往复式压缩机常见故障及分析处理探讨

陈峰

（中国神华煤制油化工有限公司鄂尔多斯煤制油分公司，内蒙古 鄂尔多斯 017209）

引言

往复式压缩机在工业生产中发挥了重要作用，其对自身功能条件的依赖极强。相对离心压缩机，往复式压缩机内部工作环境复杂，容易被外部环境影响，加之振动大、易损部件多，经常会产生一些无法避免的问题，提高了故障率，不利于设备正常使用。因此，客观分析往复式压缩机运行故障，并采取合理的解决措施，做好维护保养，从而提高运行效率。

一、往复式压缩机的主要结构

往复式压缩机的主要部件包括：气缸、曲轴、连杆、活塞组件和部分附属设备等。

（一）压缩机气缸具有较好的导热性，可消除压缩机内部摩擦形成的热量，表面耐磨与润滑。气缸内气阀发挥了重要作用，它的损坏率极高，应根据压缩机功耗、运转稳定性和排气量合理设计。

（二）曲柄连杆包括曲轴、连杆、十字头和滑道等

它是重要的传动部件和受力部件，其在运转过程对电机旋转运动实现转化，使活塞发生水平运动，反复压缩气缸内的气体。压缩机对曲轴的各项工艺要求很高。

（三）活塞组件包括活塞环、活塞头、活塞杆和托瓦等

活塞要根据气缸特点设计尺寸与形状，主要包括单作用活塞与双作用活塞。气缸以活塞密封内部高压气体。托瓦有效支撑活塞，容易出现损坏，为延长自身的受力时间，故必须保证托瓦的质量，提高压缩机的使用效率。

（四）选用活塞杆填料处理活塞杆与密封间的空隙，避免此处泄漏气体，根据“三个间隙”原则，即径向间隙、轴向间隙和切向间隙安装填料环。

（五）润滑系统作为压缩机重要组成部分，启动运行时应实时监测润滑油压力。为了提高压缩机的运行效率，应把控主轴与连杆、活塞与气缸间的润滑作业。

二、往复式压缩机的故障诊断方法

(一)故障特征监测技术

对往复式压缩机的运行特征信号实时监测，即压缩机的噪声、热力特征、润滑油液、振动情况与位置等。往复式压缩机内部热力信号包括气缸压力、温度、排气压力与排气量等。若压缩系统、进气温度和压力升高，会导致排气温度不合格，排气阀漏气和活塞杆受损等。振动信号一般是指压缩机异常振动、气阀部件受损、连杆机构磨损、活塞杆下沉等。关于位移信号，要根据活塞杆沉降情况分析，把握十字头、活塞环的磨损特征。位移具有突发特点，即活塞杆机构断裂，适合事后分析，维护人员多凭经验实现分析。针对往复式压缩机的响声信号，维修人员主要依据机械设备故障响声进行判断，如活塞与气缸间距小为敲击声，造成该部位彼此撞击或零件松动。往复式压缩机的油液信号是分析颗粒、铁谱和光谱的重要依据，有利于客观判断磨损状况。通过整理各种故障信号特征，提高了判断故障的水平，但无法有效处理复杂的故障，而是把经验变成理论，以定理方法实现诊断，保证故障诊断的效率。

(二)故障监测智能化方法

往复式压缩机特征信号与故障类型构建数学函数关系，预警与判断故障。函数式决定故障诊断是否准确。通常采取3 个分析方法。

1.时频分析法

通过时间分类方法对压力故障信号统计，获取故障信号特征。该方法转化时间为频率，适用信号稳定与旋转的机械设备。

2.小波分析该种方法优化了时频分析法，细分频带和时间，适用往复式压缩机分析与处理信号。

3.还有一些故障信号的分析方法，现实应用效果不理想，还要持续完善。往复式压缩机诊断故障时应用多领域先进技术，如信息技术、数字技术等，通过构建故障诊断数据库，收集压缩机的运行信号。故障诊断技术存在一定缺陷，易造成压缩机特征信号的精确性不足，有必要提高诊断的准确率。

