漏嚴重，趕快停機檢查填料部件。

2　排氣量的下降

4L-20/8型空壓機排氣量達不到20 m3/min（進氣狀態(tài)），并且逐漸在減少，可能由于下列原因造成的：

2.1活塞環(huán)磨損或開口處同一方位安裝在活塞上

長期運轉(zhuǎn)的壓縮機，活塞環(huán)必然要磨損，活塞環(huán)均設計為開口結構，因此氣體會通過開口處泄漏，磨損使活塞環(huán)徑向和軸向的厚度都在減少，徑向厚度的減少使活塞環(huán)開口處的尺寸加大（活塞環(huán)的外徑在氣體力的作用下會貼緊氣缸徑面），活塞軸向厚度的減少使它在活塞環(huán)槽內(nèi)的間隙加大，這2個原因都會造成氣體泄漏量的加大。當活塞環(huán)磨損到一定程度時，氣體力已經(jīng)不能使活塞環(huán)外徑緊密貼合在氣缸徑面上，排氣量將急劇下降，筆者在一水泥廠走訪時曾建議將一臺嚴重排量不足的4L-20/8壓縮機停機檢查，發(fā)現(xiàn)活塞環(huán)的徑向厚度已經(jīng)磨去一半。

所以像灰塵較大的水泥廠類空壓站，應設置進氣過濾器，防止灰塵進入壓縮機造成氣缸、活塞、活塞環(huán)的快速磨損，延長設備使用壽命。

更換活塞環(huán)時，一定注意各活塞環(huán)的開口不要在活塞體上處在一條直線位置上，活塞環(huán)開口處應錯開安裝在活塞體上，如圖1。

圖1　

這樣，活塞環(huán)在往復運動時氣體的泄漏量才能降至最低，新更換活塞環(huán)的壓縮機如果排氣量不足，可能就是活塞環(huán)開口處于同一方位造成的。

2.2吸排氣閥的損傷

氣閥工作壽命的長短基本上決定了壓縮機正常工作周期。當壓縮機的排氣溫度超過正常值時，大多由于排氣閥出現(xiàn)了故障，吸氣閥側(cè)的氣缸溫度升高則可能是吸氣閥出了問題，而氣閥的故障大多是由于氣閥彈簧損壞造成的，故氣閥彈簧雖小，但卻是壓縮機能正常運轉(zhuǎn)的關鍵。氣閥彈簧的損壞一般并不是一組氣閥彈簧同時損壞，一組氣閥部件中，往往是先壞掉一兩個彈簧，其余的彈簧還是完好的，有的用戶為了節(jié)省成本，通常會用新彈簧直接補上損壞的彈簧，其余彈簧并不更換，然后組裝后裝機。這是非常錯誤的，按技術要求，壓縮機同組氣閥彈簧的自由高度差不得超過0.2 mm，目的是使閥片壓在彈簧上時，每個彈簧受力均勻，這樣氣閥工作起來才能使閥片受力均勻，氣閥工作壽命才會長，而新舊彈簧混裝在同組氣閥上時，由于舊彈簧已接近疲勞破壞周期，導致新舊彈簧剛度不同，也就是說新舊彈簧作用在閥片上的力是不同的，無法保證閥片運動的平穩(wěn)，這將加速氣閥的損壞，縮短了整臺壓縮機的正常工作時間，所以新舊氣閥彈簧混裝是得不償失的，一定注意不要混裝彈簧。

閥蓋、閥座、閥片都會磨損造成氣閥漏氣，使排氣量下降，氣體排氣溫度升高，此時應更換新氣閥組，有加工能力的企業(yè)可將閥蓋、閥座、修理加工。如果閥片平面用磨床磨平后，重新回用，以減少生產(chǎn)成本，但一般情況下閥片應更換新的不再重新利用。

往往會出現(xiàn)這種情況，一臺運行良好的壓縮機停機數(shù)日后，再啟動壓縮機后明顯感到排氣量下降，排氣溫度也高了，大多數(shù)情況因為吸排氣閥銹蝕造成的。因為氣閥的閥蓋、閥座大多都是用鑄鐵制造的，或用20Cr13馬氏體不銹鋼制造，鑄鐵很易生銹，馬氏體不銹鋼也易生銹，較長時間停機的壓縮機，特別是南方濕度較大地區(qū)，氣閥的銹蝕是避免不了的，銹蝕的氣閥由于密封不嚴，漏氣是自然的，排氣量自然下降，建議長期停機的壓縮機應將吸、排氣閥拆下涂上防銹油（閥片為PEEK塑料材質(zhì)的，閥片單獨拆下保管不要涂油），開機前將氣閥用煤油清洗干凈，吹干組裝后回裝到壓縮機上，沒有經(jīng)過防銹處理的壓縮機開機前應拆下氣閥檢查一下，確定是否需要除銹工作，以確保壓縮機的正常運轉(zhuǎn)。

3　氣缸缸徑的損傷

氣缸徑面與活塞環(huán)在摩擦過程中，除正常的磨損外，當氣體中含有灰塵雜質(zhì)時，缸徑磨損將加快，硬質(zhì)的顆粒狀灰塵將氣缸徑面劃成溝痕，高壓端氣體會沿著溝痕向低壓端泄漏。排氣量隨著泄漏量的加大而降低，因此空壓站設置進氣過濾器，較大空壓站設置過濾室就顯得尤為重要。

這里著重提醒壓縮機操作者注意，當壓縮機停機較長時間時，應定期盤車，每星期至少盤車一次，以便更換壓縮機的活塞部件在氣缸里的相對位置，目的是防止氣缸徑面發(fā)生腐蝕。

