气阀故障对空气压缩机工作的影响及应对措施

袁宝吉，吴猛猛，李卫宁

(海军潜艇学院，山东青岛 266042)

0 引言

舰船高压空气压缩机的气阀数量众多，工作条件恶劣，阀片在高温、高压下以很高的频率开启和关闭［1］。例如:某4级高压空气压缩机，共有吸、排气阀62个，额定转速为1 330 r/min，则吸、排气阀每秒要开关各22次，阀片两侧作用有一定的压差。因此，气阀是空气压缩机中最容易损坏的部件。气阀工作可靠性将直接影响压缩机的排量、可靠工作和功率消耗［2］。本文就气阀故障对空气压缩机工作的影响进行分析，并提出了提高气阀工作可靠性的对策。

1 气阀常见故障及其对空气压缩机工作的影响

压缩机工作时，吸、排气阀容易发生阀片断裂、气阀弹簧折断、气阀关闭不严密、弹簧弹力不够等故障。这些常发故障对空气压缩机的性能、使用有非常大的影响，具体表现在以下几方面。

1)减小压缩机的排量。

(1)气阀断裂、气阀弹簧折断、气阀关闭不严将减小压缩机的排量。

某级吸气阀或排气阀漏泄时，都使该级的实际排量比正常情况下减少。吸气阀漏泄时，因排气过程中有部分空气漏回吸入管而减小该级的排量;排气阀漏泄时，因吸气过程中有部分空气经排气阀漏回汽缸而减小该级的排量，而压缩机其它的各级是正常工作的，因此压缩机的最终排量减少。

(2)弹簧弹力降低将减小压缩机的排量。

由于气阀长期工作在高温环境中，使气阀弹簧退火、弹力降低。弹簧弹力降低后，将会导致气阀开启和关闭不及时。若气阀开启不及时或不能迅速达到全开将增大气阀的大开阀阻力，减小吸气量，而减小压缩机的排量;若气阀不能及时关闭，当活塞改变运动方向时，将引起排气管内的部分气体倒流，这不仅影响压缩机的实际排量，而且会大大增加阀片关闭时的运动速度，减小阀片的使用寿命。

2)改变压缩机的各级间的压力分配，损害压缩机。

多级压缩机正常工作时，当最后一级排出压力为某一值时，各级的排出压力是有一定的分配规律。当某一级气阀损坏时，该级压缩机就不能正常工作，严重时甚至使该级基本不起作用，就会使各级的压力分配发生明显变化。

当某级吸气阀或排气阀漏泄，会使前一级的排出压力增高，本级的排出压力降低。例如，4级压缩机的第3级的吸气阀或排气阀漏泄时，会使第2级排出压力增高，第3级排出压力降低，第4级的吸入压力 (即第3级排出压力)降低，压缩机在新的压力分配的情况下工作。

气阀严重漏泄时，特别是阀片打碎后，压缩机内压力的分配会起很大变化。气阀损坏的汽缸的前一级的排出压力会增高很多，其后果首先是使前一级压缩机的增压比增大，排气温度增高，加速积碳的形成。前一级排出压力增高，还会使前一级安全阀跳开。若安全阀有故障，不能及时跳开，压力增至一定程度时可能引起缸盖螺杆断裂或损坏活塞、连杆、汽缸等严重事故。

3)压缩机的功率消耗大大增加。

由于压缩机的吸排气阀漏泄或损坏，使气阀损坏的汽缸的前一级的排出压力会增高很多，其后果首先是使前一级压缩机的增压比增大，功耗大大增加;同时，使压缩机的排气量减少，气瓶充气时间变长，严重时将会大大增加压缩机的功率消耗。

2 气阀故障的判断

有的舰员在发现级间压力分配规律变化后，不能迅速判断是哪一级气阀的故障，而是逐级逐个拆卸气阀检查，在气阀数量较多的空压机中需要很长的时间才能完成，这不仅增大了舰员的体力消耗，而且延长了排除故障的时间，对完成训练和作战任务是不利的。因此，在出现故障时，应首先能够正确判断哪个气阀发生了故障，才能有利于排除故障。