三、往复式压缩机的常见故障及解决方法

(一)管道振动

1.原因分析

（1）激振力:往复式压缩机的吸排气作业有间歇性，气流压力与速度有周期变化特点，气流脉动大；一般激振力出现在管道的弯头、异径管、控制阀、直管段等位置，使管道发生振动。

（2）气柱振动系统:压缩机输送气体流速明显低于气体介质声速，其是静止的气柱。激发的气柱被迫振动，即压力脉动；弯头、三通、异径管位置的脉动成为激振力。激发频率接近气柱固有频率时，对气柱有效激发，形成强烈的脉动，也就是气柱共振。

（3）机械振动系统:具体包括管道、管道附件、容器和支架等，激发后形成机械振动响应，即管道振动。当激发力频率接近管道结构系统的固有频率时，便产生机械共振，此时振动幅度最大。

当激发频率、气柱固有频率、管道结构固有频率无限接近时，管道会发生非常严重的振动。

2.解决方法

设备布置不变，管道弯头位置增加曲率半径，防止气流强烈冲击管壁，有利于往复式压缩机管道消振。

(二)机身振动

1.原因分析

惯性力失衡或气流压力脉动引起。

2.解决方法

（1）惯性力失衡振动:由机械结构入手，最大程度解决惯性力失衡问题。比如，科学部署曲柄错角、搭配运动部件，消除部分惯性力。

（2）气流压力脉动振动:第一，在气缸排气管接管周围安装缓冲器;缓冲由气缸产生脉动气;第二，气体管道布置孔板;第三，应用减振器;第四，科学设计管道支点，平直安装管道。

