往復(fù)式壓縮機(jī)常見故障及分析處理探討

陳峰

（中國神華煤制油化工有限公司鄂爾多斯煤制油分公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017209）

引言

往復(fù)式壓縮機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用，其對自身功能條件的依賴極強(qiáng)。相對離心壓縮機(jī)，往復(fù)式壓縮機(jī)內(nèi)部工作環(huán)境復(fù)雜，容易被外部環(huán)境影響，加之振動大、易損部件多，經(jīng)常會產(chǎn)生一些無法避免的問題，提高了故障率，不利于設(shè)備正常使用。因此，客觀分析往復(fù)式壓縮機(jī)運(yùn)行故障，并采取合理的解決措施，做好維護(hù)保養(yǎng)，從而提高運(yùn)行效率。

一、往復(fù)式壓縮機(jī)的主要結(jié)構(gòu)

往復(fù)式壓縮機(jī)的主要部件包括：氣缸、曲軸、連桿、活塞組件和部分附屬設(shè)備等。

（一）壓縮機(jī)氣缸具有較好的導(dǎo)熱性，可消除壓縮機(jī)內(nèi)部摩擦形成的熱量，表面耐磨與潤滑。氣缸內(nèi)氣閥發(fā)揮了重要作用，它的損壞率極高，應(yīng)根據(jù)壓縮機(jī)功耗、運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性和排氣量合理設(shè)計。

（二）曲柄連桿包括曲軸、連桿、十字頭和滑道等

它是重要的傳動部件和受力部件，其在運(yùn)轉(zhuǎn)過程對電機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化，使活塞發(fā)生水平運(yùn)動，反復(fù)壓縮氣缸內(nèi)的氣體。壓縮機(jī)對曲軸的各項工藝要求很高。

（三）活塞組件包括活塞環(huán)、活塞頭、活塞桿和托瓦等

活塞要根據(jù)氣缸特點(diǎn)設(shè)計尺寸與形狀，主要包括單作用活塞與雙作用活塞。氣缸以活塞密封內(nèi)部高壓氣體。托瓦有效支撐活塞，容易出現(xiàn)損壞，為延長自身的受力時間，故必須保證托瓦的質(zhì)量，提高壓縮機(jī)的使用效率。

（四）選用活塞桿填料處理活塞桿與密封間的空隙，避免此處泄漏氣體，根據(jù)“三個間隙”原則，即徑向間隙、軸向間隙和切向間隙安裝填料環(huán)。

（五）潤滑系統(tǒng)作為壓縮機(jī)重要組成部分，啟動運(yùn)行時應(yīng)實(shí)時監(jiān)測潤滑油壓力。為了提高壓縮機(jī)的運(yùn)行效率，應(yīng)把控主軸與連桿、活塞與氣缸間的潤滑作業(yè)。

二、往復(fù)式壓縮機(jī)的故障診斷方法

(一)故障特征監(jiān)測技術(shù)

對往復(fù)式壓縮機(jī)的運(yùn)行特征信號實(shí)時監(jiān)測，即壓縮機(jī)的噪聲、熱力特征、潤滑油液、振動情況與位置等。往復(fù)式壓縮機(jī)內(nèi)部熱力信號包括氣缸壓力、溫度、排氣壓力與排氣量等。若壓縮系統(tǒng)、進(jìn)氣溫度和壓力升高，會導(dǎo)致排氣溫度不合格，排氣閥漏氣和活塞桿受損等。振動信號一般是指壓縮機(jī)異常振動、氣閥部件受損、連桿機(jī)構(gòu)磨損、活塞桿下沉等。關(guān)于位移信號，要根據(jù)活塞桿沉降情況分析，把握十字頭、活塞環(huán)的磨損特征。位移具有突發(fā)特點(diǎn)，即活塞桿機(jī)構(gòu)斷裂，適合事后分析，維護(hù)人員多憑經(jīng)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)分析。針對往復(fù)式壓縮機(jī)的響聲信號，維修人員主要依據(jù)機(jī)械設(shè)備故障響聲進(jìn)行判斷，如活塞與氣缸間距小為敲擊聲，造成該部位彼此撞擊或零件松動。往復(fù)式壓縮機(jī)的油液信號是分析顆粒、鐵譜和光譜的重要依據(jù)，有利于客觀判斷磨損狀況。通過整理各種故障信號特征，提高了判斷故障的水平，但無法有效處理復(fù)雜的故障，而是把經(jīng)驗(yàn)變成理論，以定理方法實(shí)現(xiàn)診斷，保證故障診斷的效率。

