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專(zhuān)家多年經(jīng)驗(yàn)總結(jié):往復(fù)式壓縮機(jī)的故障分析與維護(hù) 點(diǎn)擊:704?|?1603076299

 

往復(fù)壓縮機(jī)在多數(shù)的工藝流程中擔(dān)當(dāng)了重要的提升壓力的作用,但由于其工況復(fù)雜,易損件較多,因而故障均要比離心壓縮機(jī)高。其日常的運(yùn)行管理與故障分析標(biāo)準(zhǔn)高,難度也并不像人們想象的那么簡(jiǎn)單。降低往復(fù)式壓縮機(jī)故障率、提高運(yùn)行效率是當(dāng)前降低裝置能耗的一個(gè)重要手段

 下面從往復(fù)機(jī)的結(jié)構(gòu)以及產(chǎn)生的一些典型故障做簡(jiǎn)要的介紹。

 1、往復(fù)式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)

 往復(fù)式壓縮機(jī)是容積式壓縮機(jī)的一種,其主要部件包括氣缸、曲柄連桿機(jī)構(gòu)、活塞組件、填料(也就是壓縮機(jī)的密封件)、氣閥、機(jī)身與基礎(chǔ)、管線(xiàn)及附屬的設(shè)備等。

 1)氣缸:氣缸是壓縮機(jī)主要零部件之一,應(yīng)有良好的表面以利于潤(rùn)滑和耐磨,還應(yīng)具有良好的導(dǎo)熱性,以便于使摩擦產(chǎn)生的熱能以最快的速度散發(fā)出去;還要有足夠大的氣流通道面積及氣閥安裝面積,使閥腔容積達(dá)到恰好能降低氣流的壓力脈動(dòng)幅度,以保證氣閥正常工作并降低功耗。余隙容積應(yīng)小些,以提高壓縮機(jī)的效率。

 2)曲柄連桿機(jī)構(gòu):該機(jī)構(gòu)包括十字頭、連桿、曲軸、滑導(dǎo)等——它是主要的運(yùn)轉(zhuǎn)和傳動(dòng)部件件,將電機(jī)的圓周運(yùn)動(dòng)經(jīng)連桿轉(zhuǎn)化為活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng),同時(shí)它也是主要的受力部件。

 3)活塞組件:主要有活塞頭、活塞環(huán)、托瓦和活塞桿?;钊男螤詈统叽缗c氣缸有密切關(guān)系,分為雙作用和單作用活塞?;钊h(huán)用以密封氣缸內(nèi)的高壓氣體,防止其從活塞和氣缸之間的間隙泄漏。托瓦的作用顧名思義是起支撐活塞的作用,所以托瓦也是易損件,托瓦材質(zhì)的好壞也直接影響壓縮機(jī)的使用壽命。

 4)填料 :活塞桿填料主要用于密封氣缸內(nèi)座與活塞桿之間的間隙,阻止氣體沿活塞桿徑向泄漏。填料環(huán)的制造及安裝涉及“三個(gè)間隙”。分別為軸向間隙(保證填料環(huán)在環(huán)槽內(nèi)能自由浮動(dòng)),徑向間隙(防止由于活塞桿的下沉使填料環(huán)受壓造成變形或者損壞)和切向間隙(用于補(bǔ)償填料環(huán)的磨損)。目前平面填料多為“三六瓣型”和“切向切口三瓣型”。

 5)氣閥:是壓縮機(jī)最主要的組件,同時(shí)也是最容易損壞的零件。其設(shè)計(jì)的好壞會(huì)直接影響到壓縮機(jī)的排氣量、功耗及運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性。好的氣閥應(yīng)具有以下特點(diǎn):高效節(jié)能(占軸功率的3%~7%),氣密性與動(dòng)作及時(shí)性完美結(jié)合,壽命長(zhǎng)(一般實(shí)際壽命8000h),形成的余隙容積小,噪音低,溫升小,可翻新使用。目前氣閥的材質(zhì)分為金屬和非金屬,就目前的情況看,非金屬材料閥片的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

