往復式壓縮機常見故障及分析處理探討

陳峰

（中國神華煤制油化工有限公司鄂爾多斯煤制油分公司，內蒙古 鄂爾多斯 017209）

引言

往復式壓縮機在工業生產中發揮了重要作用，其對自身功能條件的依賴極強。相對離心壓縮機，往復式壓縮機內部工作環境復雜，容易被外部環境影響，加之振動大、易損部件多，經常會產生一些無法避免的問題，提高了故障率，不利于設備正常使用。因此，客觀分析往復式壓縮機運行故障，并采取合理的解決措施，做好維護保養，從而提高運行效率。

一、往復式壓縮機的主要結構

往復式壓縮機的主要部件包括：氣缸、曲軸、連桿、活塞組件和部分附屬設備等。

（一）壓縮機氣缸具有較好的導熱性，可消除壓縮機內部摩擦形成的熱量，表面耐磨與潤滑。氣缸內氣閥發揮了重要作用，它的損壞率極高，應根據壓縮機功耗、運轉穩定性和排氣量合理設計。

（二）曲柄連桿包括曲軸、連桿、十字頭和滑道等

它是重要的傳動部件和受力部件，其在運轉過程對電機旋轉運動實現轉化，使活塞發生水平運動，反復壓縮氣缸內的氣體。壓縮機對曲軸的各項工藝要求很高。

（三）活塞組件包括活塞環、活塞頭、活塞桿和托瓦等

活塞要根據氣缸特點設計尺寸與形狀，主要包括單作用活塞與雙作用活塞。氣缸以活塞密封內部高壓氣體。托瓦有效支撐活塞，容易出現損壞，為延長自身的受力時間，故必須保證托瓦的質量，提高壓縮機的使用效率。

（四）選用活塞桿填料處理活塞桿與密封間的空隙，避免此處泄漏氣體，根據“三個間隙”原則，即徑向間隙、軸向間隙和切向間隙安裝填料環。

（五）潤滑系統作為壓縮機重要組成部分，啟動運行時應實時監測潤滑油壓力。為了提高壓縮機的運行效率，應把控主軸與連桿、活塞與氣缸間的潤滑作業。

二、往復式壓縮機的故障診斷方法

(一)故障特征監測技術

對往復式壓縮機的運行特征信號實時監測，即壓縮機的噪聲、熱力特征、潤滑油液、振動情況與位置等。往復式壓縮機內部熱力信號包括氣缸壓力、溫度、排氣壓力與排氣量等。若壓縮系統、進氣溫度和壓力升高，會導致排氣溫度不合格，排氣閥漏氣和活塞桿受損等。振動信號一般是指壓縮機異常振動、氣閥部件受損、連桿機構磨損、活塞桿下沉等。關于位移信號，要根據活塞桿沉降情況分析，把握十字頭、活塞環的磨損特征。位移具有突發特點，即活塞桿機構斷裂，適合事后分析，維護人員多憑經驗實現分析。針對往復式壓縮機的響聲信號，維修人員主要依據機械設備故障響聲進行判斷，如活塞與氣缸間距小為敲擊聲，造成該部位彼此撞擊或零件松動。往復式壓縮機的油液信號是分析顆粒、鐵譜和光譜的重要依據，有利于客觀判斷磨損狀況。通過整理各種故障信號特征，提高了判斷故障的水平，但無法有效處理復雜的故障，而是把經驗變成理論，以定理方法實現診斷，保證故障診斷的效率。

(二)故障監測智能化方法

往復式壓縮機特征信號與故障類型構建數學函數關系，預警與判斷故障。函數式決定故障診斷是否準確。通常采取3 個分析方法。

1.時頻分析法

通過時間分類方法對壓力故障信號統計，獲取故障信號特征。該方法轉化時間為頻率，適用信號穩定與旋轉的機械設備。

2.小波分析該種方法優化了時頻分析法，細分頻帶和時間，適用往復式壓縮機分析與處理信號。

3.還有一些故障信號的分析方法，現實應用效果不理想，還要持續完善。往復式壓縮機診斷故障時應用多領域先進技術，如信息技術、數字技術等，通過構建故障診斷數據庫，收集壓縮機的運行信號。故障診斷技術存在一定缺陷，易造成壓縮機特征信號的精確性不足，有必要提高診斷的準確率。

