異物導致空壓機潤滑油系統故障的排查

仲廣玉(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

0 引言

某企業有數臺離心式空氣壓縮機，為全廠儀表調節系統提供動力保證，因此對空壓機本體的常規維護非常重要。隨著空壓機運行時久和檢修深入，筆者對潤滑油系統進入異物導致的故障有較為清晰的認識。為方便展開故障描述，首先對潤滑油系統設備及運行進行簡介。

1 油系統設備簡介

油系統設備流程圖，如圖1所示。由大齒輪軸延伸驅動的主油泵B將油從油箱A中抽出來，通過止回閥N，讓它循環通過潤滑系統和壓縮機齒輪箱。止回閥C的作用是防止通過輔助油泵M將油倒回到油箱中。在輔助油泵運行期間，排氣閥BV允許油通過主油泵流回到油箱中，以防止主泵中的任何空氣聚集。當油通過油冷卻器D流動時，用于降溫。油溫通過溫控閥T來調節，利用調節通過油冷卻器油流量(即冷油路)的方式來自動控制油溫，從而使進入壓縮機的油溫保持恒定。壓縮泄壓閥L維持整個潤滑循環中的正確操作壓力，并將任何多余的油返回到油箱中。壓力調節器P用于設定輔助油泵出口油壓。輔油泵M在空壓機正常運行期間不運行，主油泵保證完全的壓縮機油流量和壓力要求。

圖1 油系統設備流程圖

2 油系統運行簡介

潤滑油系統有兩臺油泵，一臺輔助油泵(電泵)、一臺主油泵(軸頭泵)。輔油泵由電機驅動，壓縮機啟動前用來充滿主油泵以及壓縮機軸承和油線，當潤滑油總管油壓降到聯鎖值時，輔助潤滑油泵自啟，保證正常油壓。當機組停時，輔助潤滑油泵啟動保證軸承均勻冷卻。主油泵為軸頭泵，安裝在壓縮機主軸上。當壓縮機啟動時，主油泵同時啟動。潤滑油總管建立后，輔助潤滑油泵自停，主油泵單獨運行。油箱采用電加熱自動恒溫控制，裝有電加熱器，油溫控制在40 ℃左右，當油溫低于該溫度時，加熱器開始工作，而當油溫高于該溫度時，停止加熱。

3 異物進入導致的故障

3.1 異物進入主油泵排氣閥

一次開機過程中，主電機開啟后，主油泵運行，但輔油泵未聯鎖停運。顯然是主油泵工作異常，導致油壓未建立。拆下主油泵檢查，未見螺桿斷軸，排除主油泵本體機械故障。檢查到主油泵上方的排氣閥，打開發現細管內存在一小片不規則異物。排氣閥的作用是允許油通過主油泵流回到油箱中，以防止主泵中的任何空氣聚集。此處卡澀異物使得主油泵內空氣無法釋放，導致主油泵無法上量。清除異物，疏通細管，回裝后試機正常。

3.2 異物進入主油泵入口止回閥

在一次例行試機中，當輔助油泵正常建立油壓，啟動主電機后，主油泵聯動啟動，總管油壓建立后，輔油泵自停，油壓急速降低，觸發油壓低低聯鎖，主機停機。再次試機，同樣現象再次油壓低低聯鎖停機。

初步判斷為主油泵未上量，拆下主油泵檢查，未見螺桿斷軸。主油泵上方的排氣單向閥拆檢未見卡澀物。從主油泵入口處注油50 L不能注滿，但油箱油位見明顯上漲，說明注油漏進了油箱。打開油箱后，檢查主油泵入口止回閥，活動閥球推力正常，在閥球附近發現一段10 cm長的扎帶，導致閥球無法關閉嚴密，將扎帶清出。檢查止回閥的閥球，未見明顯坑洞，推動閥球肉眼見可回位關閉。再次對主油泵入口處注油，不到10 L即可注滿，下降緩慢基本可維持油位，證明油管路沒有斷開缺口。清理油箱可見雜物后，回裝潤滑油，再次試機，啟動正常。

本次故障是因為主油泵入口止回閥卡澀導致注油不足，主油泵運行時無法形成有效真空，主油泵抽空無法建立油壓。

3.3 異物進入溫控閥

定期切換空壓機時，出現潤滑油異常導致聯鎖停機。具體過程為：輔油泵啟動，油壓建立。具備啟機條件后啟動主電機，主油泵隨之投運，與輔油泵油壓疊加達到聯鎖值后輔油泵停運，主油泵單獨運行，此時油壓正常。2 min后隨著油溫上漲，溫控閥動作，冷油開始匯入。油壓顯示有輕微上漲，約半分鐘后油壓出現下降，在隨后2 min內油壓降至聯鎖值，壓縮機停運。上述過程的油壓趨勢曲線如圖2所示。輔油泵由于低油壓聯鎖再度啟動，油壓穩定在較低值，未見油壓上漲，未恢復至正常值。隨即對油壓異常進行排查，由于未見明顯異常，將輔油泵停運后隨即開啟，發現油壓又恢復至正常值且可維持。決定再度啟動主電機試運，異常情況再度出現，且異常時間間隔與上次基本相同，油壓趨勢曲線有極強的相似性。