 6)管線(xiàn)和附屬設(shè)備:壓縮機(jī)的管路和出入緩沖器的設(shè)計(jì)是否合理,將直接影響機(jī)組的振動(dòng)情況。

 2、往復(fù)壓縮機(jī)的故障分析

 往復(fù)壓縮機(jī)的故障大多發(fā)生在吸氣閥、活塞環(huán)、填料以及管路等部件上。

 2.1氣閥常見(jiàn)故障及分析

 2.1.1吸氣閥泄露或者密封墊片損壞

 吸氣閥泄漏或者密封墊片損壞主要表現(xiàn)為:

 (1)溫升高,閥蓋發(fā)熱;

(2)對(duì)應(yīng)的排氣閥溫度升高;

(3)閥所在級(jí)與前一級(jí)間壓力升高;

(4)壓縮機(jī)排氣量下降;

(5)進(jìn)氣溫度升高。

氣體經(jīng)過(guò)壓縮后溫度上升,吸氣閥泄漏或者密封墊片損壞后,高溫氣體返回進(jìn)氣腔,造成閥溫升高,進(jìn)氣溫度上升,從而再次被壓縮后排氣溫度升高。另外,壓縮后的氣體回流造成前面壓力升高,壓力越升高排氣量下降就越多。

 2.1.2排氣閥泄漏或密封墊墊片損壞

 排氣閥泄漏或者密封墊片損壞主要表現(xiàn)為:

 (1)排氣閥溫度升高,閥片發(fā)熱;

(2)排氣壓力下降;

(3)壓縮機(jī)排氣量下降。

由于排氣閥泄漏或者密封墊片損壞。在氣缸吸氣過(guò)程中,部分壓縮后的高溫高壓氣體回流至氣缸使混合氣體溫度升高,再次被壓縮后溫度更高,回流還造成流量下降,排氣壓力下降。

 2.1.3負(fù)荷調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)卡澀

 負(fù)荷調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)卡澀主要表現(xiàn)為:

 (1)負(fù)荷調(diào)節(jié)指示器不動(dòng)作;

(2)對(duì)應(yīng)的進(jìn)氣閥溫度升高,閥蓋發(fā)熱;

(3)對(duì)應(yīng)的排氣閥溫升高;

(4)閥所在級(jí)與前一級(jí)間壓力升高;

(5)壓縮機(jī)排氣量下降;

(6)進(jìn)氣溫度升高。

負(fù)荷調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)如果卡在泄荷的位置會(huì)造成吸氣閥泄漏;如果卡在加載位置上則會(huì)造成壓縮機(jī)負(fù)載啟動(dòng),影響傳動(dòng)部件的使用壽命。

 2.2活塞環(huán)常見(jiàn)故障及分析

 活塞環(huán)常見(jiàn)的故障有:

 (1)活塞環(huán)斷裂;

(2)活塞環(huán)漲死,失去彈性,不能膨脹;

(3)活塞環(huán)過(guò)度磨損,間隙增大。

活塞環(huán)不能起到密封作用的主要表現(xiàn)形式為:

 (1)該級(jí)排氣溫度升高;

(2)該級(jí)排氣壓力降低;

(3)壓縮機(jī)排氣量下降。

對(duì)于雙作用往復(fù)壓縮機(jī),即氣缸內(nèi)一側(cè)在壓縮時(shí),另一側(cè)在吸氣,當(dāng)活塞環(huán)損壞或者漲死時(shí),不能起到密封作用,使得蓋側(cè)或軸側(cè)被壓縮的高壓高溫氣體通過(guò)活塞環(huán)竄入軸側(cè)(或蓋側(cè))低溫低壓氣體中。與吸入的低壓溫氣體混合,混合之后氣體溫度升高,又由于壓縮氣體通過(guò)活塞環(huán)互竄,使該級(jí)的排氣壓力下降,壓縮機(jī)的排氣也隨之下降。

