往复压缩机的典型故障特征与诊断研究

2021-08-25解英南

设备管理与维修 2021年14期

解英南

（中国石油辽阳石化分公司，辽宁辽阳 111003）

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往复式压缩机在工业生产中应用广泛，其主要依赖于设备自身的功能与条件。但是，由于内部工作环境复杂，受到外部环境的影响又较多，因此经常会出现一些难以避免的故障与问题，严重影响设备正常使用。为进一步探讨往复式压缩机典型故障与诊断策略，就相关定义与技术特征分析如下。

1 往复式压缩机故障维修概述

1.1 设备定义

往复式压缩机是一种集合进气、排气、吸气和运气的设备，设备运行过程中通过活塞连杆的往复运动来实现其具体的功能，这个过程不可避免地会产生噪声以及持续的撞击磨损。根据调查研究的结果来看，各缸之间存在严重的噪声干扰与撞击影响，如采取常规频谱分析技术，会出现连续、密集的宽带谱线。该类型谱线在故障特征上表现为噪声影响，难以实施提取与技术识别，同时振动对于气体的泄漏敏感度也不高。目前，许多学者采取神经网络的方式对设备进行研究，整体效果不是特别理想。往复式压缩机作为一种容积式压缩机，其能够根据气体的顺序要求进行吸入、排出，同时提升静压力水平，满足现代化生产的实用性要求。在工业生产中，往复式压缩机应用十分广泛，包括天然气压缩机、化工压缩机以及活塞式空压机都是往复式压缩机的应用类型。

1.2 基本维修特征

结合现阶段往复式压缩机故障维修的情况来看，大多数发达国家与一部分发展中国家针对往复式压缩机采取的维修方式都是动态诊断维修。该过程主要采取针对往复式压缩机的重要部位实施动态研究后，借助于专业的诊断技术来实施判断，及时发现其中存在的设备故障与问题，并采取必要的处理措施。这种处理方式不但可以提升往复式压缩机的运行效率，同时也在根本上解决了设备运行过程中的可靠性和安全性问题，进一步改善了设备整体性能。动态诊断技术的应用实现合理分工，由于分工十分明确，可以有效降低往复式压缩机的故障诊断排除时间与故障维修时间，进而降低设备维修次数，延长设备整体使用寿命，最终达到降低往复式压缩机维修成本的目的。

但是，往复式压缩机动态诊断技术的应用也不是万能的，许多情况下都需要采取特征故障分析诊断的方式来进行故障分类诊断，否则会影响诊断效率，以及设备使用效益。因此，特征故障分析诊断是往复式压缩机故障处理的前提条件，需要提前予以落实。

2 往复式压缩机的典型故障特征与诊断

往复式压缩机作为工业生产中重要的设备类型，在石油化工领域中具有不可替代的作用，作为核心部件，其使用的稳定性同样涉及生产的效率与效益。往复式压缩机主要构成组件包括有气阀、十字头、活塞、曲轴、活塞、机座以及连杆等，多种构件的共同协调配合才能够实现具体的功能目标。由于机构类型多样，配合复杂，导致内部很容易出现各种难以预知的问题，比较典型的有连杆大头瓦磨损、活塞环烧蚀、气阀松动以及其他类型气阀故障。

2.1 连杆大头瓦磨损故障

连杆大头瓦磨损故障主要需要解决活塞杆受力的问题，通过往复式压缩机活塞之间气体的压力差来进行受力分析。主要受影响的构件有十字头、活塞杆、活塞等，能够产生的往复惯性力可以通过摩擦力来实现。一般来说，往复式压缩机使用过程中往复的运动组件与压力速度是动态变化的，通过研究这种变化的曲线公式能够判断受力情况。同样选择专用的仪器设备对往复式压缩机的大头瓦磨损故障进行检验。针对往复式压缩机活塞中的压力曲线实施分析与测量，可以对往复运动的组件进行惯性力的推算。结合最终计算结果来看，往复式压缩机受力方向主要以某个角度为主，长期使用也是这个角度率先出现磨损，主要表现在往复式压缩机连杆大头瓦间隙进一步扩大。此时活塞杆会在受力的一方受到反向状态影响，进而形成新的冲击变化，间隙也会相应增加。测量往复式压缩机十字头低频振动曲线，对比曲线与测量结果，就可以实现往复式压缩机的连杆间隙分析，判断是否存在故障。