三、往復式壓縮機的常見故障及解決方法

(一)管道振動

1.原因分析

（1）激振力:往復式壓縮機的吸排氣作業有間歇性，氣流壓力與速度有周期變化特點，氣流脈動大；一般激振力出現在管道的彎頭、異徑管、控制閥、直管段等位置，使管道發生振動。

（2）氣柱振動系統:壓縮機輸送氣體流速明顯低于氣體介質聲速，其是靜止的氣柱。激發的氣柱被迫振動，即壓力脈動；彎頭、三通、異徑管位置的脈動成為激振力。激發頻率接近氣柱固有頻率時，對氣柱有效激發，形成強烈的脈動，也就是氣柱共振。

（3）機械振動系統:具體包括管道、管道附件、容器和支架等，激發后形成機械振動響應，即管道振動。當激發力頻率接近管道結構系統的固有頻率時，便產生機械共振，此時振動幅度最大。

當激發頻率、氣柱固有頻率、管道結構固有頻率無限接近時，管道會發生非常嚴重的振動。

2.解決方法

設備布置不變，管道彎頭位置增加曲率半徑，防止氣流強烈沖擊管壁，有利于往復式壓縮機管道消振。

(二)機身振動

1.原因分析

慣性力失衡或氣流壓力脈動引起。

2.解決方法

（1）慣性力失衡振動:由機械結構入手，最大程度解決慣性力失衡問題。比如，科學部署曲柄錯角、搭配運動部件，消除部分慣性力。

（2）氣流壓力脈動振動:第一，在氣缸排氣管接管周圍安裝緩沖器;緩沖由氣缸產生脈動氣;第二，氣體管道布置孔板;第三，應用減振器;第四，科學設計管道支點，平直安裝管道。

