往復式壓縮機氣缸套的形式及故障研究

趙潤珍

（中海石油內(nèi)蒙古天野化工有限責任公司，內(nèi)蒙古呼和浩特 010070）

1 往復式壓縮機概述

往復式壓縮機開始運行之后，按照曲軸—連桿—活塞的順序依次運動，活塞開始上下運動。在活塞運動作用下，氣缸內(nèi)部容積也會產(chǎn)生變化，如果活塞開始向下運動，那么氣缸容積則會相應的增加，隨機開啟進氣閥、關閉排氣閥，有空氣被吸入，由此完成進氣過程[1]。如果活塞開始向上運動，將減小氣缸容積，開啟出氣閥、關閉進氣閥，此為壓縮處理?；钊话銜惭b活塞環(huán)，對氣缸、活塞中間的縫隙進行密封處理，氣缸內(nèi)部則多會安裝潤滑油潤滑活塞環(huán)[2]。

因為往復式壓縮機設計原理，所以活塞壓縮機有大量運動部件，包括進氣閥、排氣閥、活塞、活塞環(huán)等。在壓縮機運行期間有時會發(fā)生受力不均衡、無法控制往復慣性力的現(xiàn)象。需要使用多級壓縮，但這增加了結構復雜性。因為壓縮機進行往復運動，所以壓縮空氣并非連續(xù)性排出。除此之外，往復式壓縮機還具有高熱效率、加工便捷、裝置系統(tǒng)結構簡單、技術成熟與應用范圍廣等諸多優(yōu)勢。

2 往復式壓縮機氣缸套應用現(xiàn)狀

當缸套壓入到氣缸內(nèi)壁，此時壓縮機運行與活塞環(huán)便是薄壁耐磨摩擦副。對于缸套而言，一直在高溫高壓、無油潤滑、腐蝕性的環(huán)境下，長期做高速相對運動，所承受的機械負荷、熱負荷較大，而且還需要克服電化學腐蝕問題[3]。所以運行過程中極有可能出現(xiàn)磨損、裂縫等。由于往復式壓縮機屬于一種氣體壓縮設備，其前者是空氣壓縮機，所以也被稱作變?nèi)菔綁嚎s機。往復式壓縮機運用期間，設備利用持續(xù)性吸氣、排氣，即可提升壓縮機靜壓力。但是往復式壓縮機部件數(shù)量多、結構復雜，采用的總控系統(tǒng)無法保證創(chuàng)新性，所以設備在運行期間，便會導致零部件磨損等故障，直接增加了設備檢修難度。要想提高往復式壓縮機運行效率，必須定期開展設備的維修、 保養(yǎng)[4]。

現(xiàn)如今往復式壓縮機在石油天然氣長距離輸送中有非?？捎^的應用，特別是油氣增壓儲運環(huán)節(jié)，是非常重要的動力保障設備。往復式壓縮機設備的穩(wěn)定運行，有利于推動石油化工行業(yè)發(fā)展，并且顯著提高長距離輸送安全性。往復式壓縮機內(nèi)部結構復雜，很多情況下存在超齡服役現(xiàn)象，加上壓縮機工作環(huán)境惡劣、沒有及時進行維護保養(yǎng)，將增加往復式壓縮機運行中的故障率，產(chǎn)生包括氣缸套在內(nèi)的故障[5]。例如某廠采用往復式壓縮機為6M32型，設備運行期間檢查到第五級氣缸運行過程中存在異響。隨即由工作人員拆檢設備，發(fā)現(xiàn)第五級缸套已經(jīng)產(chǎn)生了明顯的裂紋。此氣缸套設計材料選用的是QT600-3，在其失效之前已經(jīng)累計運行了超300h。當發(fā)生了失效后直接阻礙了該廠的正常生產(chǎn)。為此，該廠馬上組織技術人員對氣缸套斷裂、失效的原因進行總結，并且提出了氣缸套檢驗、裝配結構等優(yōu)化措施，解決氣缸套裂紋故障[6]。由此可見，往復式壓縮機氣缸套故障的解決，是維持正常生產(chǎn)、保證生產(chǎn)安全的關鍵性舉措。

3 往復式壓縮機氣缸套形式

了解往復式壓縮機氣缸套的形式，可按照氣缸套是否接觸了冷卻液，將其劃分為干式、濕式兩種。

1）干式氣缸套。干式氣缸套最為明顯的特征是氣缸套外表面和冷卻液不直接發(fā)生接觸，要想保證缸體之間充足的實際接觸面積、散熱效果、準確氣缸套定位，通常需要重點關注干式氣缸套外表面、氣缸體承孔內(nèi)表面的加工精準度，建議采取過盈配合方法[7]。干式氣缸套的壁薄，最小壁厚度為lmm，而且干式氣缸套的外圓下端只存在較小的錐角，為壓入氣缸體提供了便捷條件。頂部或者缸體承孔底部有兩種形式，依次為有凸緣、無凸緣，帶有凸緣過盈配合量有限，這主要是凸緣起到了輔助定位的作用。干式氣缸套在使用中很少發(fā)生漏水現(xiàn)象，加之缸體結構剛度大，穴蝕可能性不高，缸心距和機體質(zhì)量較小，但是修理更換比較繁瑣，而且散熱效果欠佳。發(fā)動機的缸徑不足120mm時，正因熱負荷小所以得到了廣泛運用。現(xiàn)如今很多發(fā)達國家除了往復式壓縮機，在車用柴油機中也常用干式氣缸套，這與其優(yōu)勢有密切聯(lián)系。

