往复式压缩机气缸套的形式及故障研究

赵润珍

（中海石油内蒙古天野化工有限责任公司，内蒙古呼和浩特 010070）

1 往复式压缩机概述

往复式压缩机开始运行之后，按照曲轴—连杆—活塞的顺序依次运动，活塞开始上下运动。在活塞运动作用下，气缸内部容积也会产生变化，如果活塞开始向下运动，那么气缸容积则会相应的增加，随机开启进气阀、关闭排气阀，有空气被吸入，由此完成进气过程[1]。如果活塞开始向上运动，将减小气缸容积，开启出气阀、关闭进气阀，此为压缩处理。活塞一般会安装活塞环，对气缸、活塞中间的缝隙进行密封处理，气缸内部则多会安装润滑油润滑活塞环[2]。

因为往复式压缩机设计原理，所以活塞压缩机有大量运动部件，包括进气阀、排气阀、活塞、活塞环等。在压缩机运行期间有时会发生受力不均衡、无法控制往复惯性力的现象。需要使用多级压缩，但这增加了结构复杂性。因为压缩机进行往复运动，所以压缩空气并非连续性排出。除此之外，往复式压缩机还具有高热效率、加工便捷、装置系统结构简单、技术成熟与应用范围广等诸多优势。

2 往复式压缩机气缸套应用现状

当缸套压入到气缸内壁，此时压缩机运行与活塞环便是薄壁耐磨摩擦副。对于缸套而言，一直在高温高压、无油润滑、腐蚀性的环境下，长期做高速相对运动，所承受的机械负荷、热负荷较大，而且还需要克服电化学腐蚀问题[3]。所以运行过程中极有可能出现磨损、裂缝等。由于往复式压缩机属于一种气体压缩设备，其前者是空气压缩机，所以也被称作变容式压缩机。往复式压缩机运用期间，设备利用持续性吸气、排气，即可提升压缩机静压力。但是往复式压缩机部件数量多、结构复杂，采用的总控系统无法保证创新性，所以设备在运行期间，便会导致零部件磨损等故障，直接增加了设备检修难度。要想提高往复式压缩机运行效率，必须定期开展设备的维修、 保养[4]。

现如今往复式压缩机在石油天然气长距离输送中有非常可观的应用，特别是油气增压储运环节，是非常重要的动力保障设备。往复式压缩机设备的稳定运行，有利于推动石油化工行业发展，并且显著提高长距离输送安全性。往复式压缩机内部结构复杂，很多情况下存在超龄服役现象，加上压缩机工作环境恶劣、没有及时进行维护保养，将增加往复式压缩机运行中的故障率，产生包括气缸套在内的故障[5]。例如某厂采用往复式压缩机为6M32型，设备运行期间检查到第五级气缸运行过程中存在异响。随即由工作人员拆检设备，发现第五级缸套已经产生了明显的裂纹。此气缸套设计材料选用的是QT600-3，在其失效之前已经累计运行了超300h。当发生了失效后直接阻碍了该厂的正常生产。为此，该厂马上组织技术人员对气缸套断裂、失效的原因进行总结，并且提出了气缸套检验、装配结构等优化措施，解决气缸套裂纹故障[6]。由此可见，往复式压缩机气缸套故障的解决，是维持正常生产、保证生产安全的关键性举措。

3 往复式压缩机气缸套形式

了解往复式压缩机气缸套的形式，可按照气缸套是否接触了冷却液，将其划分为干式、湿式两种。

1）干式气缸套。干式气缸套最为明显的特征是气缸套外表面和冷却液不直接发生接触，要想保证缸体之间充足的实际接触面积、散热效果、准确气缸套定位，通常需要重点关注干式气缸套外表面、气缸体承孔内表面的加工精准度，建议采取过盈配合方法[7]。干式气缸套的壁薄，最小壁厚度为lmm，而且干式气缸套的外圆下端只存在较小的锥角，为压入气缸体提供了便捷条件。顶部或者缸体承孔底部有两种形式，依次为有凸缘、无凸缘，带有凸缘过盈配合量有限，这主要是凸缘起到了辅助定位的作用。干式气缸套在使用中很少发生漏水现象，加之缸体结构刚度大，穴蚀可能性不高，缸心距和机体质量较小，但是修理更换比较繁琐，而且散热效果欠佳。发动机的缸径不足120mm时，正因热负荷小所以得到了广泛运用。现如今很多发达国家除了往复式压缩机，在车用柴油机中也常用干式气缸套，这与其优势有密切联系。

