对往复式压缩机故障的危害探究

2013-09-26尤国东

电子测试 2013年20期

尤国东

（东北石油大学机械科学与工程学院，163000）

往复式压缩机因其结构简单、技术成熟，在油田、机械、化工等领域里一直广泛应用，是重要的工业设备。然而只要是设备就一定会出现故障，往复式压缩机亦是如此，所以对其故障的探究是必不可少的。压缩机的故障主要出在气阀、活塞、润滑及冷却等方面。本文将对这几个方面的故障危害进行分析，希望对读者有所帮助。

1 压缩机的气阀故障

气阀作为往复压缩机关键部件之一，需要长时间在高频冲击、高温、高压或在带有腐蚀性介质的环境下工作，在往复压缩机所有部件当中最易发生损坏，所以气阀故障也是压缩机最频繁发生的故障。如图1为气阀的结构图，其中弹簧、阀片、阀座为气阀的主要组成部件，往复式压缩机气阀发生故障也主要在这三个部位，主要有如下三种故障：气阀弹簧失效、气阀泄漏以及阀片破裂。

图1 气阀结构图

1.1 气阀弹簧失效

气阀弹簧的加工过程（如酸洗过程、脱氢过程）、安装过程（预紧过度导致弹簧始终受压过大）中发生错误，都会导致气阀弹簧投入使用后发生失效。除此之外气阀弹簧在使用过程中有可能产生疲劳或松弛，在这样的情况下继续工作会导致疲劳断裂、松弛断裂而使得气阀弹簧失效。

气阀弹簧失效故障的特征主要体现在缸体出现振动冲击，特别是在开车初期吸气阀会发生颤振，在振动波形上出现多次的冲击，但在排气阀上弹簧失效故障在波形上显示不明显。气阀弹簧失效会导致阀片不能平稳地开启和闭合，由于弹簧支撑点的受力不均，阀片工作时就会出现歪斜的现象。这样不仅会加大压缩机的震动和噪音，甚至将严重影响气阀的工作效果与使用寿命。

1.2 气阀泄漏

气阀在组装时装配不严密、阀片偏移变形、阀座螺杆不严密、阀片与阀座不严密、气阀内部漏气或是压缩气体不净阻塞阀片等原因都会导致气阀泄漏。

气阀泄漏的故障特征主要表现在温度的变化上。当压缩机吸气气阀泄漏时，会导致阀盖温度的升高，故可从阀盖温度的变化来判断该故障的产生。排气阀泄漏会使排气管道外的高温气体回流至哪。二者都会引起气体反复的压缩，致使排气口温度升高。排气温度过高会导致能源浪费、降低压缩机使用寿命、润滑油温度过高润滑效果降低甚至润滑油碳化。由此可见，气阀泄露不仅会提高机器工作时的温度，浪费功率，而且对机器的使用寿命会造成不可逆转的影响。

1.3 阀片破裂

阀片断裂主要由以下几个方面导致：阀片质量不合格；弹簧安装不合理（导致阀片倾斜受力不均）；阀片调整不合格（升程限制器调整过大，导致回落时对阀片冲击严重）；工作气体不合格（气体过脏、气体含油、气体含水）。

气阀破裂故障在气阀温度和缸体振动上，都有比较明显的体现。但除非阀片真的存有质量问题，否则阀片是不会突然破裂的，所以出现破裂现象时已是“晚期”。若不及时对故障进行排除，更换新的阀片可能会导致活塞损坏、爆缸等严重问题。

2 压缩机的活塞环故障

往复式压缩机是通过活塞在气缸内的往复运动来实现气体压缩的。活塞作为运动最剧烈的部件，其制作要求相当严格。但由于安装、使用过程、年限的增加等原因，活塞也会出现一定的问题。其主要问题就是活塞环的摩擦异常导致磨损、卡死和断裂。

2.1 活塞环磨损

活塞与气缸之间存在相对滑动，必须留有一定间隙。为防止工作气体大量泄漏，需要采用活塞环密封。活塞环与气缸壁之间要求极为严格的配套。活塞环尺寸偏小会使气体冲刷活塞环，导致润滑膜受损；活塞环尺寸偏大会与缸壁产生剧烈的摩擦。可见活塞坏尺寸过小或过大都会导致活塞环摩擦剧烈，使活塞环磨损。活塞环磨损严重时，活塞将直接与汽缸发生摩擦，导致活塞也会受到一定程度的磨损。图2为磨损的活塞与活塞环，可见该故障将导致活塞与活塞环的双向受损，十分严重。

图2 磨损的活塞和活塞环

2.2 活塞环卡死

活塞环卡死有多种原因，包括设计和日常检修维护和使用不当等原因。在设计方面，活塞环槽设计的太窄，工作时活塞受热膨胀会将活塞环卡死在槽内；活塞环设计的过厚，受热后卡死在槽内。在使用过程中，如果冷却不当将导致活塞环工作时温度过高，使活塞环受热膨胀，卡在槽内。在日常维护方面，机油供油不足、机油脏、积碳过多等均会导致活塞环卡死。活塞环卡死将直接导致活塞卡死在缸内，润滑不佳的情况下活塞也会卡死在气缸内。所以在日常维护中，应注意保证活塞环有良好的润滑，定期更换机油，且要保证机油的质量，并且及时清理积碳。图3为因高温卡死在缸体内的活塞，从图中可以看出，活塞受到严重的磨损。活塞环卡死不仅会导致压缩机无法工作还可能导致活塞杆断裂甚至发生爆炸事故。

图3 因高温卡死的活塞

图4 断裂的活塞环损，致使机械应力增大而造成活塞环断裂。

2.3 活塞环断裂

如图4所示，活塞的另一个故障就是活塞环的断裂，压缩机活塞环断裂原因主要有以下三方面：活塞环槽在过度磨损的情况下会导致活塞环在槽内发生周期性扭曲而疲劳断裂；活塞环和缸套的配套情况存在缺陷，将导致活塞环摩擦异常而断裂；在没有有效冷却的情况下，第一道环的温度会过高，环局部弹性丧失，或润滑不当造成不正常磨

3 压缩机的润滑与冷却

润滑系统和冷却系统是压缩机不可或缺的，其对压缩机的作用就像夏天的空调让人保持冷静。如果润滑和冷却不当会使排气温度过高，甚至导致压缩机爆炸。所以保证润滑系统和冷却系统的稳定工作，对压缩机而言有着重要意义。

3.1 压缩机的润滑

润滑系统可以减轻滑动部位的磨损，延长零件寿命；减少摩擦功耗；导走摩擦产生的热，使零件的工作温度不过高；密封汽缸的工作容积以提高活塞和填料箱的密封性。

润滑油在高温时很可能氧化生成固体物，导致性能下降，造成运行部件的磨损，导致被压缩气体的泄漏[3]。所以一定要定期更换润滑油，并定期清洗油池、油管、油过滤器及注油器等，保证油路畅通。

3.2 压缩机的冷却

冷却系统可以降低压缩机工作时的温度、减少能量的消耗、保证工作安全。冷却系统对压缩机温度的影响无疑是最大的，不仅能够保证摩擦部件的温度不会过热，而且对于多级压缩而言，冷却效果的好坏还会对功耗产生巨大影响。为了使工作环境接近等温压缩，进而减小功耗，冷却系统起到了无可替代的作用。水冷、油冷等液体冷却一定要保证通路的流畅并定期除垢，风冷也应该尽量保证空气流动的效率。