2）濕式氣缸套。濕式氣缸套和干式的直接區(qū)別，便體現(xiàn)在其外表面和冷卻液直接接觸這一點，而且干式氣缸套的壁厚。通常在濕式氣缸套徑向定位方面，多是以上、下凸出的氣缸體之間起到配合作用圓環(huán)帶為依據(jù)，軸向定位主要通過上部凸緣下平面。在氣缸套的下部，僅1～3個具有良好耐熱性和耐油性的橡膠密封圈，便可以將其及時密封。密封形式分別包括漲封式、壓封式[8]。往復式壓縮機結構不斷完善的當下，濕式缸套穴蝕是相對常見的問題之一，這對壓縮機氣缸套一般會設置三道密封圈，按照所在位置，最上一道密封圈的上半部分直接接觸冷卻液，以免配合面發(fā)生銹蝕，還加強了拆裝便捷性，發(fā)揮吸振作用緩解穴蝕。上、中兩道密封圈利用乙丙橡膠將冷卻液密封，最下面一道密封圈原材料為硅酮，密封對象為機油。當然也會存在缸體上安裝密封圈的現(xiàn)象，這種方式可以加強氣缸套剛度。氣缸套上方憑借凸緣下平面墊金屬片，或者采用銅、鋁墊等，也可以達到良好的密封效果。

4 往復式壓縮機氣缸套故障分析與解決思路

往復式壓縮機氣缸套位于氣缸內(nèi)部，一旦發(fā)生故障通常會有相應地表征現(xiàn)象。例如氣缸套旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象，將會導致惡性設備破損，這在壓縮機運行故障中其實并不常見。壓縮機氣缸套旋轉(zhuǎn)故障具有極高的隱蔽性和突發(fā)性，很難提前預測，若是缺少可參考的依據(jù)與標準，將直接增加故障發(fā)現(xiàn)與解決的難 度[9]。工作人員發(fā)現(xiàn)壓縮機運行中的異常響動、振動、參數(shù)異常等現(xiàn)象，代表故障已經(jīng)到了破壞性階段。綜合上述分析，往復式壓縮機氣缸套發(fā)生故障，必須馬上組織分析故障的原因，確定故障位置，根據(jù)故障表征現(xiàn)象提出解決辦法。

例如某公司采用的是三缸兩列式往復式壓縮機，針對該壓縮機展開系統(tǒng)性分析，為了清晰了解壓縮機氣缸套故障，建立了故障樹。針對故障樹進行分析，建樹關鍵在于明確壓縮機功能邏輯關系、氣缸套故障形式，建樹完整性關系到了定性分析、定量計算最終結果的準確性，而且氣缸套故障也是設備故障組合、傳遞邏輯關系之間的一種抽象形式。分析壓縮機氣缸套故障，同樣以故障樹模型表示不同的故障，根據(jù)故障所在部位，往復式壓縮機故障有氣缸套、機身、輔助系統(tǒng)、電動機等，下面重點圍繞氣缸套故障展開分析。氣缸套故障發(fā)生的根本原因是底事件，中間事件為故障表象。將往復式壓縮機氣缸套故障當作根節(jié)點，明確往復式壓縮氣缸套故障這一類型頂事件，將其二級節(jié)點組成故障樹，繪制往復式壓縮機故障 總樹[10]。

氣缸套故障作為根節(jié)點，持續(xù)性向下分析，組成不同的故障樹，故障樹即可被視為第一棵故障。分析往復式壓縮機氣缸套故障，共包括介質(zhì)溫度異常升高、吸氣閥漏氣、氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)故障閥片斷裂、液壓油路堵塞、液壓油泵故障、液壓油變質(zhì)、彈簧失效、閥片斷裂、介質(zhì)有雜質(zhì)、入口過濾器損壞、入口緩沖罐內(nèi)件損壞、壓縮比增大、系統(tǒng)壓降大、入口壓力低、氣源不足、進氣溫度高、缸套冷卻不足、活塞環(huán)漏氣、活塞環(huán)磨損、支撐環(huán)損壞、氣缸變形、填料磨損、支撐環(huán)磨損活塞桿下沉、填料緊固螺母松動、填料冷卻水異常、冷卻水位低、冷卻水溫度高、冷卻水不足、氣缸冷卻水異常、排氣溫度高、拉缸、支撐環(huán)磨損嚴重、支撐環(huán)斷裂、活塞環(huán)斷裂。上述為氣缸套故障的故障根節(jié)點，壓縮機氣缸套故障經(jīng)過全面分析之后，安裝壓縮機運行故障以及監(jiān)測所得結果，并以故障樹為依據(jù)總結往復式壓縮氣缸套故障原因，可以提高氣缸套故障排除效率，快速恢復往復式壓縮機的穩(wěn)定運行。為了避免今后再發(fā)生氣缸套故障，該公司針對壓縮機故障持續(xù)向下分析，組建其他故障樹，經(jīng)過層層分析與類推，便在壓縮機故障體系基礎上建成故障樹網(wǎng)，以此為參考創(chuàng)建往復式壓縮機故障數(shù)據(jù)庫，而且該企業(yè)還創(chuàng)建了往復式壓縮機狀態(tài)監(jiān)測體系、故障分析系統(tǒng)，為今后氣缸套故障以及其他設備故障的分析與解決提供了條件。