鑄鐵材料的活塞環(huán)、支撐環(huán)與鑄鐵氣缸徑面長時間接觸會形成縫隙腐蝕，聚四氟乙烯環(huán)與氣缸徑面長時間接觸處會發(fā)生化學腐蝕，這些都會使氣缸徑面長時間接觸處發(fā)生腐蝕，都會使氣缸徑面形成環(huán)狀溝痕，當活塞部件在氣缸內(nèi)作往復運動時，這些溝痕就會像刮刀一樣對活塞環(huán)、支承環(huán)進行刮削，活塞環(huán)密封氣體的作用很快就會被破壞掉，排氣量將急驟下降，壓縮機將被迫停機?？梢姡P車對長期停運的壓縮機日常保養(yǎng)是多么的重要。

4　填料部件的泄漏

填料部件的作用是防止氣缸中氣體泄漏，一臺壓縮機能否正常運行，排氣量是否達到設計要求，填料部件的密封性能起到至關重要的作用。

引起填料部件泄漏的原因：（a）活塞桿拉毛或磨損嚴重及燒壞等情況；（b）填料密封環(huán)軸向間隙太小，有卡環(huán)現(xiàn)象（冷態(tài)時有間隙，而熱態(tài)時由于材料熱膨脹，使間隙過小或過盈），或者軸向間隙過大，活塞桿做往復運動時，密封環(huán)竄動量過大，無法達到良好的密封作用；（c）填料密封環(huán)的預緊彈簧失效，不起預緊作用，密封環(huán)不能緊密貼合在活塞桿上，氣體發(fā)生泄漏。

以上為常見的填料泄漏原因，下面提到的一點是往往被忽視的，而卻最容易引起填料泄漏的因素，即填料盒中填料環(huán)安裝順序錯誤，如圖2。

4L-20/8型空壓機的填料部件密封環(huán)多為兩種環(huán)組成，分別是切向密封環(huán)和徑向密封環(huán)。安裝時一定要將徑向密封環(huán)安裝在靠近氣缸側(cè)（即迎著壓力側(cè)），切向密封環(huán)安裝在靠進機身側(cè)（如圖2），只有按照正確的順序安裝才能達到最佳密封效果，如安裝錯誤將會使密封效果大幅降低，密封環(huán)與填料盒的軸向間隙亦應符合隨機圖樣的規(guī)定值。

5　壓縮機有效轉(zhuǎn)數(shù)減少

一臺正常運轉(zhuǎn)的4L-20/8型空壓機排氣量逐漸減少，檢查填料部件無氣體泄漏，氣閥部件完好無損，氣缸鏡面沒有劃傷，活塞、活塞環(huán)也沒有毛病，運行參數(shù)除指示功率略有下降外，吸排氣溫度，壓力都很正常，氣量到底為什么減少了呢？

其實，人們忽視了4L-20/8型空壓機是由皮帶傳遞運動的，屬于摩擦傳動的機械類型。這類機械的特點是帶在工作時，由于帶與輪間的彈性滑動和可能存在的幾何滑動而產(chǎn)生的滑動損失。正常的滑動損失率一般在1%～2%，滑動損失隨緊、松邊拉力差的增大而增大，隨帶體彈性模量的增大而減少。

圖2　

皮帶和皮帶輪在傳遞力運動過程中，必然都會產(chǎn)生磨損，無論是帶或者輪磨損都會使帶的張緊力減小，從而使緊、松邊的拉力差增加造成滑動損失加大，通俗的說法就是皮帶輪的轉(zhuǎn)數(shù)丟失了。帶、輪磨損的越嚴重，轉(zhuǎn)數(shù)丟失的越多，排氣量減少的也就越多。解決的方法是：帶磨損嚴重時，更換同一標準規(guī)格的新帶；當帶尚可使用時，可通過調(diào)整電機下面的調(diào)整螺栓提高帶的張緊力，減少滑動損失來實現(xiàn)，特別提醒注意不要將帶調(diào)整過緊，要適可而止，（觀察兩皮帶輪下方的皮帶一定要存在撓度，不要拉直），防止皮帶斷裂傷人。

6　結語

4L-20/8型空壓機仍然是空壓機的重要機型之一，所以對4L-20/8型空壓機的故障分析以及故障的排除具有重要的意義。對于此類機型出現(xiàn)的問題也要引起高度的重視。

［1］郁永章.往復活塞壓縮機［M］.西安：西安交通大學，2006.

［2］郁永章，姜培正，孫嗣瑩.壓縮機工程手冊［M］.北京：中國石化出版社，2012.

［3］活塞式壓縮機編寫組.活塞式壓縮機設計［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1974.

［4］王迪生，楊紹侃.氮肥工業(yè)用活塞式壓縮機［M］.陜西：陜西科學技術出版社，1983.

Failure Analysis of the 4L-20/8 Type Air Compressor

ZHOU Chang1，ZHANG Yan1，LIANG Man-jun2
（1.Shenyang Yuanda Compressor Co.，Ltd.，Shenyang 110000，China；2.Shenyang Blower Works Group Corporation，Shenyang 110869，China）

Mechanical equipment has the possibility of failure in the process of operation.There are many papers about the air compressor fault.This paper aims at failure of the 4L-20/8 air compressor occurred easily and some problems overlooked by other papers.So it can make reference for the compressor users.

4L-20/8 type air compressor；failure analysis

TH457

B

1006-2971（2015）02-0054-04

2014-08-10