(三)機身敲擊聲

1.原因分析

（1）十字頭銷蓋或十字頭滑履松動；主軸瓦、連桿大頭瓦或小頭瓦松動

（2）油壓、油溫偏低

2.解決方法

（1）拆檢緊固松動位置

（2）升高油壓油溫

(四)排氣溫度高

1.原因分析

（1）出入口形成較大壓差，使得壓縮比增大

（2）排氣閥或活塞環漏

（3）氣缸水夾套、冷卻器或管道發生堵塞。

2.解決方法

（1）升高入口壓力，或降低背壓，對出口壓力降低

（2）檢修或替換泄漏的排氣閥或活塞環

（3）對水夾套、水冷器進行清洗

(五)氣缸溫度高

1.原因分析

（1）缺乏冷卻水或堵塞管道

（2）氣缸套拉毛

（3）氣缸與滑道同軸度形成較大偏差，磨損活塞環

（4）活塞與氣缸縮小徑向間隙大

2.解決方法：

（1）檢查冷卻水回水情況

（2）排查氣缸、滑道、活塞環等零部件

（3）檢修替換氣閥

(六)氣缸異常響聲

1.原因分析

（1）氣閥損壞，或氣缸內存在異物

（2）進、排氣閥松動

（3）氣缸余隙不足

（4）活塞環斷裂或活塞受損

（5）缸套拉斷

（6）工藝氣帶液

2.解決方法

（1）替換氣閥，清理氣缸

（2）緊固螺釘

（3）協調余隙

（4）拆檢替換受損件

（5）積極排液

(七)氣缸磨損

1.氣缸磨損帶來的“腰鼓形”。潤滑油有機械雜質或工藝氣不潔凈、活塞環開口間隙偏小等，立即檢修或替換氣缸。

2.氣缸垂直方向磨損。氣缸水平度改變，或是活塞與氣缸間卡斷裂的活塞環；檢查活塞環，調整氣缸水平度。

3.氣缸水平方向偏磨。若干零部件堆積造成誤差，連接曲軸軸徑、連桿、十字頭、活塞組件、氣缸不同心，應拆檢調整。

(八)曲軸磨損與斷裂

1.曲軸頸磨損原因

（1）連桿大頭瓦和曲軸瓦之間存在較大距離

（2）曲軸瓦間隙過小或各道曲軸瓦未在一條中心上

（3）連桿活塞組、曲軸平衡鐵或飛輪失去平衡

（4）潤滑油品質不佳

（5）曲軸變形

（6）主機基礎下沉

2.曲軸斷裂原因

（1）光磨曲軸軸徑時，軸徑與曲軸壁連接位置未形成圓角，集中了應力

（2）曲軸瓦和連桿瓦間隙較大，或瓦掉落巴氏合金，造成沖擊，增加載荷

（3）曲軸長時間工作或超溫超壓應用，形成疲勞損壞

（4）曲軸軸承間隙較小，或潤滑不佳導致軸瓦巴氏合金溶化，引起曲軸變形彎曲

（5）機身降低強度，發生變形與扭曲，基礎下沉

（6）曲軸自身質量不佳。

3.解決方法

（1）曲軸輕微磨損

以細目銼刀銼平曲拐位置磨出凸臺，用砂布不斷打磨，使表面光潔。

（2）磨損的曲軸頸

利用熱噴涂工藝實行修復，還可以采用鍍鉻、氮化等處理方式。

(九)活塞桿與填料漏氣

1.活塞桿發熱、磨損、斷裂原因

（1）活塞桿與填料配合間隙較小

（2）活塞桿表面粗糙

（3）潤滑油有污垢

（4）冷卻效果不佳

（5）緊固填料函法蘭螺栓不均，活塞桿傾斜，加重發熱與磨損

（6）活塞桿集中應力的螺紋、截面積發生變化，形成疲勞斷裂。

2.填料漏氣原因

（1）塞桿與填料、密封環與阻流環嚴重磨損

（2）填料盒內密封環與阻流環軸向間隙不當

（3）漏氣回收管被堵

（4）密封環拉環過緊

3.解決方法

（1）拆檢替換活塞環

（2）替換密封環，重新組裝阻流環

（3）調整間隙組裝填料

（4）漏氣回收管保持通暢

（5）調整或替換拉環

(十)冷卻器腐蝕、內漏

1.原因分析

工藝介質存在溫度差，高溫與冷卻水的溶解氧、微生物和水垢等腐蝕水冷器。

2.解決方法

使用酸或干萘定期清洗水套、冷卻器的冷卻芯，清除水垢；對水冷器管束和管板進行防噴涂腐蝕處理。具體方法

（1）應用涂料

（2）電化學保護

（3）使用耐海水鋼和貴重金屬

（4）加入水質穩定劑。一般用噴涂腐蝕，涂料有效隔離腐蝕介質與金屬表面，涂層發揮了保護作用。

四、提高往復式壓縮機維修與保養品質的策略

(一)完善維修保養制度

以科學方法規范往復式壓縮機的使用、保養和維修過程，完善維修制度，設計養護方案，嚴格約束有關人員。維修保養制度聯合設備維修、故障排除和技術監測技術等對壓縮機故障進行預防。

滿足生產的應用要求。

(二)加強設備維修保養力度

企業聯系實際生產要求，高度重視維修保養壓縮機設備作業。首先，綜合把握壓縮機內各個零部件的差異特點，制定合理的保養方案，綜合人工或現代技術進行在線監測，盡量排查故障。其次，全方位監測壓縮機運行，采取合理的診斷方法，預判機械故障原因，精確定位故障點且排除，節省投入成本，提高加工水平。最后，對設備強化安全管理，引入專業化技術人才，編制定期巡查表，保證保養維修及時到位。

(三)提升設備維修保養人員的綜合素質

國內化工領域技術飛快發展，對操控、保養、維修機械設備人員的綜合素質提高了要求。不僅要求這部分人員具備豐富的專業知識和解決問題的能力，還要培養安全理念。為達到這些要求，企業制定考核招聘人才的制度，篩選出素質水平較高的優秀人才。然后，在日常培訓過程，規范機械設備運行環境的安全性，培養安全意識。定期安排專家講座，普及專業技術知識，保證作業質量，提高機械設備的保養效率，增加往復式壓縮機的使用時間，減少事故，為企業創造更多的收益。

結束語

綜上所述，經系統分析往復式壓縮機的結構可知，氣閥、填料、活塞環等部件經常會發生故障，為了保證往復式壓縮機正常運行，延長壓縮機的使用時間，減少部件的損壞次數，針對這部分故障采取科學診斷方法，發現故障原因，才可以徹底解決故障問題，提高生產水平。結合往復式壓縮機的工作特點，聯系適合的技術和產品類型降低故障概率，有效支撐故障診斷作業，做好壓縮機的維護與保養工作。