船用空壓機故障分析＊

牛明田 任明宏 王玉文

（1．海軍駐426廠軍事代表室 大連 116005）（2．海軍工程大學(xué)動力工程學(xué)院 武漢 430033）

1 引言

空壓機是空氣壓縮機的簡稱，是一種壓縮并且運送空氣的機械，是將原動機的動力能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w壓力的工作機，有“通用機械”之稱［1～4］。船用空壓機作為船舶動力系統(tǒng)最重要的輔助機械之一，擔(dān)負(fù)著為全船提供高壓空氣的重要職能。高壓空氣在船舶上主要用于柴油機的啟動、氣動碟閥、汽笛等，因此，船用空壓機可靠性的好壞直接影響船舶的安全運行。

2 船用空壓機的基本結(jié)構(gòu)

由于船舶上的空間狹窄，安裝的設(shè)備繁多，這就要求機械設(shè)備必須結(jié)構(gòu)緊湊，因此，目前船舶上廣泛使用的是活塞式空壓機。活塞式空壓機是利用活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)運動，周期性地改變氣缸的工作容積，以完成對空氣的吸入、壓縮和排出的一種空壓機［5～7］。活塞式空壓機一般由三部分組成［8］：

1）基本部分

該部分主要包括機架、機身、曲軸箱、曲軸、連桿等等，其作用是固定整個機體、傳遞動力以及連接各個零部件。

2）氣缸部分

該部分主要包括氣缸、氣閥、活塞、活塞環(huán)以及安裝在氣缸上的排量調(diào)節(jié)等部分，其作用是構(gòu)成工作容積和防止氣體泄漏。

3）輔助部分

該部分主要包括冷卻器、油氣分離器、安全閥、油泵、水泵、各種控制器、傳感器、儀表以及各種管路系統(tǒng)，其作用是保證空壓機的正常工作。

圖1是某型船用空壓機的結(jié)構(gòu)簡圖。該空壓機為立式、單列、三級、級差式、水冷高壓空氣機。整個空壓機機組由電動機通過三角皮帶傳動，然后曲軸帶動級差活塞上下運動，使空氣從一級進氣閥進入一級氣缸，經(jīng)壓縮后由一級排氣閥排出，再由管路經(jīng)二級進氣閥進入二級氣缸，再次被壓縮后由二級排氣閥排出，最后由管路經(jīng)三級進氣閥進入三級氣缸，完成壓縮后的高壓空氣由三級排氣閥排出，經(jīng)管路送入高壓空氣瓶儲存起來。

圖1 某型船用空壓機的結(jié)構(gòu)簡圖

3 船用空壓機的故障特點

船舶長期處于海上航行或者錨泊狀態(tài)，惡劣的工作環(huán)境使得船用空壓機的故障表現(xiàn)出以下三個特點。

1）易產(chǎn)生金屬疲勞斷裂故障。

船舶上高溫、高濕、高振動的機艙環(huán)境，使得船用空壓機的部件比非船用空壓機更容易出現(xiàn)金屬疲勞斷裂現(xiàn)象。

2）冷卻裝置故障率高。

船用空壓機是使用海水冷卻，海水的腐蝕作用使得海水泵腐蝕嚴(yán)重，故障頻發(fā)。

3）啟動過于頻繁，自動控制系統(tǒng)故障頻發(fā)。

由于船舶使用高壓空氣的量比較大，空壓機頻繁啟停，導(dǎo)致自動控制系統(tǒng)故障率高。

4 船用空壓機的故障分析

在某船舶單位的調(diào)研中，獲得該單位四條船上共八臺空壓機近兩年的故障數(shù)據(jù)，每臺空壓機均已累計工作2000小時以上。從調(diào)研的數(shù)據(jù)來看，嚴(yán)重故障記錄共68次，其中進氣閥故障14次，排氣閥故障12次，自動控制系統(tǒng)故障10次，海水泵故障7次。由此可見，各級進排氣閥、自動控制系統(tǒng)和海水泵是空壓機故障率最高、可靠性最薄弱的部件。現(xiàn)將空壓機的常見故障現(xiàn)象以及其可能故障原因和故障排除方法歸納如下。

