活塞式壓縮機的故障與維修

鄒江王韜張霞

(1.英格索蘭壓縮機有限公司,江蘇南京210019；2.南京三寶科技股份有限公司 江蘇南京21100)

0 前言

活塞式壓縮機屬于特種設備，為了避免事故和爆炸的發生，需要專業人員來維修和保養。活塞式壓縮機的故障通常為機械故障，基本為8種類型。文中詳細敘述了故障現象，分析出原因，并提出維修辦法，保證安全和生產。

1 常見故障及其原因和措施

1.1 排氣量不足：

1)進氣濾清器的故障:積垢堵塞，使排氣量減少；吸氣管太長，管徑太大，致使吸氣阻力增大影響了氣量，要定期清洗濾清器。

2)壓縮機轉速降低使排氣量降低:空氣壓縮機使用不當，因空氣壓縮機的排氣量是按一定的海拔高度、吸氣溫度、濕度設計的，當把它使用在超過上述標準的高原上時，吸氣壓力降低等，排氣量必然降低。

3)氣缸、活塞、活塞環磨損嚴重、超差、使有關間隙增大，泄露量增大，影響到了排氣量。屬于正常磨損時，需及時更換易損件，如活塞環等。屬于安裝不正確，間隙留的不合適時，應按圖樣給予糾正，如無圖樣時，可取經驗資料，對于活塞與氣缸之間沿圓周的間隙，如為鑄鐵活塞時，間隙值為氣缸直徑的0.006/100～0.09/100；對于鋁合金活塞，間隙為氣缸直徑的0.12/100～0.18/100；鋼活塞可取鋁合金活塞的較小值。

4)填料函密封不嚴產生漏氣使氣量降低。其原因首先是填料函本身制造時不合要求，其次可能是由于在安裝時，活塞桿與填料函中心對中不好，產生磨損、拉傷等造成漏氣；一般在填料函處加注潤滑油，它起潤滑、密封、冷卻作用。

5)壓縮機吸、排氣閥的故障對排氣量的影響。閥座與閥片間掉入金屬碎片或其他雜物，關閉不嚴，形成漏氣。這不僅影響排氣量，而且還影響間級壓力和溫度的變化；閥座與閥片接觸不嚴形成漏氣而影響了排氣量，一個是制造品質問題，如閥片翹曲等，第二是由于閥座與閥片磨損嚴重而形成漏氣。

6)氣閥彈簧片與氣體力匹配不好。彈力過強則使閥片開啟遲緩，彈力太弱則閥片關閉不及時，這些不僅影響了氣量，而且會影響到功率的增加，以及氣閥閥片、彈簧的壽命。同時，也會影響到氣體壓力和溫度的變化。

7)壓緊氣閥的壓緊力不當。壓緊力小，則要漏氣，當然太緊不行，會使閥罩變形，損壞，一般壓緊力可用下式計算:

其中:D為閥腔直徑，P2為最大氣體壓力，K為大于1的值，一般取1.5～2.5，這樣取K，實踐證明是好的。氣閥有了故障，閥蓋必然發熱，同時壓力也不正常。

1.2 排氣溫度不正常

排氣溫度不正常時指其高于設計值。從理論上講，影響排氣溫度增高的因素有:進氣溫度、壓力比、以及壓縮指數(對于空氣壓縮指數K=1.4).實際情況影響到吸氣溫度高的因素如:中間冷卻效率低，或者中冷器內水垢結得多影響到換熱，則后面級的吸氣溫度必然要高，排氣溫度也會高。氣閥漏氣，活塞環漏氣，不僅影響到排氣溫度升高，而且也會使級間壓力變化，只要壓力比高于正常值就會使排氣溫度升高。此外，水冷式機器，缺水或者水量不足均會使排氣溫度升高。

1.3 壓力不正常以及排氣壓力降低

壓縮機排出的氣量在額定壓力下不能滿足使用者的流量要求，則排氣壓力必然要降低，所以排氣壓力降低是現象，其實質是排氣量不能滿足使用者的要求。此時，只好另換一臺排氣壓力相同，而排氣量大的機器。影響級間壓力不正常的主要原因是氣閥漏氣或活塞環磨損后漏氣，故應從這些方面去找原因和采取措施。

1.4 不正常的響聲

壓縮機若某些發生故障時，將會發出異常的響聲，一般來講，操作人員是可以判別出異常的響聲的。活塞與缸蓋間隙過小，直接撞擊；活塞桿與活塞連接螺帽松動或脫扣，活塞端面絲堵檜，活塞向上串動碰撞氣缸蓋，氣缸中掉入金屬碎片以及氣缸中積聚水份等均可在氣缸內發出敲擊聲。曲軸箱內曲軸瓦螺栓、螺帽、連桿螺栓、十字頭螺栓松動、脫扣、折斷等，軸徑磨損嚴重間隙增大，十字頭銷與襯套配合間隙過大或磨損嚴重等等，均可在曲軸箱內發出撞擊聲。排氣閥片折斷，閥彈簧松軟或損壞，負荷調節器調得不當等等，均可在閥腔內發出敲擊聲。由此去找故障和采取措施。

