往复活塞式压缩机故障机理分析

王雁飞

（山西潞安煤基合成油有限公司，山西　长治　046100）

往复活塞式压缩机故障机理分析

王雁飞

（山西潞安煤基合成油有限公司，山西长治046100）

摘要：随着国民经济持续发展，石油天然气等能源需求缺口不断加大，供需矛盾进一步突出，加快国内外油气资源勘探开发和提高国内煤层气资源利用是解决能源供需矛盾非常现实而有效的途径。文章以DF-5/10-40型煤层气压缩机为基础，详细介绍了其结构和工作原理，并对常见故障的机理进行了分析，以期抛砖引玉。

关键词：往复活塞式；压缩机；故障

煤层气田由单井采出的煤层气需通过集气站集气后集中输送、净化处理所带水分和固体杂质、增压处理等环节以满足外输要求。往复式压缩机属于容积式压缩机，通过曲轴和连杆使活塞在气缸中做往复运动来实现气体的压缩。但就目前的使用情况看，它虽属于最原始的压缩机之一，仍是非常通用的一种压缩机。往复式压缩机适用压力范围广，不论流量大小，均能达到所需压力；能适应较大的压力范围且排气范围也较广，往复式压缩机对材料要求也不高，机身多用造价低廉的普通钢铁材料，装置系统比较简单，可维修性强；热效率高，单位耗电量少；技术上较为成熟，生产上积累了丰富的经验。

1　往复式压缩机的结构

该往复式压缩机为两级压缩，主要由传动机构和气缸组成。传动机构主要是指运动部件，包括原动机、曲轴、连杆、活塞等，其作用是连接基础部件与气缸部分以传递动力。

压缩机的原动机为压缩机提供能量，该压缩机原动机为电动机。电动机与压缩机采用三角皮带连接传动，这样能减少震动提高传动效率。曲轴是压缩机的重要工作部件之一，它负担传递全部驱动扭力。十字头连接连杆与活塞杆，连杆是将曲轴的旋转运动通过十字头转化为活塞的往复运动，同时将作用在活塞上的推力传给曲轴。活塞在汽社内往复直线运动，活塞的头部切有装活塞环的槽，用于安装密封环和刮油环，从而起到密封的作用，活塞杆的尾部装有填料函，填料函组件作用是阻止气缸内气体沿气缸与运动着的活塞杆外圆面的间隙向外泄露。机体又称机身或曲轴箱，是安装曲轴，缸体等部件的基础零件。气缸是活塞式压缩机中形成压缩溶剂的主要部件，包括缸体和缸盖。进气阀和排气阀是控制气缸吸气和排气过程的部件，目前压缩机主要采用的是随管路压力变化而自行开闭的自动缸。中间冷却系统是保证分级压缩达到节省功率消耗的关键。

2　往复式压缩机的工作原理

往复式压缩机工作时，其电动机带动曲轴旋转，通过十字头变成活塞的往复运动。十字头带动活塞杆，使活塞杆在气缸内随之作往复运动。活塞在汽缸内每做一次往复运动，压缩机就完成一次循环运动，一次循环包括膨胀、吸入、压缩、排气四个过程。电机不断旋转使压缩气体不断吸入、排出。（如图1）

A—B是膨胀过程：在A点排气完毕后，活塞位于气缸左止点，排气阀关闭，曲轴旋转角度为0度。此时压力为排气压力Pd，气缸头端余隙内残留的余隙气体膨胀，在曲轴旋转的带动下，活塞向右运动的同时，气体在膨胀的过程中压力减小，即曲线A-B段所示，活塞运动到B点时，缸内气体与缸外气体达到平衡状态，膨胀过程完毕。

B—C是吸气过程：缸头端气体力减小到足以使吸气阀打开的状态，达到吸气压力Ps，从B点开始，吸气腔内气体进入缸体，曲轴继续转动，活塞也随之右行到右止点C，到达C点时，缸头端的容积达到最大，缸头端内充满气体，吸气完成。

C—D是压缩过程：曲轴继续转动，活塞由右止点C向左运动，这时吸气阀关闭，随着活塞继续向左运动，缸头端内的气体受到压缩体积减小，压力相应增大。直到活塞运动到D点，缸头端内的气体压力达到排气压力Pd，为最大气体压力。

D—A是排气过程：到达D点后，伴随着活塞向右移动，气体压力增大，排气阀在气体压力的作用下被顶开，气体不断进入排气腔内，从而被排出。当活塞运动到左止点A时，缸头端的容积达到最小，但是不是零，因为缸头端内还残留一部分气体，此时气体压力是排气压力Pd。

压缩机做一次往复运动的四个过程中，压缩过程与膨胀过程都是热力过程，吸气和排气过程不属于热力过程范畴。因为在压缩与膨胀时，气体的质量没有发生变化，只是气体的状态和参数改变了，属于等温过程、绝热过程或者多变过程。而吸气和排气过程气体的质量发生了变化，所以是一个质量迁移过程。

3　往复式压缩机常见故障分析

DF-5/10-40型往复式压缩机运行过程中的故障多样且复杂：一类是流体性质的故障，属于机器热力性能故障，主要表征为压缩机工作时排气不足，排气压力温度及级间压力温度的异常。一类是机械性能故障，主要表征为往复式压缩机的过热，振动等。往复式压缩机故障多发的部位主要是下列三部分：①动力传递部分——曲轴、连杆、十字头、活塞杆部件故障。②缸体部件——进气阀、排气阀、气社、填料、活塞环等部位的故障。③辅助部分——主要是中间冷却器的故障。

（1）吸排气阀漏气往复式压缩机中，气阀的故障率最高，通常往复式压：缩机有60％以上的故障发生在气阀上。气阀一旦发生故障，会影响到压缩机的产气量，增加功率损耗，降低可靠性。气阀主要由弹簧、陶片、阀座、升程限制器组成；阀片在两边压差的作用下开启，在弹賛作用力下关闭，是气阀的关键部件；弹賛是为了缓冲闽片与阀盖的撞击。

（2）活塞组件及气缸故障此部分故障占重大事故的25％左右，填料函属于压缩机的密封元件，由一系列密封环组成，它一方面阻止外界气流沿活塞杆进入缸体内，同时也限制气缸内的气体顺着活塞杆向缸外泄漏进入大气。填料函泄漏会使压缩机的生产能力下降，排气量减少。活塞杆可能会由于疲劳扩展导致断裂，而损坏活塞和气缸，带来人员伤亡和生产设施设备损坏等。

（3）传动组件和辅助部件故障传动组件的损坏可能会造成一系列连锁性破坏。在正常情况下，曲轴与轴承、连杆大头瓦和曲轴销、连杆小头瓦和活塞杆、十字头与滑道、活塞杆与填料等摩擦也会使温度变高。润滑作用和金属的热传导作用会带走大部分热量，使温度控制在正常范围之内。当这些部位的温度超过给定值，则说明可能出现了不正常情况，称之为过热。过热会加速设备部件的损坏，严重了可能会烧毁摩擦表面，造成机器重大事故。冷却水系统故障也会增大吸排气温度，从而使压缩功增大，增加耗能量，影响排气量。