往復(fù)活塞式壓縮機(jī)關(guān)鍵部件故障原因分析

渠汝濤

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，各種機(jī)械監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)廣泛應(yīng)用于石油化工、電力等行業(yè)當(dāng)中。然而在實(shí)際生產(chǎn)中，壓縮機(jī)的關(guān)鍵部件常會(huì)出現(xiàn)一些故障，進(jìn)而影響其機(jī)器運(yùn)行，為此，應(yīng)根據(jù)實(shí)際故障情況分析原因，必要時(shí)可建立在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)，提高設(shè)備使用效率。

1 往復(fù)活塞式壓縮機(jī)相關(guān)概述

往復(fù)活塞式壓縮機(jī)一般由主機(jī)和附屬裝置組成，其中主機(jī)有以下部分：（1）機(jī)體：由機(jī)身、中體和曲軸箱構(gòu)成，同時(shí)也是往復(fù)式壓縮機(jī)的定位基礎(chǔ)構(gòu)建。（2）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：是曲柄連桿機(jī)構(gòu)，在曲軸上裝有連桿大頭，小頭與十字頭相連，在滑道內(nèi)曲軸通過(guò)連桿帶動(dòng)十字頭做往復(fù)運(yùn)動(dòng)并帶動(dòng)活塞組件在氣缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。（3）壓縮機(jī)構(gòu)：包括氣缸、活塞組件、氣閥及填料等。活塞工作斷面和氣缸內(nèi)表面所形成的空間是實(shí)現(xiàn)氣體壓縮的工作腔。氣閥中的吸氣閥只能吸氣，排氣閥只能排氣，主要控制氣體作單向流動(dòng)。在氣缸內(nèi)活塞作往復(fù)式運(yùn)動(dòng)時(shí)，它能配合與排氣閥和吸氣閥的啟閉動(dòng)作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)膨脹、吸氣、壓縮及排氣四個(gè)工作過(guò)程循環(huán)。（4）冷卻系統(tǒng)：水冷式的組成共有中間冷卻器、各級(jí)氣缸水套、管道、閥門等。風(fēng)冷式的組成共有中間冷卻器和散熱風(fēng)扇。系統(tǒng)之所以可產(chǎn)生熱量，完全是借助壓力冷卻水和水的流動(dòng)，并帶走壓縮空氣和運(yùn)動(dòng)部件。（5）潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)：主要由注油器、油過(guò)濾器、油冷卻器和齒輪泵組成。

2 往復(fù)活塞式壓縮機(jī)關(guān)鍵部件故障原因

2.1 壓縮機(jī)十字頭故障原因

壓縮機(jī)中的十字頭具有導(dǎo)向作用，是連接活塞與連桿的零件，經(jīng)實(shí)踐表明，十字頭銷是壓縮機(jī)最容易損壞的零件。以某臺(tái)往復(fù)式活塞壓縮機(jī)為例，采用對(duì)稱平衡結(jié)構(gòu)，主要負(fù)擔(dān)的任務(wù)為對(duì)甲烷氫原料進(jìn)行增壓，同時(shí)也是制作氫裝置的心臟。主要規(guī)格和參數(shù)如下：壓縮機(jī)軸功率496kW，壓縮級(jí)數(shù)為2，壓力油為潤(rùn)滑運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要潤(rùn)滑方式，氣缸填料主要以無(wú)油潤(rùn)方式。

故障原因：該壓縮機(jī)投入使用后頻發(fā)發(fā)生故障，常常有松動(dòng)現(xiàn)象存在于十字頭銷螺母，嚴(yán)重時(shí)還造成一次跳車事故，既增添了安全隱患，還使裝置的穩(wěn)定運(yùn)行受到嚴(yán)重影響。之后經(jīng)拆卸檢查后得知，固定螺栓和連桿在十字頭銷掉出銷孔時(shí)已經(jīng)損壞，也正是因?yàn)槭诸^銷的螺母有松動(dòng)跡象，才會(huì)造成螺栓斷裂，在十字頭的軌道上有其推出銷孔的痕跡，拉桿承受不了過(guò)大的壓力而斷裂，并引發(fā)跳車。針對(duì)上述現(xiàn)象可采取以下措施：（1）每半個(gè)月停機(jī)檢查螺母的松動(dòng)情況。（2）采取與（1）相同的方式檢查B臺(tái)壓縮機(jī)，從檢查結(jié)果得知，雖然十字頭銷的接觸面積和固定螺母的扭矩相一致，然而在經(jīng)一段運(yùn)行時(shí)間后，防松墊被剪短和螺母松動(dòng)狀況仍然存在于兩臺(tái)壓縮機(jī)機(jī)組之間。（3）保證十字頭孔和十字頭銷錐兩者的接觸面積在90%以上。

2.2 壓縮機(jī)管道振動(dòng)故障

一般引起往復(fù)活塞式壓縮機(jī)及管道振動(dòng)的原因有以下兩類：（1）機(jī)組運(yùn)動(dòng)不平衡或設(shè)計(jì)不當(dāng)同樣也會(huì)引起管道振動(dòng)，質(zhì)量或技術(shù)問(wèn)題常常是組裝壓縮機(jī)過(guò)程中常遇到的問(wèn)題，其中所出現(xiàn)的安裝誤差會(huì)影響機(jī)組平衡，自然會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。（2）由管線內(nèi)氣流脈動(dòng)引起；氣體之所以會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)，是因壓縮機(jī)管線內(nèi)的氣體受吸氣和排氣的間歇變化，從而形成氣柱，一旦受到工況誘導(dǎo)條件就會(huì)發(fā)生振動(dòng)，尤其所形成的氣柱是一個(gè)具有連續(xù)質(zhì)量的彈性振動(dòng)系統(tǒng)。