 2.3填料常見(jiàn)故障

 活塞桿與填料摩擦磨損嚴(yán)重。填料中有粉狀沉積物。填料環(huán)箍緊,彈簧失彈或斷裂。造成密封失效故障,這也是密封失效的主要原因。

 2.3.1工藝介質(zhì)夾帶顆粒物

 現(xiàn)場(chǎng)檢查有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)在壓縮機(jī)氣缸及填料密封腔體中有大量沉積物。這些沉積物是由工藝介質(zhì)夾帶過(guò)來(lái)的微細(xì)固體粉塵或結(jié)焦的碳粒組成,其硬度往往很高。其在密封腔處的沉積必然會(huì)造成密封填料嚴(yán)重的磨損,從而大大縮短填料密封環(huán)及活塞桿的使用壽命。通過(guò)調(diào)整工藝使壓縮機(jī)參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求,必要時(shí)可加氣固分離器分離掉這些顆粒雜物,就可避免氣缸與活塞環(huán)、活塞桿與填料摩擦副之間的顆粒磨損。

 2.3.2活塞桿組合密封環(huán)緊箍力過(guò)大或彈簧失彈

 往復(fù)式壓縮機(jī)活塞桿與填料密封處于相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài),填料環(huán)通過(guò)抱緊活塞桿來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)介質(zhì)的密封,填料環(huán)的抱緊力由彈簧及環(huán)徑向壓差來(lái)實(shí)現(xiàn)。顯然,彈簧的緊箍力越大,填料對(duì)活塞桿的抱緊力就越大,活塞桿與填料環(huán)的相對(duì)摩擦就會(huì)越嚴(yán)重,摩擦產(chǎn)生的熱量就越多,從而造成填料環(huán)使用初期溫升非常高,磨損特別厲害。由于填料環(huán)常用填充聚四氟乙烯制成,其熱膨脹系數(shù)較大,初始階段產(chǎn)生的摩擦熱量若不能被及時(shí)帶走,填料環(huán)熱膨脹變形大,加上填料環(huán)彈簧緊箍力大,摩擦磨損加劇,形成惡性循環(huán)。經(jīng)過(guò)短短幾天的劇烈磨損,當(dāng)填料對(duì)活塞桿的抱緊力趨于減小即摩擦力減小時(shí)填料環(huán)與活塞桿之間的縫隙增大,介質(zhì)泄漏量增加,最終密封失效。解決辦法是在總體結(jié)構(gòu)不變的前提下,更換活塞密封環(huán)調(diào)整活塞密封環(huán)與缸體之間的間隙或采用具有自潤(rùn)滑性能,耐磨性能更好的材料制作活塞環(huán)和填料環(huán),再者可適當(dāng)降低彈簧緊箍力,設(shè)計(jì)引入間隙密封。

 彈簧的失彈大多是由于彈簧疲勞所導(dǎo)致,彈簧質(zhì)量問(wèn)題只占少數(shù)情況,只能更換質(zhì)量好些的彈簧。

 2.3.3填料密封盒冷卻水流量偏小

 填料密封盒部位的溫升主要是由于填料環(huán)與活塞桿劇烈摩擦引起的,這些摩擦熱應(yīng)被及時(shí)帶走。實(shí)際上,由于填料密封盒用水與缸套用水基本都采用并聯(lián)形式,填料密封處的壓降大,因而導(dǎo)致填料盒冷卻水流量不夠,摩擦熱不能被及時(shí)帶走,影響了填料的正常使用壽命。因此,應(yīng)適當(dāng)增大循環(huán)水壓力及流量以使循環(huán)水及時(shí)帶走活塞桿與填料環(huán)摩擦產(chǎn)生的熱量??刂铺盍厦芊夂刑幍臏囟炔淮笥?0℃。

 2.3.4填料密封處注油量過(guò)小或過(guò)大

 注油量過(guò)大容易造成過(guò)多的油乳化,形成沉積物;過(guò)小則填料環(huán)潤(rùn)滑效果不好,磨損速度加快,影響使用壽命。注油量的確定除了按廠(chǎng)家的標(biāo)準(zhǔn)注入外,還應(yīng)該在試車(chē)初期,通過(guò)檢查密封環(huán)處的運(yùn)行情況,確定一個(gè)合適的量。試車(chē)結(jié)束后,打開(kāi)檢查填料處活塞桿上有無(wú)碳狀物,以判斷注油量的大小。