2.2 活塞环烧蚀故障

往复式压缩机出现活塞环烧蚀问题，主要是磨损加剧后没有及时处理，随后就会出现两侧压力集中在中间的情况。低频振动信号会进一步强化振幅的影响，在振幅的尖峰位置会逐步与往复式压缩机两侧形成合力，进而在穿过曲线的位置进行对应。根据这个分析不难判断，往复式压缩机活塞环实际运行过程中，由于润滑不充分等原因，导致两道支撑环烧蚀严重，但此时内部活塞环没有发生明显变化。由此可见，导致往复式压缩机活塞环烧蚀的主要原因是缸头段以及曲轴部分出现的应力集中，实际的压力转角曲线处于吻合的水平。该过程能够证明压力处于反向状态条件下，压力与转角曲线提供的压力处于振动信号展示阶段，以此作为活塞环磨损的主要依据，同时也是往复式压缩机故障原因之一。根据实际生产经验来看，活塞环烧蚀如果不能及时发现，会导致严重的设备事故，因此必须要经常进行检查，确保设备安全。

2.3 气阀松动故障

气阀门松动往往与不同时间的运行状态不稳定有关，需要对往复式压缩机八大气阀进行检测，得出超声波波形。根据波形（图1）可以判定，上部曲线是往复式压缩机的缸头端四阀门波形，下部是超声波波形，同时也是排气阀的波形，图1 中显示的是往复式压缩机的排气阀超声波波形，上部是吸气阀的波形。根据图1 中的波形数据，能够判断出排气、吸气时间。根据图1 中的波形位置，可以判断出吸气以及排气的时间都会出现波形幅值降低的情况，此时属于正常表现。如果出现故障问题，那么在压缩、吸气以及膨胀过程中就会出现噪声，噪声影响越大，则表明故障越严重。一般来说，漏气的影响也会通过噪声表现在波形图当中，因此可以借此来判断漏气水平。

图1 气阀超声波波形

2.4 气阀故障

在压缩机使用过程中，主要部件包括阀片、弹簧以及升程限制设备，还包括阀座等固定机构。往复式压缩机在使用过程中会频繁使用气阀，借助于阀腔体以及气缸之间的压力传递，实现往复式压缩机的往复操作，完成吸气、排气等具体操作，进而满足气流控制的需求。在往复式压缩机使用过程中，弹簧的反作用力往往会低于气阀中的气流推动力，往复式压缩机的阀片则会在升程限制设备上完成停留操作。往复式压缩机在弹簧作用下，其内部的气流会受到持续的推力，此时反作用力会高于内部的气流推力，进而实现向下的关闭操作。由于往复式压缩机使用过程中气阀会频繁往复，过程中必然伴随压力、摩擦，因此出现故障的可能性较高。根据实际操作经验来看，往复式压缩机气阀出现故障，会影响到设备的功率、排气量等性能指标，同时也会对运行过程中的可靠性产生负面影响。

可以采取专用检测仪器对往复式压缩机的运行过程进行综合检测，针对其曲轴段、缸头端部的曲线实施科学检测，分析平滑曲线呈现出的形状类型以及曲线实际情况，做好往复式压缩机的过程分析控制，主要包括温度、压力以及气体组成等多个部分的计算工作。随后根据计算结果得到相应的理论压力曲线，作为判断故障发生因素的判断依据。在判断气阀故障时，主要考虑到压力与超声波曲线以及转角曲线两种形式，这两种曲线在绘制过程中需要做好超声波波形的分析，结合具体信息数据，可以对缸头段的膨胀情况以及实际的压力情况进行调整。在设备满足往复式活塞移动距离控制要求后，才能进一步确保吸气阀开合的时机，降低故障的不利影响。