采取措施：在管系的適當(dāng)位置增設(shè)固定支撐或孔板改變支撐彈性和管系的振動(dòng)頻率，在管線和支點(diǎn)之間放置硬橡膠板也有改變彈性和管系振動(dòng)頻率的作用。此外，還可在緊靠壓縮機(jī)出口處設(shè)置一個(gè)緩沖罐來(lái)改變管系氣柱固有頻率，使氣流脈動(dòng)的幅值可以有所降低。

2.3 壓縮機(jī)氣閥故障

壓縮機(jī)氣閥故障主要來(lái)自以下幾個(gè)方面：（1）潤(rùn)滑的影響；首先是潤(rùn)滑油的選用，其粘度和抗焦性是氣缸和填料潤(rùn)滑必須考慮的指標(biāo)，低粘度的潤(rùn)滑油會(huì)增強(qiáng)氯化安定性和熱穩(wěn)定性，尤其在高溫下不易變質(zhì)，油品的流動(dòng)性和揮發(fā)性也可因此得以改善。一般當(dāng)潤(rùn)滑油劃注入氣缸后完成潤(rùn)滑任務(wù)后，就會(huì)快速脫離工作部位，防止因在氣缸內(nèi)因高溫停留產(chǎn)生結(jié)碳。殘?zhí)渴呛饬靠菇剐阅艿闹饕獦?biāo)志，殘?zhí)吭酱螅瑒t說(shuō)明在氣缸中油品結(jié)碳傾向就越大。氣閥及氣缸的使用壽命和潤(rùn)滑油的正確選用有著緊密聯(lián)系，有些壓縮機(jī)選用13號(hào)壓縮機(jī)油產(chǎn)生了大量的結(jié)碳，嚴(yán)重縮短了氣閥的使用壽命。其次是氣缸注油量大小的影響，一般在操作規(guī)程中注油量對(duì)每級(jí)都有具體的規(guī)定，然而在實(shí)際操作中，因思想過(guò)于陳舊，往往會(huì)增大注油量，導(dǎo)致壓縮機(jī)內(nèi)存有大量的潤(rùn)滑油，活塞環(huán)出現(xiàn)“粘附”現(xiàn)象，在后期運(yùn)行中卡死。活塞環(huán)后面的槽中因聚集了過(guò)量的油，尤其經(jīng)高溫度壓縮下變得碳化和變稠。活塞和氣缸因卡死的活塞環(huán)降低了兩者之間的氣密性，泄露出來(lái)的氣體還會(huì)不停破壞氣缸壁上潤(rùn)滑油膜，加重汽缸壁和活塞環(huán)的磨損程度。所以，在保證氣缸潤(rùn)滑的條件下盡量減少注油量，在每次打開(kāi)氣缸和氣閥時(shí)應(yīng)檢查其中的潤(rùn)滑情況，如結(jié)碳較多則說(shuō)明注油量偏大，可在開(kāi)車時(shí)通過(guò)調(diào)低注油量并不停調(diào)節(jié)后找到合適的注油量。（2）啟閉件動(dòng)作異常：一般啟閉件動(dòng)作出現(xiàn)異常故障多是由顫振和錘擊引起，因氣閥設(shè)計(jì)不當(dāng)或氣流所造成的擾動(dòng)，進(jìn)而使壓力波動(dòng)產(chǎn)生影響。首先是顫振，當(dāng)通過(guò)閥門的氣流不足后，啟閉件會(huì)頂?shù)綒忾y蓋上，顫振便會(huì)出現(xiàn)，此時(shí)在閥座和閥蓋之間的啟閉件就會(huì)發(fā)生顫振，彈簧會(huì)因顫振現(xiàn)象加速磨損程度。如果閥片彈簧沖擊的痕跡沒(méi)有出現(xiàn)在啟閉件上，就可以斷定為顫振，有效消除顫振現(xiàn)象可通過(guò)選用輕質(zhì)彈簧即可。其次錘擊，當(dāng)活塞把氣體推出氣缸時(shí)，在開(kāi)啟過(guò)程中排氣閥更容易產(chǎn)生錘擊現(xiàn)象，啟閉閥片時(shí)要克服啟閉件慣性，針對(duì)慣性力較大的閥片，由于是處于關(guān)閉滯后狀態(tài)，推動(dòng)其關(guān)閉的動(dòng)力是回流氣體，并不是閥片彈簧，會(huì)引起閥座和啟閉件的錘擊。有效消除錘擊現(xiàn)象，可通過(guò)辨認(rèn)啟閉件和閥座接觸面出現(xiàn)的斑點(diǎn)，在壓縮機(jī)外可聽(tīng)見(jiàn)它所發(fā)出的“咔嚓”聲音，調(diào)節(jié)閥片的啟閉時(shí)間采用增加彈簧伸縮量的方法即可，或改用輕質(zhì)材料改善啟閉件。

3 結(jié)束語(yǔ)

總之，關(guān)于往復(fù)活塞式壓縮機(jī)關(guān)鍵部件故障應(yīng)從壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作過(guò)程及原理角度考慮，文章主要從十字頭故障、管道振動(dòng)及氣閥等三個(gè)關(guān)鍵部件分析，必須理清壓縮機(jī)產(chǎn)生故障原因，嚴(yán)格規(guī)范操作，尤其關(guān)鍵部件的異常和振動(dòng)情況，適當(dāng)時(shí)可優(yōu)化壓縮機(jī)部件設(shè)計(jì)，加強(qiáng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)，進(jìn)而提高整個(gè)往復(fù)活塞式壓縮機(jī)的性能。

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