 2.4管路振動(dòng)

 2.4.1管路振動(dòng)的原因

 引起往復(fù)壓縮機(jī)及其管線(xiàn)振動(dòng)的原因主要有兩類(lèi):一類(lèi)是由機(jī)組振動(dòng)的不平衡基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不當(dāng)而引起。壓縮機(jī)在組裝過(guò)程中由于技術(shù)或質(zhì)量問(wèn)題造成機(jī)組裝配誤差大,引起機(jī)組的平衡惡化產(chǎn)生振動(dòng)。壓縮機(jī)基礎(chǔ)質(zhì)量太小也可引起壓縮機(jī)本體振動(dòng)。另一類(lèi)是由管線(xiàn)內(nèi)氣流脈動(dòng)引起活塞式壓縮機(jī)吸氣和排氣的間隙變化,可使氣體產(chǎn)生脈動(dòng)——壓縮機(jī)管線(xiàn)內(nèi)充滿(mǎn)氣體時(shí)形成氣柱。該氣柱是一個(gè)有連續(xù)質(zhì)量的彈性振動(dòng)系統(tǒng),受到一定工況條件的誘導(dǎo)就會(huì)發(fā)生振動(dòng)——在機(jī)組管系的彎頭處氣體運(yùn)動(dòng)方向會(huì)發(fā)生改變,從而使管線(xiàn)受到氣體沖擊力的作用。系統(tǒng)管線(xiàn)彎頭太多、管線(xiàn)受到的沖擊力就會(huì)很大。如果彎頭處缺少固定支點(diǎn),將會(huì)產(chǎn)生劇烈振動(dòng)。當(dāng)流體穩(wěn)定流動(dòng)時(shí),管線(xiàn)不產(chǎn)生振動(dòng);但當(dāng)流體運(yùn)動(dòng)方向在管線(xiàn)斷面突變處變化時(shí),流體速度發(fā)生變化,導(dǎo)致管線(xiàn)受力改變——使管線(xiàn)內(nèi)局部壓力變化,產(chǎn)生一定的脈動(dòng),誘發(fā)振動(dòng)。如果管內(nèi)有脈動(dòng)存在,則管線(xiàn)內(nèi)各部分的壓力不同,也會(huì)形成振源。由于管系內(nèi)彎頭較多,流體在管線(xiàn)內(nèi)不斷地改變流動(dòng)方向,對(duì)管線(xiàn)形成沖擊;并且流體自身的狀態(tài)也發(fā)生變化——這些變化誘發(fā)的振動(dòng),其頻率與管系固有頻率重合時(shí),則產(chǎn)生共振。

 2.4.2采取的措施

 消除共振最基本的方法是將氣流脈動(dòng)壓力減小,并將其固定在允許的最小值之內(nèi),使激發(fā)頻率不等于管路固有頻率。具體方法有:

 (1)在緊靠壓縮機(jī)每一級(jí)出入口處各設(shè)置一個(gè)緩沖罐,改變管系的氣柱固有頻率,破壞振源與管系振動(dòng)頻率的重合,并可降低氣流脈動(dòng)的幅值。但是緩沖罐容積設(shè)計(jì)不好也會(huì)引起振動(dòng),經(jīng)驗(yàn)表明其應(yīng)該比氣缸行程容積大10倍,且盡量靠近氣缸;(2)在管系的適當(dāng)位置,特別是管線(xiàn)的彎頭處增設(shè)固定支撐,并在管線(xiàn)與支點(diǎn)間加墊硬橡膠板以改變支撐彈性并改變管系的振動(dòng)頻率;

(3)在管線(xiàn)的適當(dāng)位置增設(shè)孔板,以改變管系的振動(dòng)頻率,用孔板減振會(huì)伴有較大阻力損失,因此只用于已發(fā)生共振且無(wú)法改變截面的情況,其作用遠(yuǎn)不及緩沖罐的作用。

