往復活塞式壓縮機關鍵部件故障原因分析

渠汝濤

近年來，隨著計算機技術的快速發展，各種機械監測與故障診斷技術廣泛應用于石油化工、電力等行業當中。然而在實際生產中，壓縮機的關鍵部件常會出現一些故障，進而影響其機器運行，為此，應根據實際故障情況分析原因，必要時可建立在線狀態監測與診斷系統，提高設備使用效率。

1 往復活塞式壓縮機相關概述

往復活塞式壓縮機一般由主機和附屬裝置組成，其中主機有以下部分：（1）機體：由機身、中體和曲軸箱構成，同時也是往復式壓縮機的定位基礎構建。（2）傳動機構：是曲柄連桿機構，在曲軸上裝有連桿大頭，小頭與十字頭相連，在滑道內曲軸通過連桿帶動十字頭做往復運動并帶動活塞組件在氣缸內作往復運動。（3）壓縮機構：包括氣缸、活塞組件、氣閥及填料等。活塞工作斷面和氣缸內表面所形成的空間是實現氣體壓縮的工作腔。氣閥中的吸氣閥只能吸氣，排氣閥只能排氣，主要控制氣體作單向流動。在氣缸內活塞作往復式運動時，它能配合與排氣閥和吸氣閥的啟閉動作，進而實現膨脹、吸氣、壓縮及排氣四個工作過程循環。（4）冷卻系統：水冷式的組成共有中間冷卻器、各級氣缸水套、管道、閥門等。風冷式的組成共有中間冷卻器和散熱風扇。系統之所以可產生熱量，完全是借助壓力冷卻水和水的流動，并帶走壓縮空氣和運動部件。（5）潤滑機構：主要由注油器、油過濾器、油冷卻器和齒輪泵組成。

2 往復活塞式壓縮機關鍵部件故障原因

2.1 壓縮機十字頭故障原因

壓縮機中的十字頭具有導向作用，是連接活塞與連桿的零件，經實踐表明，十字頭銷是壓縮機最容易損壞的零件。以某臺往復式活塞壓縮機為例，采用對稱平衡結構，主要負擔的任務為對甲烷氫原料進行增壓，同時也是制作氫裝置的心臟。主要規格和參數如下：壓縮機軸功率496kW，壓縮級數為2，壓力油為潤滑運動機構的主要潤滑方式，氣缸填料主要以無油潤方式。

故障原因：該壓縮機投入使用后頻發發生故障，常常有松動現象存在于十字頭銷螺母，嚴重時還造成一次跳車事故，既增添了安全隱患，還使裝置的穩定運行受到嚴重影響。之后經拆卸檢查后得知，固定螺栓和連桿在十字頭銷掉出銷孔時已經損壞，也正是因為十字頭銷的螺母有松動跡象，才會造成螺栓斷裂，在十字頭的軌道上有其推出銷孔的痕跡，拉桿承受不了過大的壓力而斷裂，并引發跳車。針對上述現象可采取以下措施：（1）每半個月停機檢查螺母的松動情況。（2）采取與（1）相同的方式檢查B臺壓縮機，從檢查結果得知，雖然十字頭銷的接觸面積和固定螺母的扭矩相一致，然而在經一段運行時間后，防松墊被剪短和螺母松動狀況仍然存在于兩臺壓縮機機組之間。（3）保證十字頭孔和十字頭銷錐兩者的接觸面積在90%以上。

2.2 壓縮機管道振動故障

一般引起往復活塞式壓縮機及管道振動的原因有以下兩類：（1）機組運動不平衡或設計不當同樣也會引起管道振動，質量或技術問題常常是組裝壓縮機過程中常遇到的問題，其中所出現的安裝誤差會影響機組平衡，自然會產生振動。（2）由管線內氣流脈動引起；氣體之所以會產生脈動，是因壓縮機管線內的氣體受吸氣和排氣的間歇變化，從而形成氣柱，一旦受到工況誘導條件就會發生振動，尤其所形成的氣柱是一個具有連續質量的彈性振動系統。