5 往復式壓縮機氣缸套故障的解決對策

往復式壓縮機氣缸套的故障較多，下面以幾種相對常見且最具代表性的氣缸套故障，分析可行的解決辦法。檢查發(fā)現(xiàn)種有液體和活門碎片帶入到氣缸中，一般會有比較明顯的敲擊聲音。討論該故障的原因，多與相關工段有關，工作人員應該馬上緊急停車進行檢查。往復式壓縮機的氣缸套活塞、活塞桿螺帽有松動現(xiàn)象，同樣要在發(fā)現(xiàn)故障之后馬上停車處理，確定有松動現(xiàn)象，可以馬上更換新的螺帽。氣缸套活塞環(huán)斷裂，該現(xiàn)象也是往復式壓縮機的常見故障，工作人員在檢查之后應該倒車替換新的活塞環(huán)。在檢查氣缸套故障時，發(fā)現(xiàn)氣缸余隙較小，很難支撐氣缸套正常運行。面對該故障，建議馬上停車，調(diào)整余隙，直至滿足運行需求后再恢復運行。

液壓油泵存在故障，檢查發(fā)現(xiàn)液壓油泵的流量較小，沒有達到額定值，例如轉(zhuǎn)速沒有達到額定轉(zhuǎn)速要求，此故障需要嚴格按照說明書要求的額定轉(zhuǎn)速，選擇電機轉(zhuǎn)速。如果在檢查時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在泄漏現(xiàn)象，應該及時修補泄漏點。因為油泵長期運轉(zhuǎn)、振動，會導致泵蓋螺釘發(fā)散松動，及時擰緊螺釘即可。如果吸入管道存在漏氣現(xiàn)象，在檢查所有連接處之后重新密封與緊固。液壓油泵吸油不到位，如油箱內(nèi)部的油面低，可以及時補充油液，一直到最低油標線上。入口部位的濾油器發(fā)生堵塞，要及時清洗過濾器。對于吸入管道堵塞問題或者是通徑較小，同樣需要清洗管道，選擇吸入管不能超過油泵入口通徑，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)液壓油泵壓力始終無法達到指定數(shù)值，通常表現(xiàn)為溢流閥調(diào)整壓力低、系統(tǒng)泄漏、油泵泵蓋因長期運行而發(fā)生螺釘松動、變量泵壓力調(diào)節(jié)不合理等，建議工作人員重新開始溢流閥壓力的調(diào)試，也可以將溢流閥予以修復。對于泄漏問題，要在系統(tǒng)之后快速修補泄漏點，將螺帽擰緊，壓力調(diào)節(jié)到規(guī)定限制。

氣缸套的液壓油泵可能出現(xiàn)吸不上油、無壓力的現(xiàn)象，常見的故障表征如下：原動機和油泵旋向偏差、油泵傳動鍵已經(jīng)脫落、進出油口連接錯誤、油箱內(nèi)部油面低導致吸入管口已經(jīng)在液面露出、轉(zhuǎn)速低影響了吸力、油黏度超標降低了葉片運動靈活性、吸入管道以及過濾裝置堵塞導致的吸油問題、吸入口過濾器的過濾精度高降低吸油流暢性。針對上述故障表征，提出如下解決策略：①調(diào)整原動機旋向；②重新進行傳動鍵的安裝；③根據(jù)說明書重新連接；④補充油液，直至已經(jīng)達到最低油標線；⑤提升設備的轉(zhuǎn)速，且要滿足油泵最低轉(zhuǎn)速要求；⑥選擇黏度符合要求的工作油；⑦定期清洗管道、過濾裝置，檢查發(fā)現(xiàn)堵塞物應及時去除，并且更換新的過濾油箱油液；⑧科學選擇符合規(guī)定的過濾器。

6 結束語

往復式壓縮機在應用、運維過程中，氣缸套是比較常見的故障。在日常檢查過程中，應最大限度降低氣缸套故障發(fā)生概率，應結合往復式壓縮機運行實際情況，針對汽缸套展開重點故障排查，分析所有可能發(fā)生故障的部位，并總結導致故障的原因，及時更新零部件，保障汽缸套故障得以快速解決，從而恢復往復式壓縮機的運轉(zhuǎn)。如此一來，不僅能夠解決汽缸套運行故障，還能夠提高往復式壓縮機運維水平，為今后壓縮機設備故障排除與解決積累經(jīng)驗。