往復式壓縮機氣缸套的形式及故障研究

趙潤珍

（中海石油內蒙古天野化工有限責任公司，內蒙古呼和浩特 010070）

1 往復式壓縮機概述

往復式壓縮機開始運行之后，按照曲軸—連桿—活塞的順序依次運動，活塞開始上下運動。在活塞運動作用下，氣缸內部容積也會產生變化，如果活塞開始向下運動，那么氣缸容積則會相應的增加，隨機開啟進氣閥、關閉排氣閥，有空氣被吸入，由此完成進氣過程[1]。如果活塞開始向上運動，將減小氣缸容積，開啟出氣閥、關閉進氣閥，此為壓縮處理。活塞一般會安裝活塞環，對氣缸、活塞中間的縫隙進行密封處理，氣缸內部則多會安裝潤滑油潤滑活塞環[2]。

因為往復式壓縮機設計原理，所以活塞壓縮機有大量運動部件，包括進氣閥、排氣閥、活塞、活塞環等。在壓縮機運行期間有時會發生受力不均衡、無法控制往復慣性力的現象。需要使用多級壓縮，但這增加了結構復雜性。因為壓縮機進行往復運動，所以壓縮空氣并非連續性排出。除此之外，往復式壓縮機還具有高熱效率、加工便捷、裝置系統結構簡單、技術成熟與應用范圍廣等諸多優勢。

2 往復式壓縮機氣缸套應用現狀

當缸套壓入到氣缸內壁，此時壓縮機運行與活塞環便是薄壁耐磨摩擦副。對于缸套而言，一直在高溫高壓、無油潤滑、腐蝕性的環境下，長期做高速相對運動，所承受的機械負荷、熱負荷較大，而且還需要克服電化學腐蝕問題[3]。所以運行過程中極有可能出現磨損、裂縫等。由于往復式壓縮機屬于一種氣體壓縮設備，其前者是空氣壓縮機，所以也被稱作變容式壓縮機。往復式壓縮機運用期間，設備利用持續性吸氣、排氣，即可提升壓縮機靜壓力。但是往復式壓縮機部件數量多、結構復雜，采用的總控系統無法保證創新性，所以設備在運行期間，便會導致零部件磨損等故障，直接增加了設備檢修難度。要想提高往復式壓縮機運行效率，必須定期開展設備的維修、 保養[4]。

現如今往復式壓縮機在石油天然氣長距離輸送中有非常可觀的應用，特別是油氣增壓儲運環節，是非常重要的動力保障設備。往復式壓縮機設備的穩定運行，有利于推動石油化工行業發展，并且顯著提高長距離輸送安全性。往復式壓縮機內部結構復雜，很多情況下存在超齡服役現象，加上壓縮機工作環境惡劣、沒有及時進行維護保養，將增加往復式壓縮機運行中的故障率，產生包括氣缸套在內的故障[5]。例如某廠采用往復式壓縮機為6M32型，設備運行期間檢查到第五級氣缸運行過程中存在異響。隨即由工作人員拆檢設備，發現第五級缸套已經產生了明顯的裂紋。此氣缸套設計材料選用的是QT600-3，在其失效之前已經累計運行了超300h。當發生了失效后直接阻礙了該廠的正常生產。為此，該廠馬上組織技術人員對氣缸套斷裂、失效的原因進行總結，并且提出了氣缸套檢驗、裝配結構等優化措施，解決氣缸套裂紋故障[6]。由此可見，往復式壓縮機氣缸套故障的解決，是維持正常生產、保證生產安全的關鍵性舉措。

3 往復式壓縮機氣缸套形式

了解往復式壓縮機氣缸套的形式，可按照氣缸套是否接觸了冷卻液，將其劃分為干式、濕式兩種。

1）干式氣缸套。干式氣缸套最為明顯的特征是氣缸套外表面和冷卻液不直接發生接觸，要想保證缸體之間充足的實際接觸面積、散熱效果、準確氣缸套定位，通常需要重點關注干式氣缸套外表面、氣缸體承孔內表面的加工精準度，建議采取過盈配合方法[7]。干式氣缸套的壁薄，最小壁厚度為lmm，而且干式氣缸套的外圓下端只存在較小的錐角，為壓入氣缸體提供了便捷條件。頂部或者缸體承孔底部有兩種形式，依次為有凸緣、無凸緣，帶有凸緣過盈配合量有限，這主要是凸緣起到了輔助定位的作用。干式氣缸套在使用中很少發生漏水現象，加之缸體結構剛度大，穴蝕可能性不高，缸心距和機體質量較小，但是修理更換比較繁瑣，而且散熱效果欠佳。發動機的缸徑不足120mm時，正因熱負荷小所以得到了廣泛運用。現如今很多發達國家除了往復式壓縮機，在車用柴油機中也常用干式氣缸套，這與其優勢有密切聯系。