1）空壓機排氣量降低，壓力下降。

可能的故障原因及排除方法：

（1）若進氣管或活門蓋發(fā)熱，則可能為進氣閥漏氣，需檢查氣閥氣密性，研磨或者更換閥片，同時檢查彈簧彈力和密封墊圈密封性；

（2）若排氣溫度高，則可能為排氣閥漏氣，需檢查氣閥氣密性，研磨或者更換閥片，同時檢查彈簧彈力和密封墊圈密封性；

（3）其他情況，則可能為活塞環(huán)不密封，需檢查調(diào)整或更換活塞環(huán)。

2）自動控制系統(tǒng)無法啟動或者無法停止。

可能的故障原因及排除方法：

（1）油壓控制器、氣壓控制器、水壓控制器失效，需檢查或更換；

（2）控制電路板失效，需檢查或更換。

3）冷卻水壓力不足報警，無法啟動或者自動停機。

可能的故障原因及排除方法：海水泵故障，需更換海水泵。

4）曲軸箱內(nèi)發(fā)出異常響聲。

可能的故障原因及排除方法：

（1）連桿螺釘螺帽松動，需及時擰緊；

（2）軸瓦間隙過大，需調(diào)整軸瓦間隙以及檢查擰緊大端軸承連接螺釘或者直接更換軸瓦。

5）氣缸內(nèi)發(fā)出異常響聲。

可能的故障原因及排除方法：

（1）氣缸余隙過小，需檢查調(diào)整；

（2）氣閥損壞，需檢查或更換發(fā)出響聲的氣閥；

（3）活塞內(nèi)球形軸承間隙過大，需調(diào)整間隙或擰緊連接螺釘。

6）氣缸內(nèi)突然發(fā)出強烈沖擊聲。

可能的故障原因及排除方法：

（1）零件損壞，需檢查并清除零件碎片，必要時更換缸套；

（2）雜物或水進入氣缸，需檢查并清除雜物并及時打開泄放閥排除油水。

7）軸承過熱。

可能的故障原因及排除方法：

（1）軸承與軸頸間的徑向間隙過小，需調(diào)整至正常間隙；

（2）油量不足，需檢查油面及時添加滑油；

（3）油溫過高，需檢查冷卻水供應(yīng)系統(tǒng)。

5 結(jié)語

在論述船用空壓機基本功能、基本結(jié)構(gòu)以及所處工作環(huán)境的基礎(chǔ)上，總結(jié)了船用空壓機的故障特點。根據(jù)某單位的船用空壓機的故障記錄，歸納出船用空壓機常見故障現(xiàn)象以及相應(yīng)的故障原因和故障排除方法，為快速查明故障部位、及時排除故障打下了堅實的基礎(chǔ)。

［1］于艷飛．空壓機性能檢測試驗臺的設(shè)計與實現(xiàn)［D］．成都：西南交通大學(xué)，2012．

［2］于乃輝．五軸聯(lián)動加工中心可靠性試驗與評估方法研究［D］．長沙：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2011．

［3］劉春和，陸祖建．武器裝備可靠性評定方法［M］．北京：中國宇航出版社，2009：96-105，292-301．

［4］梁曉鋒．以頂層參數(shù)為目標(biāo)的艦船可靠性關(guān)鍵性技術(shù)研究［D］．上海：上海交通大學(xué)，2011．

［5］陳炳錕．?dāng)?shù)控機床可靠性試驗設(shè)計及評估方法研究［D］．長春：吉林大學(xué)，2011．

［6］Jiang R，Murthy D．A study of Weibull shape parameter：Properties and significance［J］．Reliability Engineering and System Safety，2011，96（12）：1619-1626．

［7］Emad E，Abdallah W．A new approach for parameter estimation of finite Weibull mixture distributions for reliability［J］．Applied Mathematical Modelling，2013，37（4）：1800-1810．

［8］朱振華．修理工不同情形下幾類可修系統(tǒng)的可靠性分析［D］．秦皇島：燕山大學(xué)，2011．