采取措施：在管系的適當位置增設固定支撐或孔板改變支撐彈性和管系的振動頻率，在管線和支點之間放置硬橡膠板也有改變彈性和管系振動頻率的作用。此外，還可在緊靠壓縮機出口處設置一個緩沖罐來改變管系氣柱固有頻率，使氣流脈動的幅值可以有所降低。

2.3 壓縮機氣閥故障

壓縮機氣閥故障主要來自以下幾個方面：（1）潤滑的影響；首先是潤滑油的選用，其粘度和抗焦性是氣缸和填料潤滑必須考慮的指標，低粘度的潤滑油會增強氯化安定性和熱穩定性，尤其在高溫下不易變質，油品的流動性和揮發性也可因此得以改善。一般當潤滑油劃注入氣缸后完成潤滑任務后，就會快速脫離工作部位，防止因在氣缸內因高溫停留產生結碳。殘炭是衡量抗焦性能的主要標志，殘炭越大，則說明在氣缸中油品結碳傾向就越大。氣閥及氣缸的使用壽命和潤滑油的正確選用有著緊密聯系，有些壓縮機選用13號壓縮機油產生了大量的結碳，嚴重縮短了氣閥的使用壽命。其次是氣缸注油量大小的影響，一般在操作規程中注油量對每級都有具體的規定，然而在實際操作中，因思想過于陳舊，往往會增大注油量，導致壓縮機內存有大量的潤滑油，活塞環出現“粘附”現象，在后期運行中卡死。活塞環后面的槽中因聚集了過量的油，尤其經高溫度壓縮下變得碳化和變稠。活塞和氣缸因卡死的活塞環降低了兩者之間的氣密性，泄露出來的氣體還會不停破壞氣缸壁上潤滑油膜，加重汽缸壁和活塞環的磨損程度。所以，在保證氣缸潤滑的條件下盡量減少注油量，在每次打開氣缸和氣閥時應檢查其中的潤滑情況，如結碳較多則說明注油量偏大，可在開車時通過調低注油量并不停調節后找到合適的注油量。（2）啟閉件動作異常：一般啟閉件動作出現異常故障多是由顫振和錘擊引起，因氣閥設計不當或氣流所造成的擾動，進而使壓力波動產生影響。首先是顫振，當通過閥門的氣流不足后，啟閉件會頂到氣閥蓋上，顫振便會出現，此時在閥座和閥蓋之間的啟閉件就會發生顫振，彈簧會因顫振現象加速磨損程度。如果閥片彈簧沖擊的痕跡沒有出現在啟閉件上，就可以斷定為顫振，有效消除顫振現象可通過選用輕質彈簧即可。其次錘擊，當活塞把氣體推出氣缸時，在開啟過程中排氣閥更容易產生錘擊現象，啟閉閥片時要克服啟閉件慣性，針對慣性力較大的閥片，由于是處于關閉滯后狀態，推動其關閉的動力是回流氣體，并不是閥片彈簧，會引起閥座和啟閉件的錘擊。有效消除錘擊現象，可通過辨認啟閉件和閥座接觸面出現的斑點，在壓縮機外可聽見它所發出的“咔嚓”聲音，調節閥片的啟閉時間采用增加彈簧伸縮量的方法即可，或改用輕質材料改善啟閉件。

3 結束語

總之，關于往復活塞式壓縮機關鍵部件故障應從壓縮機的結構、工作過程及原理角度考慮，文章主要從十字頭故障、管道振動及氣閥等三個關鍵部件分析，必須理清壓縮機產生故障原因，嚴格規范操作，尤其關鍵部件的異常和振動情況，適當時可優化壓縮機部件設計，加強狀態監測，進而提高整個往復活塞式壓縮機的性能。

參考文獻

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