2）濕式氣缸套。濕式氣缸套和干式的直接區別，便體現在其外表面和冷卻液直接接觸這一點，而且干式氣缸套的壁厚。通常在濕式氣缸套徑向定位方面，多是以上、下凸出的氣缸體之間起到配合作用圓環帶為依據，軸向定位主要通過上部凸緣下平面。在氣缸套的下部，僅1～3個具有良好耐熱性和耐油性的橡膠密封圈，便可以將其及時密封。密封形式分別包括漲封式、壓封式[8]。往復式壓縮機結構不斷完善的當下，濕式缸套穴蝕是相對常見的問題之一，這對壓縮機氣缸套一般會設置三道密封圈，按照所在位置，最上一道密封圈的上半部分直接接觸冷卻液，以免配合面發生銹蝕，還加強了拆裝便捷性，發揮吸振作用緩解穴蝕。上、中兩道密封圈利用乙丙橡膠將冷卻液密封，最下面一道密封圈原材料為硅酮，密封對象為機油。當然也會存在缸體上安裝密封圈的現象，這種方式可以加強氣缸套剛度。氣缸套上方憑借凸緣下平面墊金屬片，或者采用銅、鋁墊等，也可以達到良好的密封效果。

4 往復式壓縮機氣缸套故障分析與解決思路

往復式壓縮機氣缸套位于氣缸內部，一旦發生故障通常會有相應地表征現象。例如氣缸套旋轉現象，將會導致惡性設備破損，這在壓縮機運行故障中其實并不常見。壓縮機氣缸套旋轉故障具有極高的隱蔽性和突發性，很難提前預測，若是缺少可參考的依據與標準，將直接增加故障發現與解決的難 度[9]。工作人員發現壓縮機運行中的異常響動、振動、參數異常等現象，代表故障已經到了破壞性階段。綜合上述分析，往復式壓縮機氣缸套發生故障，必須馬上組織分析故障的原因，確定故障位置，根據故障表征現象提出解決辦法。

例如某公司采用的是三缸兩列式往復式壓縮機，針對該壓縮機展開系統性分析，為了清晰了解壓縮機氣缸套故障，建立了故障樹。針對故障樹進行分析，建樹關鍵在于明確壓縮機功能邏輯關系、氣缸套故障形式，建樹完整性關系到了定性分析、定量計算最終結果的準確性，而且氣缸套故障也是設備故障組合、傳遞邏輯關系之間的一種抽象形式。分析壓縮機氣缸套故障，同樣以故障樹模型表示不同的故障，根據故障所在部位，往復式壓縮機故障有氣缸套、機身、輔助系統、電動機等，下面重點圍繞氣缸套故障展開分析。氣缸套故障發生的根本原因是底事件，中間事件為故障表象。將往復式壓縮機氣缸套故障當作根節點，明確往復式壓縮氣缸套故障這一類型頂事件，將其二級節點組成故障樹，繪制往復式壓縮機故障 總樹[10]。

氣缸套故障作為根節點，持續性向下分析，組成不同的故障樹，故障樹即可被視為第一棵故障。分析往復式壓縮機氣缸套故障，共包括介質溫度異常升高、吸氣閥漏氣、氣量調節系統故障閥片斷裂、液壓油路堵塞、液壓油泵故障、液壓油變質、彈簧失效、閥片斷裂、介質有雜質、入口過濾器損壞、入口緩沖罐內件損壞、壓縮比增大、系統壓降大、入口壓力低、氣源不足、進氣溫度高、缸套冷卻不足、活塞環漏氣、活塞環磨損、支撐環損壞、氣缸變形、填料磨損、支撐環磨損活塞桿下沉、填料緊固螺母松動、填料冷卻水異常、冷卻水位低、冷卻水溫度高、冷卻水不足、氣缸冷卻水異常、排氣溫度高、拉缸、支撐環磨損嚴重、支撐環斷裂、活塞環斷裂。上述為氣缸套故障的故障根節點，壓縮機氣缸套故障經過全面分析之后，安裝壓縮機運行故障以及監測所得結果，并以故障樹為依據總結往復式壓縮氣缸套故障原因，可以提高氣缸套故障排除效率，快速恢復往復式壓縮機的穩定運行。為了避免今后再發生氣缸套故障，該公司針對壓縮機故障持續向下分析，組建其他故障樹，經過層層分析與類推，便在壓縮機故障體系基礎上建成故障樹網，以此為參考創建往復式壓縮機故障數據庫，而且該企業還創建了往復式壓縮機狀態監測體系、故障分析系統，為今后氣缸套故障以及其他設備故障的分析與解決提供了條件。