1.5 過熱故障

在曲軸和軸承、十字頭與滑板與活塞桿等摩擦處，溫度超過規定的數值稱之為過熱。過熱所帶來的后果:1)加快摩擦副間的磨損；2)過熱量的熱不斷積聚直致燒毀磨擦面以及燒抱而造成機器重大的事故。造成軸承過熱的原因主要有；軸承與軸頸貼合不均勻或接觸面積過小；軸承偏斜曲軸彎曲；潤滑油粘度太小，油路堵塞，油泵油故障造成斷油等；安裝時沒有找平，沒有找好間隙，主軸與電機軸沒有找正，兩軸有傾斜等。

1.6 十字頭銷的處理

壓縮機運行中十字頭銷端面壓緊螺釘斷裂及十字頭銷的脫落，會造成十分嚴重的事故，因而對于十字頭銷與連桿小頭瓦的間隙應十分注意，另外更為關鍵的是十字頭銷錐面與十字頭體的配合應無間隙，因為在理論上講一旦存在間隙，接觸便為線接觸，對傳遞力及機組穩定性影響很大，因為要求配研接觸面積應在80%以上，如新進的備件銷子與十字頭銷存在間隙，一定要按十字頭銷孔的錐度修配十字頭銷子。對于十字頭銷孔切不可修研，因為一旦修研十字頭錐孔，很可能造成以后銷子的軸向位置的改動，對定位及潤滑油的供給產生影響，如銷子的偏差過大可通過測量徑向尺寸，在車床上進行定位修銼，再研磨，但最好還是采用合適的備件錐銷。

1.7 曲柄銷軸瓦的偏磨

連桿將作用在活塞上的推力傳遞給曲軸，又將曲軸的旋轉運動轉換為活塞的往復運動，我公司一臺壓縮機在一段時間內頻繁出現一級曲柄銷瓦偏磨損壞，烏金脫落的事故，且偏磨的方向一直不變，主要從以下幾方面進行了分析處理。

1)仔細檢測了曲柄銷軸承的間隙，十字頭銷與十字頭及連桿大、小頭瓦的間隙，十字頭與滑道的六點間隙，以及曲柄銷軸的橢圓度，更換了新了十字頭銷，保證了各部間隙。

2)連桿大小頭孔的平行度，利用專用工具檢測，十字頭銷孔對于一級曲柄銷軸的平行度，也利用專用工具進行了檢測。平行度均不超0.02～0.03 mm，在允許范圍內。

3)活塞桿的跳動，設計值不超過0.07 mm/全行程，也在設計范圍內。

在以上三點均得到確認無誤后，檢修后機組開車僅3天，仍發生曲柄銷瓦的偏磨，最后發現是曲軸聯軸器的對中存在著問題，導致曲軸的最遠端發生偏斜最為明顯，從而造成了曲軸銷瓦的偏磨，通過重新找正曲軸與電動機的同軸度及調整主軸瓦的間隙，徹底解決了曲軸銷瓦偏磨的問題。

1.8 曲柄銷軸頸的損壞

對于大中型壓縮機，主軸頸及曲柄銷軸頸軸承的許用最大比壓分別為4～5 MPa、9.0 MPa。在檢修品質保證的情況下，通過調節曲柄銷瓦的合理間隙，改善供油狀況，油路及油壓調節，形成有效油膜，并通過對一進壓力的調整，選用合適比壓的軸瓦，解決了由于不平衡導致軸瓦的損壞，也進而解決了曲柄銷頸的損壞問題。

1.9 活塞及活塞桿的損壞

壓縮機的使用中出現了一級活塞碎裂及活塞桿的斷裂情況，活塞桿與活塞的連接一定要牢固準確，活塞桿的定位臺肩與活塞的中心線垂直度符合要求，活塞的兩端軸肩與活塞桿支撐面要配嚴，并按規定的緊固力矩緊固，兩半活塞(鑄鋁)的結合面應貼合緊密，不得出現內外圈的結合面的間隙，此點應十分注意，因為內圈結合面的間隙會產生交變應力，縮短活塞的壽命，而外圈的間隙造成活塞內部腔內進入壓縮氣體，使內部容積在一定程度上成為氣缸的余隙容積，對壓縮機的效率及活塞的壽命均有不良影響，因而組裝活塞各部應仔細檢查研合。另外活塞尾桿端面受力面的機械性能以及光潔度也對活塞桿的壽命影響較大。此面的光潔度及硬度值要求較嚴，使用前應仔細檢查，光潔度一般要求Ra0.8以上，滲碳層應為細密的馬氏組織，不允許有針狀或網狀的游離滲碳體。否則易造成受力面拉毛，嚴重影響活塞桿的使用。