2.5撞缸

 撞缸是往復(fù)機(jī)組的重大惡性事故,主要表現(xiàn)為缸體內(nèi)發(fā)生巨大的撞擊聲,嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致機(jī)組多處損壞,如缸蓋撞飛,大小頭瓦斷裂甚至發(fā)生爆炸。撞缸分為液擊和金屬撞擊兩種,液擊聲音比金屬撞擊聲要沉悶一些,但是后果一樣嚴(yán)重。防范措施主要是規(guī)范日常操作防止大量帶液;加強(qiáng)巡檢,發(fā)現(xiàn)異常聲音及時(shí)排查。

 3、往復(fù)式壓縮機(jī)的日常維護(hù)

 要保證往復(fù)壓縮機(jī)長(zhǎng)周期地安全運(yùn)行,應(yīng)該特別注重日常的維護(hù)保養(yǎng)。首先必須清楚壓縮機(jī)產(chǎn)生故障的原因,特別密切注意壓縮機(jī)各零部件的異常和振動(dòng)情況,嚴(yán)格規(guī)范操作;其次,進(jìn)行故障跟蹤,加強(qiáng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和檢修管理,以掌握故障的診治方法。

 具體到日常操作應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

 1)加強(qiáng)對(duì)潤(rùn)滑油的監(jiān)控,定期對(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)行指標(biāo)分析。及時(shí)置換不合格油品;盡量將油壓、油溫、油位控制在允許范圍內(nèi)。

 2)對(duì)有負(fù)荷調(diào)節(jié)器的機(jī)組要注意備用機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)器的完好,定期活動(dòng),以保證負(fù)荷調(diào)節(jié)器靈活好用。否則,壓縮機(jī)如在泄荷狀態(tài)下開(kāi)機(jī)將直接導(dǎo)致壓力超高,安全閥起跳。

 3)重視盤(pán)車(chē)。定期做好備用機(jī)組的盤(pán)車(chē),最好是在開(kāi)啟潤(rùn)滑油泵之前盤(pán)車(chē),在開(kāi)機(jī)前的盤(pán)車(chē)就更為重要了。日常盤(pán)車(chē)至少一周一次,這樣可以提前預(yù)知機(jī)組的異常狀況,避免發(fā)生低級(jí)錯(cuò)誤。

 4)往復(fù)壓縮機(jī)一級(jí)入口和級(jí)間不可避免地會(huì)帶液。但是這些液體一定要及時(shí)排掉,防止氣缸大量積液,造成液擊。有時(shí)大量帶液會(huì)使入口過(guò)濾器差壓升高,此時(shí)應(yīng)及時(shí)清理堵塞的過(guò)濾器。

 5)冷卻的好壞關(guān)系到零部件的壽命。機(jī)組的長(zhǎng)周期運(yùn)行,對(duì)工藝介質(zhì)、氣缸、填料、潤(rùn)滑油的冷卻要密切注意,防止超溫。

 6)對(duì)于壓縮機(jī)的檢修質(zhì)量,一定要按照檢修規(guī)程要求檢驗(yàn)。如活塞桿鎖緊螺母要切實(shí)達(dá)到額定的力矩;大頭瓦緊固螺栓不可超出額定力矩太多,防止螺栓塑性變形或者疲勞破壞,并記錄好每次的螺栓長(zhǎng)度以作為今后參考。

 4、改進(jìn)建議

 往復(fù)壓縮機(jī)的安全高效運(yùn)行對(duì)于裝置的節(jié)能降耗影響較大,今后應(yīng)該考慮改進(jìn)氣量調(diào)節(jié)方式減少無(wú)用功耗?,F(xiàn)在往復(fù)壓縮機(jī)大多采用出口回流至入口的方式維持壓力的穩(wěn)定及滿(mǎn)足工藝需求,往往有40%左右的功是無(wú)用功。如果采取高壓變頻電機(jī)或者先進(jìn)的氣閥結(jié)構(gòu),可以節(jié)省大量電耗,為裝置的能耗降低做貢獻(xiàn)。

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