5 往復式壓縮機氣缸套故障的解決對策

往復式壓縮機氣缸套的故障較多，下面以幾種相對常見且最具代表性的氣缸套故障，分析可行的解決辦法。檢查發現種有液體和活門碎片帶入到氣缸中，一般會有比較明顯的敲擊聲音。討論該故障的原因，多與相關工段有關，工作人員應該馬上緊急停車進行檢查。往復式壓縮機的氣缸套活塞、活塞桿螺帽有松動現象，同樣要在發現故障之后馬上停車處理，確定有松動現象，可以馬上更換新的螺帽。氣缸套活塞環斷裂，該現象也是往復式壓縮機的常見故障，工作人員在檢查之后應該倒車替換新的活塞環。在檢查氣缸套故障時，發現氣缸余隙較小，很難支撐氣缸套正常運行。面對該故障，建議馬上停車，調整余隙，直至滿足運行需求后再恢復運行。

液壓油泵存在故障，檢查發現液壓油泵的流量較小，沒有達到額定值，例如轉速沒有達到額定轉速要求，此故障需要嚴格按照說明書要求的額定轉速，選擇電機轉速。如果在檢查時發現系統存在泄漏現象，應該及時修補泄漏點。因為油泵長期運轉、振動，會導致泵蓋螺釘發散松動，及時擰緊螺釘即可。如果吸入管道存在漏氣現象，在檢查所有連接處之后重新密封與緊固。液壓油泵吸油不到位，如油箱內部的油面低，可以及時補充油液，一直到最低油標線上。入口部位的濾油器發生堵塞，要及時清洗過濾器。對于吸入管道堵塞問題或者是通徑較小，同樣需要清洗管道，選擇吸入管不能超過油泵入口通徑，經檢查發現液壓油泵壓力始終無法達到指定數值，通常表現為溢流閥調整壓力低、系統泄漏、油泵泵蓋因長期運行而發生螺釘松動、變量泵壓力調節不合理等，建議工作人員重新開始溢流閥壓力的調試，也可以將溢流閥予以修復。對于泄漏問題，要在系統之后快速修補泄漏點，將螺帽擰緊，壓力調節到規定限制。

氣缸套的液壓油泵可能出現吸不上油、無壓力的現象，常見的故障表征如下：原動機和油泵旋向偏差、油泵傳動鍵已經脫落、進出油口連接錯誤、油箱內部油面低導致吸入管口已經在液面露出、轉速低影響了吸力、油黏度超標降低了葉片運動靈活性、吸入管道以及過濾裝置堵塞導致的吸油問題、吸入口過濾器的過濾精度高降低吸油流暢性。針對上述故障表征，提出如下解決策略：①調整原動機旋向；②重新進行傳動鍵的安裝；③根據說明書重新連接；④補充油液，直至已經達到最低油標線；⑤提升設備的轉速，且要滿足油泵最低轉速要求；⑥選擇黏度符合要求的工作油；⑦定期清洗管道、過濾裝置，檢查發現堵塞物應及時去除，并且更換新的過濾油箱油液；⑧科學選擇符合規定的過濾器。

6 結束語

往復式壓縮機在應用、運維過程中，氣缸套是比較常見的故障。在日常檢查過程中，應最大限度降低氣缸套故障發生概率，應結合往復式壓縮機運行實際情況，針對汽缸套展開重點故障排查，分析所有可能發生故障的部位，并總結導致故障的原因，及時更新零部件，保障汽缸套故障得以快速解決，從而恢復往復式壓縮機的運轉。如此一來，不僅能夠解決汽缸套運行故障，還能夠提高往復式壓縮機運維水平，為今后壓縮機設備故障排除與解決積累經驗。