2）湿式气缸套。湿式气缸套和干式的直接区别，便体现在其外表面和冷却液直接接触这一点，而且干式气缸套的壁厚。通常在湿式气缸套径向定位方面，多是以上、下凸出的气缸体之间起到配合作用圆环带为依据，轴向定位主要通过上部凸缘下平面。在气缸套的下部，仅1～3个具有良好耐热性和耐油性的橡胶密封圈，便可以将其及时密封。密封形式分别包括涨封式、压封式[8]。往复式压缩机结构不断完善的当下，湿式缸套穴蚀是相对常见的问题之一，这对压缩机气缸套一般会设置三道密封圈，按照所在位置，最上一道密封圈的上半部分直接接触冷却液，以免配合面发生锈蚀，还加强了拆装便捷性，发挥吸振作用缓解穴蚀。上、中两道密封圈利用乙丙橡胶将冷却液密封，最下面一道密封圈原材料为硅酮，密封对象为机油。当然也会存在缸体上安装密封圈的现象，这种方式可以加强气缸套刚度。气缸套上方凭借凸缘下平面垫金属片，或者采用铜、铝垫等，也可以达到良好的密封效果。

4 往复式压缩机气缸套故障分析与解决思路

往复式压缩机气缸套位于气缸内部，一旦发生故障通常会有相应地表征现象。例如气缸套旋转现象，将会导致恶性设备破损，这在压缩机运行故障中其实并不常见。压缩机气缸套旋转故障具有极高的隐蔽性和突发性，很难提前预测，若是缺少可参考的依据与标准，将直接增加故障发现与解决的难 度[9]。工作人员发现压缩机运行中的异常响动、振动、参数异常等现象，代表故障已经到了破坏性阶段。综合上述分析，往复式压缩机气缸套发生故障，必须马上组织分析故障的原因，确定故障位置，根据故障表征现象提出解决办法。

例如某公司采用的是三缸两列式往复式压缩机，针对该压缩机展开系统性分析，为了清晰了解压缩机气缸套故障，建立了故障树。针对故障树进行分析，建树关键在于明确压缩机功能逻辑关系、气缸套故障形式，建树完整性关系到了定性分析、定量计算最终结果的准确性，而且气缸套故障也是设备故障组合、传递逻辑关系之间的一种抽象形式。分析压缩机气缸套故障，同样以故障树模型表示不同的故障，根据故障所在部位，往复式压缩机故障有气缸套、机身、辅助系统、电动机等，下面重点围绕气缸套故障展开分析。气缸套故障发生的根本原因是底事件，中间事件为故障表象。将往复式压缩机气缸套故障当作根节点，明确往复式压缩气缸套故障这一类型顶事件，将其二级节点组成故障树，绘制往复式压缩机故障 总树[10]。

气缸套故障作为根节点，持续性向下分析，组成不同的故障树，故障树即可被视为第一棵故障。分析往复式压缩机气缸套故障，共包括介质温度异常升高、吸气阀漏气、气量调节系统故障阀片断裂、液压油路堵塞、液压油泵故障、液压油变质、弹簧失效、阀片断裂、介质有杂质、入口过滤器损坏、入口缓冲罐内件损坏、压缩比增大、系统压降大、入口压力低、气源不足、进气温度高、缸套冷却不足、活塞环漏气、活塞环磨损、支撑环损坏、气缸变形、填料磨损、支撑环磨损活塞杆下沉、填料紧固螺母松动、填料冷却水异常、冷却水位低、冷却水温度高、冷却水不足、气缸冷却水异常、排气温度高、拉缸、支撑环磨损严重、支撑环断裂、活塞环断裂。上述为气缸套故障的故障根节点，压缩机气缸套故障经过全面分析之后，安装压缩机运行故障以及监测所得结果，并以故障树为依据总结往复式压缩气缸套故障原因，可以提高气缸套故障排除效率，快速恢复往复式压缩机的稳定运行。为了避免今后再发生气缸套故障，该公司针对压缩机故障持续向下分析，组建其他故障树，经过层层分析与类推，便在压缩机故障体系基础上建成故障树网，以此为参考创建往复式压缩机故障数据库，而且该企业还创建了往复式压缩机状态监测体系、故障分析系统，为今后气缸套故障以及其他设备故障的分析与解决提供了条件。

