往復(fù)式壓縮機(jī)工作時(shí)，曲軸帶動(dòng)連桿，連桿帶動(dòng)活塞，活塞做上下運(yùn)動(dòng)。活塞運(yùn)動(dòng)使氣缸內(nèi)的容積發(fā)生變化，當(dāng)活塞向下運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，汽缸容積增大，進(jìn)氣閥打開(kāi)，排氣閥關(guān)閉，空氣被吸進(jìn)來(lái)，完成進(jìn)氣過(guò)程。

    當(dāng)活塞向上運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，氣缸容積減小，出氣閥打開(kāi)，進(jìn)氣閥關(guān)閉，完成壓縮過(guò)程。通常活塞上有活塞環(huán)來(lái)密封氣缸和活塞之間的間隙，氣缸內(nèi)有潤(rùn)滑油潤(rùn)滑活塞環(huán)。

    由于往復(fù)壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，所以出現(xiàn)故障的零部件較多，引起故障的原因不一。往復(fù)壓縮機(jī)特征參數(shù)信號(hào)主要包括熱力信號(hào)、振動(dòng)信號(hào)以及噪聲信號(hào)等，其中熱力信號(hào)又包括各部件溫度、排氣量、排氣壓力、氣缸內(nèi)壓力等。

    通過(guò)對(duì)特征信號(hào)的監(jiān)測(cè)分析，識(shí)別判斷壓縮機(jī)的故障類型，是故障診斷技術(shù)的核心思想。

    往復(fù)式壓縮機(jī)6大部件結(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。活塞的形狀和尺寸與氣缸有密切關(guān)系，分為雙作用和單作用活塞。活塞環(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

    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。

    往復(fù)式壓縮機(jī)5大故障診斷監(jiān)測(cè)辦法

    目前，往復(fù)式壓縮機(jī)的故障診斷監(jiān)測(cè)方法主要有以下幾種：

    1、熱力性能監(jiān)測(cè)法

    溫度是往復(fù)壓縮機(jī)較為敏感的特征參數(shù)，監(jiān)測(cè)溫度的變化可以了解壓縮機(jī)內(nèi)部零部件的工作狀態(tài)，如排氣閥漏氣，在吸氣過(guò)程會(huì)出現(xiàn)倒吸現(xiàn)象，導(dǎo)致氣閥溫度升高；活塞桿拉傷，填料函的溫度也會(huì)升高等。

    使用溫度監(jiān)測(cè)方法時(shí)，傳感器可置于機(jī)體外側(cè)，不需改變殼體結(jié)構(gòu)，操作方便。

    往復(fù)壓縮機(jī)一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期包括吸氣、壓縮、排氣、膨脹4個(gè)過(guò)程，壓力在4個(gè)過(guò)程中呈周期性變化，缸內(nèi)壓力變化曲線可直接反應(yīng)壓縮機(jī)是否正常運(yùn)行。如吸氣閥泄漏，吸氣過(guò)程壓力延長(zhǎng)，排氣過(guò)程縮短，膨脹過(guò)程曲線也會(huì)下移。

    由于壓力測(cè)點(diǎn)位于缸內(nèi)，在缸蓋或殼體其它位置要預(yù)留安裝孔，這是壓力監(jiān)測(cè)的需要特別注意的地方。

    2、振動(dòng)監(jiān)測(cè)法

    振動(dòng)信號(hào)也是往復(fù)壓縮機(jī)故障診斷的一個(gè)敏感特征參數(shù)，如氣閥損壞、活塞桿下沉、十字頭螺栓松動(dòng)、連桿磨損等大多數(shù)故障均伴隨著振動(dòng)信號(hào)的異常。

    基于越來(lái)越成熟的信號(hào)分析技術(shù)，對(duì)往復(fù)壓縮機(jī)非穩(wěn)態(tài)振動(dòng)信號(hào)的研究工作也越來(lái)越多，如通過(guò)加速度傳感器測(cè)十字頭滑道箱、汽缸側(cè)壁、汽缸蓋、軸承等處的振動(dòng)信號(hào)來(lái)診斷動(dòng)力性故障，是一種比較有效的方法。