1.1 0 活塞桿跳動的異常處理

一般情況下活塞桿的跳動作為壓縮機找正的最終驗證結果，應在允許范圍內，在氣缸與十字頭滑道正確對中的情況下，允許的活塞桿水平徑向跳動量應為一個公差帶即:±0.000 15 mm行程，最大不超±0.064 mm，而垂直徑向跳動也應考慮活塞桿的撓度等情況略有變化。即使超差也是在打表過程中由一側到另一側，數值持續增減變化，只要采用重新調節水平及各方向串動定位即可給予消除。而在檢測過程中發現如下異常情況，在活塞運動過程中，活塞桿垂直方向跳動量一直較好，而僅在兩側死點突然發生大范圍跳動變化，水平跳動較好，在排除各部間隙連桿大小頭瓦間隙、十字頭間隙、氣缸死點間隙等的影響后，發現活塞環越程出現問題，導致了活塞桿跳動量的突變，處理方法為將氣缸內壁的磨損臺肩磨削去除，調節好活塞環越程值，進而消除了活塞桿跳動量的異常現象。

2 活塞壓縮機的事故原因及處理方法

1)曲軸斷裂:其斷裂大多在軸頸與曲臂的圓角過渡處，其原因大致有如下幾種:過渡圓角太小，r為曲軸頸；熱處理時，圓角處未處理到，使交界處產生應力集中；圓角加工不規則，有局部斷面突變；長期超負荷運轉，以及有的用戶為了提高品質，隨便增加轉速，使受力狀況惡化；材質本身有缺陷，如鑄件有砂眼、疏松等。此外在曲軸上的油孔處起裂而造成折斷也是可以看到的。

2)連桿的斷裂:有如下幾種情況:連桿螺桿斷裂，其原因有:連桿螺釘長期使用產生塑性變形；螺釘頭或螺母與大頭端面接觸不良產生偏心負荷，此負荷可大到是螺栓受單純軸向拉力的七倍之多，因此，不允許有任何微小的歪斜，接觸應均勻分布，接觸點斷開的距離最大不得超過圓周的1/8即450；螺栓材質加工品質有問題。

3)活塞桿斷裂，主要斷裂的部位是與十字頭連接的螺紋處以及緊固活塞的螺紋處，此兩處是活塞桿的薄弱環節，如果由于設計上的疏忽，制造商的馬虎以及運轉上的原因，斷裂較常發生。若保證設計、加工、材質上都沒有問題，則在安裝時其預緊力不得過大，否則使最大作用力達到屈服極限時活塞桿會斷裂。在長期運轉后，由于氣缸過渡磨損，對于臥式列中的活塞會下沉，從而使連接螺桿紋處產生附加載荷，再運轉下去，有可能使活塞桿斷裂，這一點在檢修時應特別注意。此外，由于其他部位的損壞，使活塞桿收到了強烈的沖擊時，都有可能使活塞桿斷裂。

4)氣缸、缸蓋破裂；主要原因:對于水冷式機器，在冬天運轉停車后，若忘掉將氣缸、缸蓋內的冷卻水放盡，冷卻水會結冰而撐破氣缸以及缸蓋，特別是在我國的北方地區，停車后必須放掉冷卻水；由于在運轉中斷水而未及時發現，使氣缸溫度升高，而突然放入冷卻水，使缸被炸裂；由于死點間隙太小，活塞螺帽松動，以及掉入缸內金屬物和活塞上的絲堵脫出等原因都會使活塞撞擊缸蓋，使其破裂。

3 燃燒和爆炸事故

有油潤滑壓縮機往往產生積碳問題，這是所不希望的，因為積碳不僅會使活塞環卡在槽內，氣閥工作不正常以及使氣流通道面積減小增加阻力，而且在一定的條件下積碳會燃燒，導致壓縮機發生爆炸事故。因此，氣缸中的潤滑油不能供給太多，不能經過很好過濾，含有大量塵埃的氣體吸入氣缸，否則形成積碳與含有多量揮發物的氣體接觸導致爆炸。為了防止燃燒、爆炸發生，一定要計劃檢修，定期清洗儲氣罐和管道的油垢。引起壓縮機燃燒和爆炸事故還有如下操作方面的原因；壓縮機在用氫、氧、氮氫氣負荷試車之前，沒有用低壓的氮氣將空氣驅除干凈而引起爆炸。因缺乏操作知識，開車后沒有打開壓縮機到儲氣罐的閥門，導致排氣壓力急劇升高導致爆炸。因此，要防止這類事故發生，應嚴格對壓縮機操作工進行上崗前的培訓，開車前必須熟悉操作規程，密切注意壓力表數值。在一般中小型壓縮機中，最好將壓縮機到儲氣罐這段管路上的閥閘取消，只留下逆止閥即可。因為如果壓縮機高壓級閥不嚴密，使高壓高溫的氣體返回氣缸，在排氣閥附近產生高溫，當有積碳存在時，即會引起爆炸，因此，操作人員在開機前此時必須仔細檢修排氣閥、查找有無檢查漏氣部位，以避免壓縮機燃燒和爆炸事故的發生。

[1]英格索蘭內部培訓資料.

[2]郁永章，孫嗣瑩，陳洪俊.《容積式壓縮機技術手冊》[M].北京:機械工業出版社，2000.

[3]《活塞式壓縮機設計》編寫組.[M].北京:機械工業出版社，1974.

[4]《中國壓縮機雜志》.