(二)故障監(jiān)測智能化方法

往復(fù)式壓縮機(jī)特征信號與故障類型構(gòu)建數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系，預(yù)警與判斷故障。函數(shù)式?jīng)Q定故障診斷是否準(zhǔn)確。通常采取3 個分析方法。

1.時頻分析法

通過時間分類方法對壓力故障信號統(tǒng)計，獲取故障信號特征。該方法轉(zhuǎn)化時間為頻率，適用信號穩(wěn)定與旋轉(zhuǎn)的機(jī)械設(shè)備。

2.小波分析該種方法優(yōu)化了時頻分析法，細(xì)分頻帶和時間，適用往復(fù)式壓縮機(jī)分析與處理信號。

3.還有一些故障信號的分析方法，現(xiàn)實(shí)應(yīng)用效果不理想，還要持續(xù)完善。往復(fù)式壓縮機(jī)診斷故障時應(yīng)用多領(lǐng)域先進(jìn)技術(shù)，如信息技術(shù)、數(shù)字技術(shù)等，通過構(gòu)建故障診斷數(shù)據(jù)庫，收集壓縮機(jī)的運(yùn)行信號。故障診斷技術(shù)存在一定缺陷，易造成壓縮機(jī)特征信號的精確性不足，有必要提高診斷的準(zhǔn)確率。

三、往復(fù)式壓縮機(jī)的常見故障及解決方法

(一)管道振動

1.原因分析

（1）激振力:往復(fù)式壓縮機(jī)的吸排氣作業(yè)有間歇性，氣流壓力與速度有周期變化特點(diǎn)，氣流脈動大；一般激振力出現(xiàn)在管道的彎頭、異徑管、控制閥、直管段等位置，使管道發(fā)生振動。

（2）氣柱振動系統(tǒng):壓縮機(jī)輸送氣體流速明顯低于氣體介質(zhì)聲速，其是靜止的氣柱。激發(fā)的氣柱被迫振動，即壓力脈動；彎頭、三通、異徑管位置的脈動成為激振力。激發(fā)頻率接近氣柱固有頻率時，對氣柱有效激發(fā)，形成強(qiáng)烈的脈動，也就是氣柱共振。

（3）機(jī)械振動系統(tǒng):具體包括管道、管道附件、容器和支架等，激發(fā)后形成機(jī)械振動響應(yīng)，即管道振動。當(dāng)激發(fā)力頻率接近管道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的固有頻率時，便產(chǎn)生機(jī)械共振，此時振動幅度最大。

當(dāng)激發(fā)頻率、氣柱固有頻率、管道結(jié)構(gòu)固有頻率無限接近時，管道會發(fā)生非常嚴(yán)重的振動。

2.解決方法

設(shè)備布置不變，管道彎頭位置增加曲率半徑，防止氣流強(qiáng)烈沖擊管壁，有利于往復(fù)式壓縮機(jī)管道消振。

(二)機(jī)身振動

1.原因分析

慣性力失衡或氣流壓力脈動引起。

2.解決方法

（1）慣性力失衡振動:由機(jī)械結(jié)構(gòu)入手，最大程度解決慣性力失衡問題。比如，科學(xué)部署曲柄錯角、搭配運(yùn)動部件，消除部分慣性力。

（2）氣流壓力脈動振動:第一，在氣缸排氣管接管周圍安裝緩沖器;緩沖由氣缸產(chǎn)生脈動氣;第二，氣體管道布置孔板;第三，應(yīng)用減振器;第四，科學(xué)設(shè)計管道支點(diǎn)，平直安裝管道。

(三)機(jī)身敲擊聲

1.原因分析

（1）十字頭銷蓋或十字頭滑履松動；主軸瓦、連桿大頭瓦或小頭瓦松動

（2）油壓、油溫偏低

2.解決方法

（1）拆檢緊固松動位置

（2）升高油壓油溫

(四)排氣溫度高

1.原因分析

（1）出入口形成較大壓差，使得壓縮比增大

（2）排氣閥或活塞環(huán)漏

（3）氣缸水夾套、冷卻器或管道發(fā)生堵塞。

2.解決方法

（1）升高入口壓力，或降低背壓，對出口壓力降低

（2）檢修或替換泄漏的排氣閥或活塞環(huán)