5 往复式压缩机气缸套故障的解决对策

往复式压缩机气缸套的故障较多，下面以几种相对常见且最具代表性的气缸套故障，分析可行的解决办法。检查发现种有液体和活门碎片带入到气缸中，一般会有比较明显的敲击声音。讨论该故障的原因，多与相关工段有关，工作人员应该马上紧急停车进行检查。往复式压缩机的气缸套活塞、活塞杆螺帽有松动现象，同样要在发现故障之后马上停车处理，确定有松动现象，可以马上更换新的螺帽。气缸套活塞环断裂，该现象也是往复式压缩机的常见故障，工作人员在检查之后应该倒车替换新的活塞环。在检查气缸套故障时，发现气缸余隙较小，很难支撑气缸套正常运行。面对该故障，建议马上停车，调整余隙，直至满足运行需求后再恢复运行。

液压油泵存在故障，检查发现液压油泵的流量较小，没有达到额定值，例如转速没有达到额定转速要求，此故障需要严格按照说明书要求的额定转速，选择电机转速。如果在检查时发现系统存在泄漏现象，应该及时修补泄漏点。因为油泵长期运转、振动，会导致泵盖螺钉发散松动，及时拧紧螺钉即可。如果吸入管道存在漏气现象，在检查所有连接处之后重新密封与紧固。液压油泵吸油不到位，如油箱内部的油面低，可以及时补充油液，一直到最低油标线上。入口部位的滤油器发生堵塞，要及时清洗过滤器。对于吸入管道堵塞问题或者是通径较小，同样需要清洗管道，选择吸入管不能超过油泵入口通径，经检查发现液压油泵压力始终无法达到指定数值，通常表现为溢流阀调整压力低、系统泄漏、油泵泵盖因长期运行而发生螺钉松动、变量泵压力调节不合理等，建议工作人员重新开始溢流阀压力的调试，也可以将溢流阀予以修复。对于泄漏问题，要在系统之后快速修补泄漏点，将螺帽拧紧，压力调节到规定限制。

气缸套的液压油泵可能出现吸不上油、无压力的现象，常见的故障表征如下：原动机和油泵旋向偏差、油泵传动键已经脱落、进出油口连接错误、油箱内部油面低导致吸入管口已经在液面露出、转速低影响了吸力、油黏度超标降低了叶片运动灵活性、吸入管道以及过滤装置堵塞导致的吸油问题、吸入口过滤器的过滤精度高降低吸油流畅性。针对上述故障表征，提出如下解决策略：①调整原动机旋向；②重新进行传动键的安装；③根据说明书重新连接；④补充油液，直至已经达到最低油标线；⑤提升设备的转速，且要满足油泵最低转速要求；⑥选择黏度符合要求的工作油；⑦定期清洗管道、过滤装置，检查发现堵塞物应及时去除，并且更换新的过滤油箱油液；⑧科学选择符合规定的过滤器。

6 结束语

往复式压缩机在应用、运维过程中，气缸套是比较常见的故障。在日常检查过程中，应最大限度降低气缸套故障发生概率，应结合往复式压缩机运行实际情况，针对汽缸套展开重点故障排查，分析所有可能发生故障的部位，并总结导致故障的原因，及时更新零部件，保障汽缸套故障得以快速解决，从而恢复往复式压缩机的运转。如此一来，不仅能够解决汽缸套运行故障，还能够提高往复式压缩机运维水平，为今后压缩机设备故障排除与解决积累经验。