往复式压缩机故障诊断研究现状及展望

郭峰丽　彭孝宗

【摘要】文章首先简述了往复式压缩机工作原理和分类，然后分析了往复式压缩机产生主要故障及处理，最后探讨了往复压缩机故障诊断技术的展望。

【关键词】往复式压缩机；故障诊断；展望

一、前言

随着我国科学技术的发展，往复式压缩机在工业上应用越来越广泛，在设备实际运行当中，能够准确的早期预报和诊断所隐含的故障，对于减少和防止事故的发生，提高生产的经济效益，起到极大的促进作用。因此，对往复式压缩机故障诊断研究具有重要的意义。

二、往复式压缩机工作原理和分类

1、往复式压缩机的工作原理

往复式压缩机是一种输送气体并提高气体压力的机械，它的气体循环包括三个过程：进气、压缩和排气，压缩机随活塞的运动重复的进气、压缩和排气，这样周而复始的运动构成了压缩机工作的气体循环。在这个过程中，原动机的动力能转化为气体压力能，凭借驱动机的能量提高气体压力。目前，绝大多数压缩机都是通过曲柄连杆机构进行转化工作，进而做往复运动的活塞对气体做功。

2、往复式压缩机分类

按传动方式分为轴驱动和非轴驱动两类。轴驱动的往复活塞压缩机按轴的结构不同又区分为曲轴驱动和非曲轴驱动两种。在曲轴驱动的一类中，一种是无十字头的往复活塞压缩机，曲轴转动时通过连杆直接带动活塞在气缸内作往复运动；另一种是有十字头的往复活塞压缩机，连杆通过十字头带动活塞作往复运动。为非曲轴驱动的往复活塞压缩机，转盘的转动带动活塞在气缸内作往复运动。非轴驱动的往复活塞压缩机通常指自由活塞压缩机和电磁驱动活塞压缩机。

按活塞在气缸内的作用方式分为单作用、双作用和级差式。按气体在气缸内受到压缩的方式，分为单级压缩和多级压缩。按气缸是否用油润滑，区分为油润滑和无油润滑两种。按气缸的布置方式区分有立式結构（气缸垂直布置）和卧式结构（气缸水平布置）两种。在卧式结构中，气缸水平布置在曲轴两侧，相对两列同时作相向或相背运动的结构称对动型压缩机；气缸虽水平布置在曲轴两侧，但相对两列作同向运动或非相向运动的结构称对置型；气缸中心线之间有某一夹角的称角度式压缩机。

三、往复式压缩机产生主要故障及处理

1、机械故障

（一）、活塞组件的损坏

在往复式压缩机中比较常见的故障有活塞组件的损坏，对于出现这种故障的主要原因是：活塞组件的制造不够精良，活塞环的质量差。其中的活塞环的硬度不够均匀或者硬度不合格，经常会引起整个活塞的断裂或者磨损，活塞环的几何精度将会严重的影响到活塞的使用寿命和密封度。

（二）、活塞杆的断裂

其中往复式压缩机出现故障的重大的原因有活塞杆的断裂故障，会引起重大的事故的几率比较高。活塞杆的断裂不仅能够损坏活塞的本身，还会使整个机器组件中其他的零部件出现连锁型的破坏，同时还能够引发严重的爆炸事件，造成重大的人员伤亡。

（三）、气阀的损坏

主要的故障是气阀的断裂、磨损和弹簧的失效。其出现问题的主要原因是：阀导面的磨损使得阀片不能够正常的工作，密封面出现磨损，升程比较大。

2、排气量不足

（一）、吸入气阀的阻力

压缩机的吸入气阀应在一定程度上有抵抗气体压力的能力，并且只有在缸内的压力稍低于进口管中的气体压力时才开启。如果吸入气阀的阻力大于平常的阻力，开启速度就会迟缓，进入气缸的气量也会减少，压缩机的生产能力也由此降低。若入口过滤器积垢堵塞，使吸入气阀的阻力增大，也会影塞与气缸之间沿圆周的间隙应符合设计要求，对于铸铁活塞，间隙值为（0.8-0.12）‰D；对于铸铝活塞，间隙值为（1.6-2.4）‰D（D为气径直径单位mm）。在活塞环安装时，相邻两活塞环的搭接口应错开120°，且尽量避开进气口。活塞环与气缸要贴合良好，活塞环外径与气缸接触线不得小于周长的60%，或者在整个圆周上，漏光不多于两处，每处弧长不大于45°，漏光处的径向间隙不大于0.05mm。

