往复活塞式压缩机关键部件故障原因分析

渠汝涛

近年来，随着计算机技术的快速发展，各种机械监测与故障诊断技术广泛应用于石油化工、电力等行业当中。然而在实际生产中，压缩机的关键部件常会出现一些故障，进而影响其机器运行，为此，应根据实际故障情况分析原因，必要时可建立在线状态监测与诊断系统，提高设备使用效率。

1 往复活塞式压缩机相关概述

往复活塞式压缩机一般由主机和附属装置组成，其中主机有以下部分：（1）机体：由机身、中体和曲轴箱构成，同时也是往复式压缩机的定位基础构建。（2）传动机构：是曲柄连杆机构，在曲轴上装有连杆大头，小头与十字头相连，在滑道内曲轴通过连杆带动十字头做往复运动并带动活塞组件在气缸内作往复运动。（3）压缩机构：包括气缸、活塞组件、气阀及填料等。活塞工作断面和气缸内表面所形成的空间是实现气体压缩的工作腔。气阀中的吸气阀只能吸气，排气阀只能排气，主要控制气体作单向流动。在气缸内活塞作往复式运动时，它能配合与排气阀和吸气阀的启闭动作，进而实现膨胀、吸气、压缩及排气四个工作过程循环。（4）冷却系统：水冷式的组成共有中间冷却器、各级气缸水套、管道、阀门等。风冷式的组成共有中间冷却器和散热风扇。系统之所以可产生热量，完全是借助压力冷却水和水的流动，并带走压缩空气和运动部件。（5）润滑机构：主要由注油器、油过滤器、油冷却器和齿轮泵组成。

2 往复活塞式压缩机关键部件故障原因

2.1 压缩机十字头故障原因

压缩机中的十字头具有导向作用，是连接活塞与连杆的零件，经实践表明，十字头销是压缩机最容易损坏的零件。以某台往复式活塞压缩机为例，采用对称平衡结构，主要负担的任务为对甲烷氢原料进行增压，同时也是制作氢装置的心脏。主要规格和参数如下：压缩机轴功率496kW，压缩级数为2，压力油为润滑运动机构的主要润滑方式，气缸填料主要以无油润方式。

故障原因：该压缩机投入使用后频发发生故障，常常有松动现象存在于十字头销螺母，严重时还造成一次跳车事故，既增添了安全隐患，还使装置的稳定运行受到严重影响。之后经拆卸检查后得知，固定螺栓和连杆在十字头销掉出销孔时已经损坏，也正是因为十字头销的螺母有松动迹象，才会造成螺栓断裂，在十字头的轨道上有其推出销孔的痕迹，拉杆承受不了过大的压力而断裂，并引发跳车。针对上述现象可采取以下措施：（1）每半个月停机检查螺母的松动情况。（2）采取與（1）相同的方式检查B台压缩机，从检查结果得知，虽然十字头销的接触面积和固定螺母的扭矩相一致，然而在经一段运行时间后，防松垫被剪短和螺母松动状况仍然存在于两台压缩机机组之间。（3）保证十字头孔和十字头销锥两者的接触面积在90%以上。

2.2 压缩机管道振动故障

一般引起往复活塞式压缩机及管道振动的原因有以下两类：（1）机组运动不平衡或设计不当同样也会引起管道振动，质量或技术问题常常是组装压缩机过程中常遇到的问题，其中所出现的安装误差会影响机组平衡，自然会产生振动。（2）由管线内气流脉动引起；气体之所以会产生脉动，是因压缩机管线内的气体受吸气和排气的间歇变化，从而形成气柱，一旦受到工况诱导条件就会发生振动，尤其所形成的气柱是一个具有连续质量的弹性振动系统。

采取措施：在管系的适当位置增设固定支撑或孔板改变支撑弹性和管系的振动频率，在管线和支点之间放置硬橡胶板也有改变弹性和管系振动频率的作用。此外，还可在紧靠压缩机出口处设置一个缓冲罐来改变管系气柱固有频率，使气流脉动的幅值可以有所降低。

2.3 压缩机气阀故障

压缩机气阀故障主要来自以下几个方面：（1）润滑的影响；首先是润滑油的选用，其粘度和抗焦性是气缸和填料润滑必须考虑的指标，低粘度的润滑油会增强氯化安定性和热稳定性，尤其在高温下不易变质，油品的流动性和挥发性也可因此得以改善。一般当润滑油划注入气缸后完成润滑任务后，就会快速脱离工作部位，防止因在气缸内因高温停留产生结碳。残炭是衡量抗焦性能的主要标志，残炭越大，则说明在气缸中油品结碳倾向就越大。气阀及气缸的使用寿命和润滑油的正确选用有着紧密联系，有些压缩机选用13号压缩机油产生了大量的结碳，严重缩短了气阀的使用寿命。其次是气缸注油量大小的影响，一般在操作规程中注油量对每级都有具体的规定，然而在实际操作中，因思想过于陈旧，往往会增大注油量，导致压缩机内存有大量的润滑油，活塞环出现“粘附”现象，在后期运行中卡死。活塞环后面的槽中因聚集了过量的油，尤其经高温度压缩下变得碳化和变稠。活塞和气缸因卡死的活塞环降低了两者之间的气密性，泄露出来的气体还会不停破坏气缸壁上润滑油膜，加重汽缸壁和活塞环的磨损程度。所以，在保证气缸润滑的条件下尽量减少注油量，在每次打开气缸和气阀时应检查其中的润滑情况，如结碳较多则说明注油量偏大，可在开车时通过调低注油量并不停调节后找到合适的注油量。（2）启闭件动作异常：一般启闭件动作出现异常故障多是由颤振和锤击引起，因气阀设计不当或气流所造成的扰动，进而使压力波动产生影响。首先是颤振，当通过阀门的气流不足后，启闭件会顶到气阀盖上，颤振便会出现，此时在阀座和阀盖之间的启闭件就会发生颤振，弹簧会因颤振现象加速磨损程度。如果阀片弹簧冲击的痕迹没有出现在启闭件上，就可以断定为颤振，有效消除颤振现象可通过选用轻质弹簧即可。其次锤击，当活塞把气体推出气缸时，在开启过程中排气阀更容易产生锤击现象，启闭阀片时要克服启闭件惯性，针对惯性力较大的阀片，由于是处于关闭滞后状态，推动其关闭的动力是回流气体，并不是阀片弹簧，会引起阀座和启闭件的锤击。有效消除锤击现象，可通过辨认启闭件和阀座接触面出现的斑点，在压缩机外可听见它所发出的“咔嚓”声音，调节阀片的启闭时间采用增加弹簧伸缩量的方法即可，或改用轻质材料改善启闭件。

3 结束语

总之，关于往复活塞式压缩机关键部件故障应从压缩机的结构、工作过程及原理角度考虑，文章主要从十字头故障、管道振动及气阀等三个关键部件分析，必须理清压缩机产生故障原因，严格规范操作，尤其关键部件的异常和振动情况，适当时可优化压缩机部件设计，加强状态监测，进而提高整个往复活塞式压缩机的性能。

参考文献

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