往復(fù)式壓縮機(jī)氣閥失效形式分析及故障診斷

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1 往復(fù)式壓縮機(jī)氣閥失效形式分析

1.1 閥座失效

往復(fù)式壓縮機(jī)內(nèi)氣閥的重要組件就是閥座。其中的閥座能夠與升程限制器一起構(gòu)成氣閥的空間。氣體需要通過升程限制器與閥座兩者間一起構(gòu)成的氣體通道，使得氣閥處于開啟運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。另外其中的閥座與閥片通過接觸的表層一起構(gòu)成了氣體的密封結(jié)構(gòu)。于這樣的密封構(gòu)造內(nèi)，當(dāng)密封面出現(xiàn)銹跡或者腐蝕等情況時(shí)，閥座就會(huì)有發(fā)生失效的可能。尤其是當(dāng)壓縮機(jī)介質(zhì)為天然氣時(shí)，天然氣的組分非常繁雜，在這樣的混合氣體中會(huì)富含硫化物與水蒸氣，而恰恰這兩種因素最易導(dǎo)致腐蝕現(xiàn)象發(fā)生，致使閥座表面腐蝕損傷，從而破壞閥座—閥片的密封結(jié)構(gòu)，間接使氣閥失效。

圖1 閥座表面腐蝕損傷

1.2 彈簧的失效

第一，疲勞磨損，彈簧的作用是通過壓縮氣體載荷從預(yù)壓縮力逐步變成最強(qiáng)壓縮力，此類的交變應(yīng)力載荷容易使得彈簧疲勞磨損。第二，摩擦損壞，彈簧在工作期間不斷往復(fù)變形，這樣就會(huì)和氣閥的彈簧導(dǎo)向孔內(nèi)壁發(fā)生嚴(yán)重的摩擦現(xiàn)象，進(jìn)而使得彈簧摩擦損壞。第三，介質(zhì)腐蝕：在壓縮機(jī)的介質(zhì)內(nèi)包含一些腐蝕性較強(qiáng)的氣體，及其容易造成彈簧表層的銹蝕，加快了彈簧的損壞速度。第四，生產(chǎn)瑕疵：也就是說生產(chǎn)彈簧所用的材料不達(dá)標(biāo)或者是在生產(chǎn)過程中工藝不達(dá)標(biāo)。

1.3 閥片的失效

當(dāng)閥片出現(xiàn)了形變或斷裂等情況時(shí)，閥片失效。通過氣閥的結(jié)構(gòu)組成不難得出，彈簧和閥片動(dòng)作具有聯(lián)動(dòng)性，當(dāng)彈簧出現(xiàn)狀況時(shí)，會(huì)導(dǎo)致閥片各處開合力不平衡，在高壓、高速介質(zhì)氣體沖刷下，閥片會(huì)出現(xiàn)變形，嚴(yán)重時(shí)閥片會(huì)斷裂。因此，選取品質(zhì)較高的彈簧來(lái)當(dāng)作氣閥的元件十分重要。另外，閥片本身的厚薄度和品質(zhì)均會(huì)影響閥片的運(yùn)行效果。例如，閥片太厚，會(huì)使得閥片運(yùn)行速度變慢；反之閥片太薄，就會(huì)使得閥片容易斷裂；如果是品質(zhì)較差，就會(huì)縮短氣閥整體運(yùn)行壽命。

圖2 閥片及彈簧失效斷裂

2 避免往復(fù)式壓縮機(jī)氣閥失效措施研究

2.1 保護(hù)閥座

從工藝操作方面，要確保壓縮機(jī)輸送介質(zhì)是清潔、不帶液的，從而減小工藝介質(zhì)對(duì)氣閥各部件的腐蝕及沖擊，從而有效維護(hù)閥座，進(jìn)一步延長(zhǎng)往復(fù)式壓縮機(jī)各易損件的使用壽命。

