氣閥故障對空氣壓縮機工作的影響及應對措施

袁寶吉，吳猛猛，李衛寧

(海軍潛艇學院，山東青島 266042)

0 引言

艦船高壓空氣壓縮機的氣閥數量眾多，工作條件惡劣，閥片在高溫、高壓下以很高的頻率開啟和關閉［1］。例如:某4級高壓空氣壓縮機，共有吸、排氣閥62個，額定轉速為1 330 r/min，則吸、排氣閥每秒要開關各22次，閥片兩側作用有一定的壓差。因此，氣閥是空氣壓縮機中最容易損壞的部件。氣閥工作可靠性將直接影響壓縮機的排量、可靠工作和功率消耗［2］。本文就氣閥故障對空氣壓縮機工作的影響進行分析，并提出了提高氣閥工作可靠性的對策。

1 氣閥常見故障及其對空氣壓縮機工作的影響

壓縮機工作時，吸、排氣閥容易發生閥片斷裂、氣閥彈簧折斷、氣閥關閉不嚴密、彈簧彈力不夠等故障。這些常發故障對空氣壓縮機的性能、使用有非常大的影響，具體表現在以下幾方面。

1)減小壓縮機的排量。

(1)氣閥斷裂、氣閥彈簧折斷、氣閥關閉不嚴將減小壓縮機的排量。

某級吸氣閥或排氣閥漏泄時，都使該級的實際排量比正常情況下減少。吸氣閥漏泄時，因排氣過程中有部分空氣漏回吸入管而減小該級的排量;排氣閥漏泄時，因吸氣過程中有部分空氣經排氣閥漏回汽缸而減小該級的排量，而壓縮機其它的各級是正常工作的，因此壓縮機的最終排量減少。

(2)彈簧彈力降低將減小壓縮機的排量。

由于氣閥長期工作在高溫環境中，使氣閥彈簧退火、彈力降低。彈簧彈力降低后，將會導致氣閥開啟和關閉不及時。若氣閥開啟不及時或不能迅速達到全開將增大氣閥的大開閥阻力，減小吸氣量，而減小壓縮機的排量;若氣閥不能及時關閉，當活塞改變運動方向時，將引起排氣管內的部分氣體倒流，這不僅影響壓縮機的實際排量，而且會大大增加閥片關閉時的運動速度，減小閥片的使用壽命。

2)改變壓縮機的各級間的壓力分配，損害壓縮機。

多級壓縮機正常工作時，當最后一級排出壓力為某一值時，各級的排出壓力是有一定的分配規律。當某一級氣閥損壞時，該級壓縮機就不能正常工作，嚴重時甚至使該級基本不起作用，就會使各級的壓力分配發生明顯變化。

當某級吸氣閥或排氣閥漏泄，會使前一級的排出壓力增高，本級的排出壓力降低。例如，4級壓縮機的第3級的吸氣閥或排氣閥漏泄時，會使第2級排出壓力增高，第3級排出壓力降低，第4級的吸入壓力 (即第3級排出壓力)降低，壓縮機在新的壓力分配的情況下工作。

氣閥嚴重漏泄時，特別是閥片打碎后，壓縮機內壓力的分配會起很大變化。氣閥損壞的汽缸的前一級的排出壓力會增高很多，其后果首先是使前一級壓縮機的增壓比增大，排氣溫度增高，加速積碳的形成。前一級排出壓力增高，還會使前一級安全閥跳開。若安全閥有故障，不能及時跳開，壓力增至一定程度時可能引起缸蓋螺桿斷裂或損壞活塞、連桿、汽缸等嚴重事故。

3)壓縮機的功率消耗大大增加。

由于壓縮機的吸排氣閥漏泄或損壞，使氣閥損壞的汽缸的前一級的排出壓力會增高很多，其后果首先是使前一級壓縮機的增壓比增大，功耗大大增加;同時，使壓縮機的排氣量減少，氣瓶充氣時間變長，嚴重時將會大大增加壓縮機的功率消耗。

2 氣閥故障的判斷

有的艦員在發現級間壓力分配規律變化后，不能迅速判斷是哪一級氣閥的故障，而是逐級逐個拆卸氣閥檢查，在氣閥數量較多的空壓機中需要很長的時間才能完成，這不僅增大了艦員的體力消耗，而且延長了排除故障的時間，對完成訓練和作戰任務是不利的。因此，在出現故障時，應首先能夠正確判斷哪個氣閥發生了故障，才能有利于排除故障。

