對往復式壓縮機故障的危害探究

尤國東

（東北石油大學機械科學與工程學院，163000）

往復式壓縮機因其結構簡單、技術成熟，在油田、機械、化工等領域里一直廣泛應用，是重要的工業設備。然而只要是設備就一定會出現故障，往復式壓縮機亦是如此，所以對其故障的探究是必不可少的。壓縮機的故障主要出在氣閥、活塞、潤滑及冷卻等方面。本文將對這幾個方面的故障危害進行分析，希望對讀者有所幫助。

1 壓縮機的氣閥故障

氣閥作為往復壓縮機關鍵部件之一，需要長時間在高頻沖擊、高溫、高壓或在帶有腐蝕性介質的環境下工作，在往復壓縮機所有部件當中最易發生損壞，所以氣閥故障也是壓縮機最頻繁發生的故障。如圖1為氣閥的結構圖，其中彈簧、閥片、閥座為氣閥的主要組成部件，往復式壓縮機氣閥發生故障也主要在這三個部位，主要有如下三種故障：氣閥彈簧失效、氣閥泄漏以及閥片破裂。

圖1 氣閥結構圖

1.1 氣閥彈簧失效

氣閥彈簧的加工過程（如酸洗過程、脫氫過程）、安裝過程（預緊過度導致彈簧始終受壓過大）中發生錯誤，都會導致氣閥彈簧投入使用后發生失效。除此之外氣閥彈簧在使用過程中有可能產生疲勞或松弛，在這樣的情況下繼續工作會導致疲勞斷裂、松弛斷裂而使得氣閥彈簧失效。

氣閥彈簧失效故障的特征主要體現在缸體出現振動沖擊，特別是在開車初期吸氣閥會發生顫振，在振動波形上出現多次的沖擊，但在排氣閥上彈簧失效故障在波形上顯示不明顯。氣閥彈簧失效會導致閥片不能平穩地開啟和閉合，由于彈簧支撐點的受力不均，閥片工作時就會出現歪斜的現象。這樣不僅會加大壓縮機的震動和噪音，甚至將嚴重影響氣閥的工作效果與使用壽命。

1.2 氣閥泄漏

氣閥在組裝時裝配不嚴密、閥片偏移變形、閥座螺桿不嚴密、閥片與閥座不嚴密、氣閥內部漏氣或是壓縮氣體不凈阻塞閥片等原因都會導致氣閥泄漏。

氣閥泄漏的故障特征主要表現在溫度的變化上。當壓縮機吸氣氣閥泄漏時，會導致閥蓋溫度的升高，故可從閥蓋溫度的變化來判斷該故障的產生。排氣閥泄漏會使排氣管道外的高溫氣體回流至哪。二者都會引起氣體反復的壓縮，致使排氣口溫度升高。排氣溫度過高會導致能源浪費、降低壓縮機使用壽命、潤滑油溫度過高潤滑效果降低甚至潤滑油碳化。由此可見，氣閥泄露不僅會提高機器工作時的溫度，浪費功率，而且對機器的使用壽命會造成不可逆轉的影響。

1.3 閥片破裂

閥片斷裂主要由以下幾個方面導致：閥片質量不合格；彈簧安裝不合理（導致閥片傾斜受力不均）；閥片調整不合格（升程限制器調整過大，導致回落時對閥片沖擊嚴重）；工作氣體不合格（氣體過臟、氣體含油、氣體含水）。

氣閥破裂故障在氣閥溫度和缸體振動上，都有比較明顯的體現。但除非閥片真的存有質量問題，否則閥片是不會突然破裂的，所以出現破裂現象時已是“晚期”。若不及時對故障進行排除，更換新的閥片可能會導致活塞損壞、爆缸等嚴重問題。

2 壓縮機的活塞環故障

往復式壓縮機是通過活塞在氣缸內的往復運動來實現氣體壓縮的。活塞作為運動最劇烈的部件，其制作要求相當嚴格。但由于安裝、使用過程、年限的增加等原因，活塞也會出現一定的問題。其主要問題就是活塞環的摩擦異常導致磨損、卡死和斷裂。

2.1 活塞環磨損

活塞與氣缸之間存在相對滑動，必須留有一定間隙。為防止工作氣體大量泄漏，需要采用活塞環密封。活塞環與氣缸壁之間要求極為嚴格的配套。活塞環尺寸偏小會使氣體沖刷活塞環，導致潤滑膜受損；活塞環尺寸偏大會與缸壁產生劇烈的摩擦。可見活塞壞尺寸過小或過大都會導致活塞環摩擦劇烈，使活塞環磨損。活塞環磨損嚴重時，活塞將直接與汽缸發生摩擦，導致活塞也會受到一定程度的磨損。圖2為磨損的活塞與活塞環，可見該故障將導致活塞與活塞環的雙向受損，十分嚴重。