圖2 油壓趨勢曲線圖

初步懷疑泄壓閥異常動作導致油壓起伏，將油箱蓋板打開觀察泄壓閥動作情況。當輔油泵單獨運行時，泄壓閥溢流管只有淌油現象，未形成較大壓力泄放，油壓穩定。當切換為主油泵運行后，油溫上漲約至41 ℃時，油壓趨勢顯示有上漲，表示溫控閥已開始動作。不久，泄壓閥溢流管出現較大壓力泄放，此時油壓持續下降聯鎖停機。輔油泵聯鎖啟動后，實際觀察到泄壓閥溢流管還有較大壓力泄放。停機約30 min后，油溫回落，溫控閥復位，冷油路關小，泄壓閥溢流管改為淌油，此時油壓恢復正常。

對油系統進行檢查，發現油管路內襯有少許膠皮，系使用年久脫落。溫控閥拆檢，發現少量碎屑。泄壓閥拆檢，未見明顯拉痕、卡澀、異物。對油管路及冷油器進行反吹，見少許膠皮細小碎屑，未見大塊碎屑。

據此現象及油壓趨勢，懷疑在溫控閥動作即油路大量切至冷油路時，冷油路出現碎屑截流管路，同時熱油路也被溫控閥截流，兩路同時截流導致匯合后局部油路憋壓上漲。當壓力漲至泄壓閥動作壓力時，泄壓閥動作開始泄壓，油壓大幅降低而聯鎖停機。現有的油壓顯示為混合后的總管油壓，混合前的局部油路未有油壓監測。而當停機后油溫緩慢回落，溫控閥復位，被碎屑截流的冷油路關小，熱油路開大，油壓又可恢復。這種懷疑假設即可解釋油壓變化存在時間間隔且有重復規律特性，也可合理解釋油壓趨勢過程。

為模擬不開機狀態下的油溫上漲，將油箱電加熱器暫時設置為連續加熱，輔油泵運行建立油壓。待油溫到42 ℃附近時，持續觀察10 min，油壓未出現下降。表明清理油管路是有疏通效果的，此時具備再開機試驗的條件。再度開機后，油壓過渡正常，隨著油溫上漲，溫控閥調節正常，持續觀察1 h未出現油壓下降。據此判斷，油壓異常原因為受溫控閥調節的冷油側管路出現少許膠皮導致該路截流，混油前局部憋壓，導致泄壓閥動作泄壓。在清理油管路后，雖然未見大塊碎屑，不排除被挪動至邊側，使得截流不再明顯。大塊碎屑可能存在于冷油器殼程的折流板位置，待拆檢驗證。

3.4 異物進入油泵入口

運行中發現油壓有0.03 MPa的小幅下降，雖然未觸發聯鎖，但查看趨勢異常，是突然下降的。首先懷疑的就是儀表測量的準確性，將油壓表拆下進行打壓校定，指示正常。檢查油管路的漏點情況，外管路容易排查，未發現漏油。為縮小占地面積、美化機體結構，油系統在油箱及機體內部均布置有內管路，一般鋼管路不會發生泄漏，在彎頭部位有膠管軟連接，油系統還存在泄壓閥，整體打壓不現實，漏點排查難度很大。經過會審，暫時排除油路漏點，轉換排查思路，檢測油泵出力是否下降。油泵自身帶有泄壓閥，由廠家限定完成再出廠的，如非確認故障一般不對此處拆檢調整。油泵埋入在油箱底部，按理說在潤滑環境中的工作狀況很好，一般不會出現外置泵通常出現的軸承潤滑故障。將油泵拆出時，對油泵入口的一小節過濾管段引起注意，打開后發現過濾網存在臟堵，且雜物質地較硬，系長期存積導致。此時懷疑是吸入量不足導致油泵出力下降。將濾網清理后回裝，再試運，油壓恢復正常水平，故障原因得到驗證。雖然油箱進行過定期清理，但對油泵入口濾網未做過檢查，本身處于油箱下部，長年累月過流，對雜物起到過濾的同時也造成了臟堵。

4 關于噴油螺桿空壓機

混合有大量油霧滴的高溫高壓空氣由壓縮機排入油氣分離器，油氣分離器將螺桿壓縮機潤滑油從油氣混合物中分離出來，繼續把壓縮空氣中的潤滑油微粒清除。螺桿壓縮機的這種油氣混合的工作原理，必然會由于吸入空氣的不純導致油質變劣。油氣分離芯濾芯的使用壽命與油的污染程度、油量、運行時長均有關系，關系到潤滑油的相對清潔度。如果潤滑油或者分離器濾芯更換不及時，都會導致油質變劣(如圖3所示)，進而導致油系統故障甚至引發主機燒毀。盡管在維護到位的前提下，噴油螺桿空壓機在后期能夠把油氣分離開來，也無法做到無油螺桿空壓機潤滑油的潔凈程度。

圖3 油質變劣

5 結語

保持油系統的良好清潔狀態是空壓機正常工作的前提，也是空壓機定期維護不可缺少的項目。在注重常規檢修項目的同時，提高關注油系統的清潔度，最大限度的排除因為油系統導致的故障。

(1)油系統檢修嚴禁使用扎帶，不只是鉗工，其他工種也要提高油系統檢修的清潔意識。

(2)潤滑油管若為膠皮管，使用年久會出現部分膠皮脫落，阻塞油路，需定期檢查、疏通、更換，改為金屬軟管為佳。

(3)定期檢查油箱、濾網，清理內部雜物，保證油箱、濾網清潔。

(4)關注油濾差壓上升狀態，及時切換，分析差壓上漲過快原因。

(5)對于噴油螺桿空壓機的種種弊端，可結合成本考慮應用無油螺桿機。

以上為實際真實遇到的油系統故障，且均為異物進入導致，明確了此類故障的排查重點和路徑。希望本文能夠對同行們解決此類問題起到啟發借鑒意義，避免陷入油系統故障排查的困惑和方法錯誤。