    3、位移監(jiān)測(cè)法

    往復(fù)壓縮機(jī)活塞桿斷裂通常會(huì)引起其他零部件的破壞，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)饳C(jī)組爆炸。活塞桿斷裂是瞬間發(fā)生的，斷裂之前的裂紋監(jiān)測(cè)非常困難，只能對(duì)斷裂部位做事后分析，目前還沒(méi)有可靠有效的診斷預(yù)警方法。通過(guò)安裝位移傳感器，監(jiān)測(cè)活塞桿的沉降量，間接了解活塞環(huán)、十字頭等的磨損狀況，可以作為一種輔助手段。

    4、油液監(jiān)測(cè)法

    油液監(jiān)測(cè)是通過(guò)對(duì)壓縮機(jī)潤(rùn)滑油進(jìn)行油液分析，檢測(cè)樣品內(nèi)磨損顆粒的大小、形狀、成分等，是一種比較理想的輔助手段。如用鐵譜分析、光譜分析、顆粒計(jì)數(shù)等監(jiān)測(cè)空壓機(jī)運(yùn)動(dòng)副的磨損情況等。有學(xué)者通過(guò)檢測(cè)油品中的銅元素含量，發(fā)現(xiàn)大頭瓦碎裂，成功避免了事故的發(fā)生。

    5、噪聲監(jiān)測(cè)法

    噪聲信號(hào)中有機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的信號(hào)，也包含周圍環(huán)境及其它噪聲源的信號(hào)，因此，噪聲監(jiān)測(cè)在往復(fù)壓縮機(jī)故障診斷中也可以作為一種可靠的輔助手段。結(jié)合先進(jìn)的噪聲傳感器，分離提取典型故障噪聲信號(hào)，是往復(fù)壓縮機(jī)故障診斷領(lǐng)域未來(lái)研究的一個(gè)熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

    往復(fù)壓縮機(jī)故障種類繁多，一個(gè)故障會(huì)引起多個(gè)特征參數(shù)的變化，因此在故障診斷過(guò)程中應(yīng)該綜合考慮多參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)性，以便更精確地識(shí)別故障類型。此外，人工智能系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也越來(lái)越多的應(yīng)用在往復(fù)壓縮機(jī)故障診斷系統(tǒng)中，使故障診斷技術(shù)達(dá)到了智能化的高度。

    按往復(fù)壓縮機(jī)引起事故的零部件不同分類，各類故障所占的比例如下圖所示。其中，吸、排氣閥故障概率最高，達(dá)到36%；其次，填料函、連桿、活塞桿等引起的事故所占比例也挺高。

    表1給出了常見(jiàn)故障類型及所采用監(jiān)測(cè)診斷方法，為往復(fù)壓縮機(jī)故障診斷提供一個(gè)參考。

    往復(fù)式壓縮機(jī)10大常見(jiàn)故障及處理辦法

    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、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。

    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。

    4、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。

    5、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。

    6、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。

    7、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。控制填料密封盒處的溫度不大于60℃。

    8、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家的標(biāo)準(zhǔn)注入外，還應(yīng)該在試車初期，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。

    9、管路振動(dòng)導(dǎo)致故障

    引起往復(fù)壓縮機(jī)及其管線振動(dòng)的原因主要有兩類：一類是由機(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)。另一類是由管線內(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)管線內(nèi)充滿氣體時(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，從而使管線受到氣體沖擊力的作用。

    系統(tǒng)管線彎頭太多、管線受到的沖擊力就會(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)，管線不產(chǎn)生振動(dòng)；但當(dāng)流體運(yùn)動(dòng)方向在管線斷面突變處變化時(shí)，流體速度發(fā)生變化，導(dǎo)致管線受力改變——使管線內(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，流體在管線內(nèi)不斷地改變流動(dòng)方向，對(duì)管線形成沖擊；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。

    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，特別是管線的彎頭處增設(shè)固定支撐，并在管線與支點(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。

    10、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。

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