2.2 加強(qiáng)彈簧運(yùn)行與彈簧結(jié)構(gòu)優(yōu)化

第一，彈簧力的選取是不是適當(dāng)：氣閥彈簧力的選取決定著氣閥閥片的啟動(dòng)與關(guān)閉的時(shí)間。如果彈簧力太小，就會(huì)使得壓縮程序開啟一會(huì)兒之后閥片才會(huì)整體關(guān)閉，容易出現(xiàn)滯后關(guān)閉的情況，會(huì)直接導(dǎo)致一些已被吸進(jìn)缸內(nèi)的氣體順著吸氣閥重新回流到吸氣管線中；如果是彈簧力太大，那么閥片兩頭的壓力差距就沒辦法使得閥片維持一定時(shí)長(zhǎng)的全部開啟狀態(tài)，致使閥片在閥蓋和閥座兩者間往復(fù)運(yùn)行，出現(xiàn)閥片顫動(dòng)震蕩的情況；而正確的閥片運(yùn)行必須是維持一定時(shí)長(zhǎng)的全部開啟狀態(tài)，在吸氣沖程完成后閥片正好處在完全關(guān)閉的狀態(tài)。第二，轉(zhuǎn)變彈簧的構(gòu)造：把傳統(tǒng)圓柱形式的彈簧變成圓錐形式的彈簧，這樣的彈簧能夠增強(qiáng)閥片在開啟期間的緩沖力量，尤其是針對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)速度非常高的壓縮機(jī)設(shè)備，運(yùn)用這樣的彈簧能夠降低其工作應(yīng)力，減小彈簧與彈簧導(dǎo)向孔內(nèi)壁的接觸從而減小磨損，進(jìn)而增加其使用壽命。另外，這樣的彈簧也能夠減緩閥片對(duì)閥座的沖撞速度和力度，因此同樣也可以有效的增加氣閥的綜合使用壽命。

2.3 重新校核閥片的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

閥片的升程是否合適：如果升程太大，會(huì)使得閥片的沖擊速度過快、沖擊力過大，這種情況非常容易導(dǎo)致氣閥各部件出現(xiàn)疲勞磨損；如果是升程太小，氣體通過氣閥的能量損失比較嚴(yán)重，那么氣閥的運(yùn)行效率就會(huì)降低?？偟脕?lái)講，有關(guān)工作人員必須充分檢測(cè)往復(fù)式壓縮機(jī)，認(rèn)真解析閥片失去功效的因素，進(jìn)而方便尋找排除問題的方案。

3 往復(fù)式壓縮機(jī)氣閥的故障診斷方法

在往復(fù)式壓縮機(jī)的運(yùn)行過程中，將低壓的氣體介質(zhì)壓縮為高壓注入系統(tǒng)是壓縮機(jī)的作用，而在壓縮機(jī)將介質(zhì)氣體升壓時(shí)必需的部件就是氣閥。在壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間，氣閥無(wú)時(shí)無(wú)刻不在高頻運(yùn)轉(zhuǎn)。通過長(zhǎng)久的實(shí)際調(diào)研得出，彈簧與閥片是致使往復(fù)式壓縮機(jī)氣閥出現(xiàn)故障的關(guān)鍵部件。而在氣閥部件發(fā)生問題時(shí)，壓縮機(jī)由于異常的氣閥及壓縮氣流干擾，其自身的其他部件運(yùn)行也會(huì)發(fā)生改變，然后產(chǎn)生噪音及機(jī)體異常振動(dòng)等不良問題。另外，由于氣閥的氣密不嚴(yán)，壓縮氣體會(huì)回竄，導(dǎo)致部分介質(zhì)氣體會(huì)被反復(fù)壓縮升溫，導(dǎo)致壓縮機(jī)外表的溫度同樣會(huì)提升。有關(guān)工作者能夠按照以往的工作經(jīng)驗(yàn)實(shí)時(shí)找到問題發(fā)生的原因，提前對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。這時(shí)一般會(huì)采用采用相應(yīng)的在線監(jiān)測(cè)及離線監(jiān)測(cè)儀器來(lái)檢測(cè)壓縮機(jī)的振動(dòng)頻譜及溫度、壓力等數(shù)據(jù)，然后對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對(duì)比，以此來(lái)評(píng)判壓縮機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，預(yù)測(cè)各易損部件的壽命，優(yōu)化壓縮機(jī)的運(yùn)行及檢修周期。采集的數(shù)據(jù)一般有壓縮機(jī)缸體的振動(dòng)、曲軸的振動(dòng)、活塞桿的下沉、氣閥的溫度、排氣的溫度以及密封填料的溫度等。總的來(lái)講，有關(guān)的工作者必須持續(xù)的學(xué)習(xí)和更新有關(guān)氣閥出現(xiàn)問題及應(yīng)對(duì)方式的知識(shí)內(nèi)容，從而充分了解往復(fù)式壓縮機(jī)出現(xiàn)問題的規(guī)律，進(jìn)一步優(yōu)化此類設(shè)備的運(yùn)行及維護(hù)管理，避免出現(xiàn)不可挽回的事故。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于往復(fù)式壓縮機(jī)，氣閥本身的功能對(duì)往復(fù)式壓縮機(jī)的正常運(yùn)行有很大影響。因此，有必要加強(qiáng)對(duì)氣閥故障模式的分析，以便更準(zhǔn)確地判斷故障原因。