（3）對水夾套、水冷器進(jìn)行清洗

(五)氣缸溫度高

1.原因分析

（1）缺乏冷卻水或堵塞管道

（2）氣缸套拉毛

（3）氣缸與滑道同軸度形成較大偏差，磨損活塞環(huán)

（4）活塞與氣缸縮小徑向間隙大

2.解決方法：

（1）檢查冷卻水回水情況

（2）排查氣缸、滑道、活塞環(huán)等零部件

（3）檢修替換氣閥

(六)氣缸異常響聲

1.原因分析

（1）氣閥損壞，或氣缸內(nèi)存在異物

（2）進(jìn)、排氣閥松動

（3）氣缸余隙不足

（4）活塞環(huán)斷裂或活塞受損

（5）缸套拉斷

（6）工藝氣帶液

2.解決方法

（1）替換氣閥，清理氣缸

（2）緊固螺釘

（3）協(xié)調(diào)余隙

（4）拆檢替換受損件

（5）積極排液

(七)氣缸磨損

1.氣缸磨損帶來的“腰鼓形”。潤滑油有機(jī)械雜質(zhì)或工藝氣不潔凈、活塞環(huán)開口間隙偏小等，立即檢修或替換氣缸。

2.氣缸垂直方向磨損。氣缸水平度改變，或是活塞與氣缸間卡斷裂的活塞環(huán)；檢查活塞環(huán)，調(diào)整氣缸水平度。

3.氣缸水平方向偏磨。若干零部件堆積造成誤差，連接曲軸軸徑、連桿、十字頭、活塞組件、氣缸不同心，應(yīng)拆檢調(diào)整。

(八)曲軸磨損與斷裂

1.曲軸頸磨損原因

（1）連桿大頭瓦和曲軸瓦之間存在較大距離

（2）曲軸瓦間隙過小或各道曲軸瓦未在一條中心上

（3）連桿活塞組、曲軸平衡鐵或飛輪失去平衡

（4）潤滑油品質(zhì)不佳

（5）曲軸變形

（6）主機(jī)基礎(chǔ)下沉

2.曲軸斷裂原因

（1）光磨曲軸軸徑時，軸徑與曲軸壁連接位置未形成圓角，集中了應(yīng)力

（2）曲軸瓦和連桿瓦間隙較大，或瓦掉落巴氏合金，造成沖擊，增加載荷

（3）曲軸長時間工作或超溫超壓應(yīng)用，形成疲勞損壞

（4）曲軸軸承間隙較小，或潤滑不佳導(dǎo)致軸瓦巴氏合金溶化，引起曲軸變形彎曲

（5）機(jī)身降低強(qiáng)度，發(fā)生變形與扭曲，基礎(chǔ)下沉

（6）曲軸自身質(zhì)量不佳。

3.解決方法

（1）曲軸輕微磨損

以細(xì)目銼刀銼平曲拐位置磨出凸臺，用砂布不斷打磨，使表面光潔。

（2）磨損的曲軸頸

利用熱噴涂工藝實(shí)行修復(fù)，還可以采用鍍鉻、氮化等處理方式。

(九)活塞桿與填料漏氣

1.活塞桿發(fā)熱、磨損、斷裂原因

（1）活塞桿與填料配合間隙較小

（2）活塞桿表面粗糙

（3）潤滑油有污垢

（4）冷卻效果不佳

（5）緊固填料函法蘭螺栓不均，活塞桿傾斜，加重發(fā)熱與磨損

（6）活塞桿集中應(yīng)力的螺紋、截面積發(fā)生變化，形成疲勞斷裂。

2.填料漏氣原因

（1）塞桿與填料、密封環(huán)與阻流環(huán)嚴(yán)重磨損

（2）填料盒內(nèi)密封環(huán)與阻流環(huán)軸向間隙不當(dāng)

（3）漏氣回收管被堵

（4）密封環(huán)拉環(huán)過緊

3.解決方法

（1）拆檢替換活塞環(huán)