（二）、因填料函不严

产生漏气使气量降低，造成高低压窜气、曲轴箱压力过高、压缩机耗油过多，这一问题还会使泄漏的气量进入油箱导致润滑油起泡沫，影响润滑油效果；如果泄漏量大，油箱缺油，在气量的作用下，润滑油也不能及时加入，造成非计划停车。究其原因首先是填料函本身制造时不合要求；其次可能是由于在安装时，活塞杆与填料函中心对中不好，产生磨损、拉伤等造成漏气；因此在安装时，要保证填料函中心线与活塞杆中心线一致，对于组合式密封填料，各圈填料开口应均匀错开组装。

（三）、吸入气体的温度

压缩机气缸的容积虽恒定不变，但如果吸入气体的温度高，则吸入气缸内部气体密度就会减小，单位时间吸入气体的质量的减少，导致压缩机的生产能力降低。压缩机在夏天的生产能力一般比冬天低就是这个原因。另外，在进口管中的气体温度虽然不高，但如果气缸冷却不好，使进入气阀室的气体温度过高，也会使气体的体积膨胀，密度减小，压缩机的生产能力因此降低，造成排气量下降。

3、排气的温度过高

压缩机在正常的工作的时候，会不断的将气体压缩从而产生大量的热量。热量其中的一部分被冷水带走，而另一部分则能够加热活塞和气缸这些零部件。气缸过热产生的主要原因受到了进入的气体的温度的严重影响，由于机器使用的时间比较长久，使得压缩指数和压缩比的变化直接的影响到了压缩机的排气的温度。其中导致排气温度不断上升的原因有：水垢过于厚。冷却水的供应不足，同时水温又比较高。各级之间的冷却效果不好，导致吸气的温度不断升高。

4、不正常的响声

压缩机的某些件发生故障时，将会发出异常的响声，一般情况下，操作人员是可以判别出异常的响声的。活塞与缸盖间隙过小，也就是活塞顶部的死点间隙过小，气缸内发生沉闷敲击声，在空运行时，声音加大，应按要求进行调整死点间隙至规定要求。

5、油压不正常

油泵腔内可能有空气存在，吸入端不能产生吸力，油泵无压力。这种情况多发生在刚检修的设备，应重新充油排气。尤其是油泵大修后应将各部螺丝上紧，防止漏气，影响吸力。吸油管及油过滤网堵塞，应及时疏通。

四、往复压缩机故障诊断技术的展望

往复式压缩机常见的故障包括排气量不足、排气温度不正常、排气压力不正常、异常噪声、过热、活塞和活塞杆损坏以及轴瓦磨损等等。因此，对往复式压缩机进行状态监测，单单使用传统的振动监测根本无法解决。多年实践经验说明，要想对往复式设备进行精密诊断，必须结合压力、温度、超声、振动等多种技术参数，才可以准确诊断出设备的故障根源和故障部位，而往往各种参数的精确测量与故障信号识别是技术难点。

在今后的压缩机设计和制造的过程中考虑到故障诊断，如可以将光纤传感器预先就埋在柴油机的内部，能够为以后的机械诊断和维修提供较大的方便，进而避免了由于间接的测量诊断而带来的误差，同时也能省去大量且复杂的数据信号处理的过程。目前，随着中国工业的快速发展，尤其是能源、石油化工等领域的极速发展，使得往复式压缩机的市场正处于高速增长阶段。在以后的工业生产活动中，石油化工等领域的发展对往复式压缩机的市场需求会逐渐增长，而随着节能环保理念的出现，使得一些倡导节能环保的新兴企业出现，新兴企业的出现为往复式压缩机提供了一个全新的、巨大的市场空间。

五、结束语

综上所述，往复式压缩机还是存在着很多的问题，但随着科技的发展，将会不断完善维修方法和技巧，逐渐朝着全方面的方向发展，注重对压缩机多种故障进行研究，对这些设备进行定期检查和维护，实施有效的控制，使用先进的科学技术，优化压缩机的部件结构，从而提高整个压缩机的性能。

参考文献

[1]郑利强.模态分析方法在往复式压缩机出口管线状态监测及结构修改中的应用[D].2013.

[2]苏近.煤层气集输故障诊断平台设计和压缩机故障诊断研究[D].2013.