1)某級排出壓力突然增高，一般就是下一級吸氣閥或排氣閥損壞或氣閥密封不嚴。

壓縮機工作時，壓縮機的各級壓力與正常工作時的壓力相比，若發現某級排出壓力突然增高，很可能就是下一級的吸氣閥或排氣閥已經損壞或氣閥密封不嚴［3］。

2)漏泄氣閥的溫度比正常時高。

確定了是哪一級氣閥的故障后，可根據氣閥溫度的變化，判斷是吸氣閥還是排氣閥的故障。

吸氣閥漏泄時，排氣過程中有高溫的排出氣體流過該吸汽閥與閥座，會使該吸氣閥及吸氣閥腔比平時溫度高，用手摸即可發現異常。排氣閥發生漏泄時，因吸氣過程時有高溫氣體經過排氣閥倒流回汽缸，也會使排氣閥的溫度比平時高。但因排氣閥溫度很高，無法用手摸發現。因此，若已確定為某一級氣閥有漏泄，為判斷是吸氣閥或排氣閥漏泄，可用手摸該級的吸氣閥腔，發現吸氣閥溫度明顯升高者，即可折卸檢查;若吸氣閥腔溫度無顯著變化，則可能是排氣閥的故障，可先折卸排氣閥檢查。

3)第一級氣閥漏泄時，各級排氣壓力都會降低。

第一級吸、排氣閥漏泄時，無法從“前一級”排出壓力的變化判斷故障。第一級氣閥漏泄時，將直接減少壓縮機的吸氣量，使各級排送的空氣量都減少，會使各級排出壓力都比正常工作時低 (最后一級排出壓力不受影響，因為它決定于氣瓶內氣體壓力)。

3 提高氣閥工作可靠性的對策

提高氣閥工作的可靠性是保證壓縮機可靠工作的關鍵之一。為此，一是要在管理中精心觀察，及時發現和排除氣閥的故障，以保證壓縮機正常運轉;二是檢修時要正確地檢驗和裝配氣閥，使氣閥能在良好的技術狀態下工作。

1)及時發現和找出故障氣閥。

壓縮機工作時，發生氣閥閥片斷裂、氣閥彈簧折斷及氣閥關閉不嚴密等故障，往往是難免的，管理中應及時發現損壞的氣閥，及時排除故障，防止因氣閥故障而引起更嚴重的故障。

氣閥閥片破裂、彈簧折斷故障是瞬間發生的，往往使各級壓力突然變化;氣閥閥片密封不嚴、彈簧彈力降低是逐漸表現出來的，往往使各級壓力緩慢變化［4］。管理空氣壓縮機時，必須熟知所管壓縮機在各種排出背壓時的各級正常工作壓力，發現異常情況，及時分析原因，排除故障，防止因氣閥故障而引起更嚴重的事故。當某級排出壓力突然超過規定的最高工作壓力時，導致安全閥跳開時，應立即停車檢查，排除故障，防止發生嚴重事故;在修理氣閥時應正確地修理、檢驗、裝配或更換，以提高氣閥工作的可靠性。

2)正確地檢驗和裝配氣閥。

(1)注意檢查氣閥的密封性。

觀察閥片和閥座的工作面有無損傷，清除氣閥內的積碳及臟物。氣閥裝配后，應用煤油檢漏。檢漏的方法是:在裝配好的氣閥內注以煤油，在2 min內泄漏的煤油不超過3滴為合格。密封性不合格的氣閥要進行研磨修理或更換密封件。

(2)注意檢查氣閥彈簧。

氣閥彈簧是使閥片及時開啟和關閉的重要零件，對氣閥工作的可靠性有重大影響，裝配時必須仔細檢查彈簧的表面狀況。其表面狀況對彈簧的壽命有很大影響，不得有裂痕、銹蝕和凹坑等缺陷。裝配時還必須檢查鋼絲直徑、彈簧中徑和自由狀態下彈簧的長度是否符合要求，要檢查裝配狀態下彈簧的長度是否正常。裝配各級氣閥時不要裝錯彈簧，拆卸和清洗氣閥零件時，應將不同的零件分別清洗和存放。

(3)注意檢查閥片的升程。

氣閥組裝時，必須檢查閥片升程是否符合要求，以免減小壓縮機排量或使氣閥彈簧、閥片、閥座過早地損壞。

(4)注意檢查閥片的表面光潔度和閥片的規格。

實踐表明，閥片的主要破壞形式是由于撞擊載荷引起的閥片斷裂。閥片每次開啟和關閉時受到的撞擊能量并不大，但在高頻率、小能量的多次撞擊下，會引起閥片的疲勞損壞。閥片材料內的缺陷，如夾渣、夾層、裂紋等，在循環撞擊力的作用下，引起應力集中，是閥片疲勞損壞的根源。因此，在組裝氣閥時，要注意檢查閥片表面的光潔度，及時更換有銹蝕、裂紋和磨損嚴重的閥片，以提高氣閥的使用壽命;應注意不同氣閥的閥片，防止裝錯，以免影響氣閥的正常工作。

4 結束語

及時發現并排除氣閥故障，提高氣閥工作可靠性，將保證空氣壓縮機的排量、減小功率消耗，防止事故的發生。

［1］高翔.船舶輔助機械［M］.北京:國防工業出版社，2005.

［2］郭林平.空壓機氣閥故障及其預防［J］.貴州化工，2004，29(4):41-42.

［3］方大義，何華兵.空氣壓縮機排氣壓力異常的原因及對策 ［J］.中國氯堿，2004(9):19-20.

［4］郭仁寧，李頌.往復式壓縮機氣閥故障分析與改善措施 ［J］.煤礦機械，2009，30(12):226-227.