（2）替換密封環(huán)，重新組裝阻流環(huán)

（3）調(diào)整間隙組裝填料

（4）漏氣回收管保持通暢

（5）調(diào)整或替換拉環(huán)

(十)冷卻器腐蝕、內(nèi)漏

1.原因分析

工藝介質(zhì)存在溫度差，高溫與冷卻水的溶解氧、微生物和水垢等腐蝕水冷器。

2.解決方法

使用酸或干萘定期清洗水套、冷卻器的冷卻芯，清除水垢；對水冷器管束和管板進(jìn)行防噴涂腐蝕處理。具體方法

（1）應(yīng)用涂料

（2）電化學(xué)保護(hù)

（3）使用耐海水鋼和貴重金屬

（4）加入水質(zhì)穩(wěn)定劑。一般用噴涂腐蝕，涂料有效隔離腐蝕介質(zhì)與金屬表面，涂層發(fā)揮了保護(hù)作用。

四、提高往復(fù)式壓縮機(jī)維修與保養(yǎng)品質(zhì)的策略

(一)完善維修保養(yǎng)制度

以科學(xué)方法規(guī)范往復(fù)式壓縮機(jī)的使用、保養(yǎng)和維修過程，完善維修制度，設(shè)計養(yǎng)護(hù)方案，嚴(yán)格約束有關(guān)人員。維修保養(yǎng)制度聯(lián)合設(shè)備維修、故障排除和技術(shù)監(jiān)測技術(shù)等對壓縮機(jī)故障進(jìn)行預(yù)防。

滿足生產(chǎn)的應(yīng)用要求。

(二)加強(qiáng)設(shè)備維修保養(yǎng)力度

企業(yè)聯(lián)系實(shí)際生產(chǎn)要求，高度重視維修保養(yǎng)壓縮機(jī)設(shè)備作業(yè)。首先，綜合把握壓縮機(jī)內(nèi)各個零部件的差異特點(diǎn)，制定合理的保養(yǎng)方案，綜合人工或現(xiàn)代技術(shù)進(jìn)行在線監(jiān)測，盡量排查故障。其次，全方位監(jiān)測壓縮機(jī)運(yùn)行，采取合理的診斷方法，預(yù)判機(jī)械故障原因，精確定位故障點(diǎn)且排除，節(jié)省投入成本，提高加工水平。最后，對設(shè)備強(qiáng)化安全管理，引入專業(yè)化技術(shù)人才，編制定期巡查表，保證保養(yǎng)維修及時到位。

(三)提升設(shè)備維修保養(yǎng)人員的綜合素質(zhì)

國內(nèi)化工領(lǐng)域技術(shù)飛快發(fā)展，對操控、保養(yǎng)、維修機(jī)械設(shè)備人員的綜合素質(zhì)提高了要求。不僅要求這部分人員具備豐富的專業(yè)知識和解決問題的能力，還要培養(yǎng)安全理念。為達(dá)到這些要求，企業(yè)制定考核招聘人才的制度，篩選出素質(zhì)水平較高的優(yōu)秀人才。然后，在日常培訓(xùn)過程，規(guī)范機(jī)械設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的安全性，培養(yǎng)安全意識。定期安排專家講座，普及專業(yè)技術(shù)知識，保證作業(yè)質(zhì)量，提高機(jī)械設(shè)備的保養(yǎng)效率，增加往復(fù)式壓縮機(jī)的使用時間，減少事故，為企業(yè)創(chuàng)造更多的收益。

結(jié)束語

綜上所述，經(jīng)系統(tǒng)分析往復(fù)式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)可知，氣閥、填料、活塞環(huán)等部件經(jīng)常會發(fā)生故障，為了保證往復(fù)式壓縮機(jī)正常運(yùn)行，延長壓縮機(jī)的使用時間，減少部件的損壞次數(shù)，針對這部分故障采取科學(xué)診斷方法，發(fā)現(xiàn)故障原因，才可以徹底解決故障問題，提高生產(chǎn)水平。結(jié)合往復(fù)式壓縮機(jī)的工作特點(diǎn)，聯(lián)系適合的技術(shù)和產(chǎn)品類型降低故障概率，有效支撐故障診斷作業(yè)，做好壓縮機(jī)的維護(hù)與保養(yǎng)工作。