圖2 磨損的活塞和活塞環

2.2 活塞環卡死

活塞環卡死有多種原因，包括設計和日常檢修維護和使用不當等原因。在設計方面，活塞環槽設計的太窄，工作時活塞受熱膨脹會將活塞環卡死在槽內；活塞環設計的過厚，受熱后卡死在槽內。在使用過程中，如果冷卻不當將導致活塞環工作時溫度過高，使活塞環受熱膨脹，卡在槽內。在日常維護方面，機油供油不足、機油臟、積碳過多等均會導致活塞環卡死。活塞環卡死將直接導致活塞卡死在缸內，潤滑不佳的情況下活塞也會卡死在氣缸內。所以在日常維護中，應注意保證活塞環有良好的潤滑，定期更換機油，且要保證機油的質量，并且及時清理積碳。圖3為因高溫卡死在缸體內的活塞，從圖中可以看出，活塞受到嚴重的磨損。活塞環卡死不僅會導致壓縮機無法工作還可能導致活塞桿斷裂甚至發生爆炸事故。

圖3 因高溫卡死的活塞

圖4 斷裂的活塞環損，致使機械應力增大而造成活塞環斷裂。

2.3 活塞環斷裂

如圖4所示，活塞的另一個故障就是活塞環的斷裂，壓縮機活塞環斷裂原因主要有以下三方面：活塞環槽在過度磨損的情況下會導致活塞環在槽內發生周期性扭曲而疲勞斷裂；活塞環和缸套的配套情況存在缺陷，將導致活塞環摩擦異常而斷裂；在沒有有效冷卻的情況下，第一道環的溫度會過高，環局部彈性喪失，或潤滑不當造成不正常磨

3 壓縮機的潤滑與冷卻

潤滑系統和冷卻系統是壓縮機不可或缺的，其對壓縮機的作用就像夏天的空調讓人保持冷靜。如果潤滑和冷卻不當會使排氣溫度過高，甚至導致壓縮機爆炸。所以保證潤滑系統和冷卻系統的穩定工作，對壓縮機而言有著重要意義。

3.1 壓縮機的潤滑

潤滑系統可以減輕滑動部位的磨損，延長零件壽命；減少摩擦功耗；導走摩擦產生的熱，使零件的工作溫度不過高；密封汽缸的工作容積以提高活塞和填料箱的密封性。

潤滑油在高溫時很可能氧化生成固體物，導致性能下降，造成運行部件的磨損，導致被壓縮氣體的泄漏[3]。所以一定要定期更換潤滑油，并定期清洗油池、油管、油過濾器及注油器等，保證油路暢通。

3.2 壓縮機的冷卻

冷卻系統可以降低壓縮機工作時的溫度、減少能量的消耗、保證工作安全。冷卻系統對壓縮機溫度的影響無疑是最大的，不僅能夠保證摩擦部件的溫度不會過熱，而且對于多級壓縮而言，冷卻效果的好壞還會對功耗產生巨大影響。為了使工作環境接近等溫壓縮，進而減小功耗，冷卻系統起到了無可替代的作用。水冷、油冷等液體冷卻一定要保證通路的流暢并定期除垢，風冷也應該盡量保證空氣流動的效率。

4 結論

壓縮機作為重要工業設備，不論是氣閥、活塞、潤滑還是冷卻出現嚴重故

障時，都可能引起壓縮機爆炸。

壓縮機氣閥故障會引起壓縮機溫度和振動的變化，不僅浪費有用功，還將

降低壓縮機的工作效率。

活賽環是活塞密封的關鍵，對氣體的壓縮起到關鍵作用。活塞環的損壞既

有設計原因，也有日常檢修維護和使用不當等原因造成，因具體情況具體

分析。一旦發生損壞必須馬上更換，以避免更大的損失。

（4）壓縮機的潤滑和冷卻對壓縮機的正常運行起到重要作用，如果發生故障對

壓縮機眾多部件都會產生影響，所以一定要保證潤滑充足、冷卻得當。

[1] 畢文陽,江志農,劉錦南.往復壓縮機氣閥故障模擬實驗與診斷研究[J].北京化工大學化工安全教育部工程研究中心 ,2013,41（6）：6~10

[2] 李彩霞,楊建剛,朱瑞.大型往復式壓縮機組故障分析及預防措施[J]. 壓縮機技術,2012,1：54~57

[3] 劉宇飛.往復式天然氣壓縮機潤滑系統常見故障處理[J].石油化工設備 ,2013,42（4）：81~83

[4] 唐俊杰,湯東平,時柯.壓縮機主要部件維修問題探究[J].科技與企業, 2013,15：256