(三)机身敲击声

1.原因分析

（1）十字头销盖或十字头滑履松动；主轴瓦、连杆大头瓦或小头瓦松动

（2）油压、油温偏低

2.解决方法

（1）拆检紧固松动位置

（2）升高油压油温

(四)排气温度高

1.原因分析

（1）出入口形成较大压差，使得压缩比增大

（2）排气阀或活塞环漏

（3）气缸水夹套、冷却器或管道发生堵塞。

2.解决方法

（1）升高入口压力，或降低背压，对出口压力降低

（2）检修或替换泄漏的排气阀或活塞环

（3）对水夹套、水冷器进行清洗

(五)气缸温度高

1.原因分析

（1）缺乏冷却水或堵塞管道

（2）气缸套拉毛

（3）气缸与滑道同轴度形成较大偏差，磨损活塞环

（4）活塞与气缸缩小径向间隙大

2.解决方法：

（1）检查冷却水回水情况

（2）排查气缸、滑道、活塞环等零部件

（3）检修替换气阀

(六)气缸异常响声

1.原因分析

（1）气阀损坏，或气缸内存在异物

（2）进、排气阀松动

（3）气缸余隙不足

（4）活塞环断裂或活塞受损

（5）缸套拉断

（6）工艺气带液

2.解决方法

（1）替换气阀，清理气缸

（2）紧固螺钉

（3）协调余隙

（4）拆检替换受损件

（5）积极排液

(七)气缸磨损

1.气缸磨损带来的“腰鼓形”。润滑油有机械杂质或工艺气不洁净、活塞环开口间隙偏小等，立即检修或替换气缸。

2.气缸垂直方向磨损。气缸水平度改变，或是活塞与气缸间卡断裂的活塞环；检查活塞环，调整气缸水平度。

3.气缸水平方向偏磨。若干零部件堆积造成误差，连接曲轴轴径、连杆、十字头、活塞组件、气缸不同心，应拆检调整。

(八)曲轴磨损与断裂

1.曲轴颈磨损原因

（1）连杆大头瓦和曲轴瓦之间存在较大距离

（2）曲轴瓦间隙过小或各道曲轴瓦未在一条中心上

（3）连杆活塞组、曲轴平衡铁或飞轮失去平衡

（4）润滑油品质不佳

（5）曲轴变形

（6）主机基础下沉

2.曲轴断裂原因

（1）光磨曲轴轴径时，轴径与曲轴壁连接位置未形成圆角，集中了应力

（2）曲轴瓦和连杆瓦间隙较大，或瓦掉落巴氏合金，造成冲击，增加载荷

（3）曲轴长时间工作或超温超压应用，形成疲劳损坏

（4）曲轴轴承间隙较小，或润滑不佳导致轴瓦巴氏合金溶化，引起曲轴变形弯曲

（5）机身降低强度，发生变形与扭曲，基础下沉

（6）曲轴自身质量不佳。

3.解决方法

（1）曲轴轻微磨损

以细目锉刀锉平曲拐位置磨出凸台，用砂布不断打磨，使表面光洁。

（2）磨损的曲轴颈

利用热喷涂工艺实行修复，还可以采用镀铬、氮化等处理方式。

(九)活塞杆与填料漏气

1.活塞杆发热、磨损、断裂原因

（1）活塞杆与填料配合间隙较小

（2）活塞杆表面粗糙

（3）润滑油有污垢

（4）冷却效果不佳

（5）紧固填料函法兰螺栓不均，活塞杆倾斜，加重发热与磨损

（6）活塞杆集中应力的螺纹、截面积发生变化，形成疲劳断裂。

2.填料漏气原因

（1）塞杆与填料、密封环与阻流环严重磨损

（2）填料盒内密封环与阻流环轴向间隙不当

（3）漏气回收管被堵

（4）密封环拉环过紧

3.解决方法

（1）拆检替换活塞环

（2）替换密封环，重新组装阻流环

（3）调整间隙组装填料

（4）漏气回收管保持通畅

（5）调整或替换拉环

(十)冷却器腐蚀、内漏

1.原因分析

工艺介质存在温度差，高温与冷却水的溶解氧、微生物和水垢等腐蚀水冷器。

2.解决方法

使用酸或干萘定期清洗水套、冷却器的冷却芯，清除水垢；对水冷器管束和管板进行防喷涂腐蚀处理。具体方法

（1）应用涂料

（2）电化学保护

（3）使用耐海水钢和贵重金属

（4）加入水质稳定剂。一般用喷涂腐蚀，涂料有效隔离腐蚀介质与金属表面，涂层发挥了保护作用。

四、提高往复式压缩机维修与保养品质的策略

(一)完善维修保养制度

以科学方法规范往复式压缩机的使用、保养和维修过程，完善维修制度，设计养护方案，严格约束有关人员。维修保养制度联合设备维修、故障排除和技术监测技术等对压缩机故障进行预防。

满足生产的应用要求。

(二)加强设备维修保养力度

企业联系实际生产要求，高度重视维修保养压缩机设备作业。首先，综合把握压缩机内各个零部件的差异特点，制定合理的保养方案，综合人工或现代技术进行在线监测，尽量排查故障。其次，全方位监测压缩机运行，采取合理的诊断方法，预判机械故障原因，精确定位故障点且排除，节省投入成本，提高加工水平。最后，对设备强化安全管理，引入专业化技术人才，编制定期巡查表，保证保养维修及时到位。

(三)提升设备维修保养人员的综合素质

国内化工领域技术飞快发展，对操控、保养、维修机械设备人员的综合素质提高了要求。不仅要求这部分人员具备丰富的专业知识和解决问题的能力，还要培养安全理念。为达到这些要求，企业制定考核招聘人才的制度，筛选出素质水平较高的优秀人才。然后，在日常培训过程，规范机械设备运行环境的安全性，培养安全意识。定期安排专家讲座，普及专业技术知识，保证作业质量，提高机械设备的保养效率，增加往复式压缩机的使用时间，减少事故，为企业创造更多的收益。

结束语

综上所述，经系统分析往复式压缩机的结构可知，气阀、填料、活塞环等部件经常会发生故障，为了保证往复式压缩机正常运行，延长压缩机的使用时间，减少部件的损坏次数，针对这部分故障采取科学诊断方法，发现故障原因，才可以彻底解决故障问题，提高生产水平。结合往复式压缩机的工作特点，联系适合的技术和产品类型降低故障概率，有效支撑故障诊断作业，做好压缩机的维护与保养工作。