1)某级排出压力突然增高，一般就是下一级吸气阀或排气阀损坏或气阀密封不严。

压缩机工作时，压缩机的各级压力与正常工作时的压力相比，若发现某级排出压力突然增高，很可能就是下一级的吸气阀或排气阀已经损坏或气阀密封不严［3］。

2)漏泄气阀的温度比正常时高。

确定了是哪一级气阀的故障后，可根据气阀温度的变化，判断是吸气阀还是排气阀的故障。

吸气阀漏泄时，排气过程中有高温的排出气体流过该吸汽阀与阀座，会使该吸气阀及吸气阀腔比平时温度高，用手摸即可发现异常。排气阀发生漏泄时，因吸气过程时有高温气体经过排气阀倒流回汽缸，也会使排气阀的温度比平时高。但因排气阀温度很高，无法用手摸发现。因此，若已确定为某一级气阀有漏泄，为判断是吸气阀或排气阀漏泄，可用手摸该级的吸气阀腔，发现吸气阀温度明显升高者，即可折卸检查;若吸气阀腔温度无显著变化，则可能是排气阀的故障，可先折卸排气阀检查。

3)第一级气阀漏泄时，各级排气压力都会降低。

第一级吸、排气阀漏泄时，无法从“前一级”排出压力的变化判断故障。第一级气阀漏泄时，将直接减少压缩机的吸气量，使各级排送的空气量都减少，会使各级排出压力都比正常工作时低 (最后一级排出压力不受影响，因为它决定于气瓶内气体压力)。

3 提高气阀工作可靠性的对策

提高气阀工作的可靠性是保证压缩机可靠工作的关键之一。为此，一是要在管理中精心观察，及时发现和排除气阀的故障，以保证压缩机正常运转;二是检修时要正确地检验和装配气阀，使气阀能在良好的技术状态下工作。

1)及时发现和找出故障气阀。

压缩机工作时，发生气阀阀片断裂、气阀弹簧折断及气阀关闭不严密等故障，往往是难免的，管理中应及时发现损坏的气阀，及时排除故障，防止因气阀故障而引起更严重的故障。

气阀阀片破裂、弹簧折断故障是瞬间发生的，往往使各级压力突然变化;气阀阀片密封不严、弹簧弹力降低是逐渐表现出来的，往往使各级压力缓慢变化［4］。管理空气压缩机时，必须熟知所管压缩机在各种排出背压时的各级正常工作压力，发现异常情况，及时分析原因，排除故障，防止因气阀故障而引起更严重的事故。当某级排出压力突然超过规定的最高工作压力时，导致安全阀跳开时，应立即停车检查，排除故障，防止发生严重事故;在修理气阀时应正确地修理、检验、装配或更换，以提高气阀工作的可靠性。

2)正确地检验和装配气阀。

(1)注意检查气阀的密封性。

观察阀片和阀座的工作面有无损伤，清除气阀内的积碳及脏物。气阀装配后，应用煤油检漏。检漏的方法是:在装配好的气阀内注以煤油，在2 min内泄漏的煤油不超过3滴为合格。密封性不合格的气阀要进行研磨修理或更换密封件。

(2)注意检查气阀弹簧。

气阀弹簧是使阀片及时开启和关闭的重要零件，对气阀工作的可靠性有重大影响，装配时必须仔细检查弹簧的表面状况。其表面状况对弹簧的寿命有很大影响，不得有裂痕、锈蚀和凹坑等缺陷。装配时还必须检查钢丝直径、弹簧中径和自由状态下弹簧的长度是否符合要求，要检查装配状态下弹簧的长度是否正常。装配各级气阀时不要装错弹簧，拆卸和清洗气阀零件时，应将不同的零件分别清洗和存放。

(3)注意检查阀片的升程。

气阀组装时，必须检查阀片升程是否符合要求，以免减小压缩机排量或使气阀弹簧、阀片、阀座过早地损坏。

(4)注意检查阀片的表面光洁度和阀片的规格。

实践表明，阀片的主要破坏形式是由于撞击载荷引起的阀片断裂。阀片每次开启和关闭时受到的撞击能量并不大，但在高频率、小能量的多次撞击下，会引起阀片的疲劳损坏。阀片材料内的缺陷，如夹渣、夹层、裂纹等，在循环撞击力的作用下，引起应力集中，是阀片疲劳损坏的根源。因此，在组装气阀时，要注意检查阀片表面的光洁度，及时更换有锈蚀、裂纹和磨损严重的阀片，以提高气阀的使用寿命;应注意不同气阀的阀片，防止装错，以免影响气阀的正常工作。

4 结束语

及时发现并排除气阀故障，提高气阀工作可靠性，将保证空气压缩机的排量、减小功率消耗，防止事故的发生。

［1］高翔.船舶辅助机械［M］.北京:国防工业出版社，2005.

［2］郭林平.空压机气阀故障及其预防［J］.贵州化工，2004，29(4):41-42.

［3］方大义，何华兵.空气压缩机排气压力异常的原因及对策 ［J］.中国氯碱，2004(9):19-20.

［4］郭仁宁，李颂.往复式压缩机气阀故障分析与改善措施 ［J］.煤矿机械，2009，30(12):226-227.