往复式压缩机的故障分析及处理

山西煤炭管理干部学院学报

2016年5月May.，2016往复式压缩机的故障分析及处理

王宁波

（山西铭石煤层气利用股份有限公司，

山西晋城

048000）

【摘

要】现代设备能否安全可靠的运行是由两方面因素决定的，

一是设计与制造工艺，二是设备在故障分析及处理方面的措施。由于往复式压缩机中的易损部件较多，因此经常会出现一些故障。通过对这些故障进行及时的分析诊断与处理，能减小运行中的安全隐患，从而保证设备更加安全可靠。本文主要从往复式压缩机概述、往复式压缩机的故障分析、诊断及处理等方面对往复式压缩机故障方面的问题进行了论述。

【关键词】往复式压缩机；故障；处理【中图分类号】TH457

【文献标识码】A

【文章编号】1008-8881（2016）02-0207-03

收稿日期：2016-03-02

作者简介：王宁波（1980-），男，山西晋城人，山西铭石煤层气利用股份有限公司助理工程师。

随着现代工业的飞速发展，

往复式压缩机的应用领域也越来越广泛。例如石油、

化工、冶金、机械、煤、化肥等等。在经过联动负荷试车之后，

往复式压缩机就能够投入生产。而投入生产之后，

则需要及时对其进行故障分析、诊断及处理，

这对系统是否能正常运行以及安全生产都会产生极为重要的影

响，否则可能会使设备损坏，甚至出现较为严重的安全事故。由于造成往复式压缩机产生故障的原因

是多种多样的，因此在进行故障分析诊断时要经过

多方面检测，非常详细的确定发生故障的原因，并进行维护及处理。

一、往复式压缩机概述

往复式压缩机属于容积式压缩机的范畴，

它是一种使一定容积的气体按照顺序被吸入和排出封闭空间从而提高静压力的压缩机。往复式压缩机的

工作原理是曲轴运动带动连杆运动，

连杆带动活塞做上下运动。活塞上下运动使得气缸内的容积改变。当活塞向上运动时，气缸容积减少，

出气阀打开而进气阀关闭，压缩过程完成；

当活塞向下运动时，气缸容积增大，出气阀关闭而进气阀打开，

空气被吸收进来，进气过程完成。[1]简而言之，往复式压缩机就是一种靠一个或几个做往复运动的活塞来改变压缩腔内部容积的容积式压缩机。

受设计原理的影响，往复式压缩机具有诸多特

点，主要包括（1）运动部件较多。例如进气阀、

排气阀、活塞环、连杆等等；（2）受力不均衡，

容易受到往复惯性力的影响；（3）由于需要多级压缩，

因此结构较为复杂；

等等。目前较为常见的往复式压缩机主要有活塞式

空压机、化工工艺压缩机以及石油、

天然气压缩机等等。活塞式空压机的发展速度较快，

目前已经进入中压以及高压的研究阶段。这也是螺杆机、离心机等无法企及的。

二、往复式压缩机的故障分析（一）气阀故障

气阀是往复式压缩机的主要部件之一。它的性能与排气量以及功率消耗有着直接关系。往复式压

缩机的气阀必须具备阻力较小，密封性能较强、噪声较小、动作较为及时且形成的余隙容积小等性能。在压缩机故障中，气阀故障所占比例较大，

约为三分之二。气阀故障主要包括两种：

阀片故障和弹簧故障。

1、阀片故障

阀片是一种对气体的通过量进行限制来降低压力或改变气体流动方向的装置。阀片的开启或关

闭取决于其两侧的压差和弹簧力，

开启高度则取决于升程限制器上的凸台。当阀外气压高于阀内气压且压差大于吸气阀弹簧的压力时，

空气就会进入气缸；低于弹簧压力时则阀片被弹簧压回阀座，

吸气停止。[2]

排气阀运行亦与之类似。

由于阀片在运行时要经常与阀座、升程限制器发生撞击，产生磨损，而且还要承受连续的冲击载荷等等，

因此它在往复式·科学技术研究

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空气压缩机的所有零件中最容易损坏。

2、弹簧故障

弹簧的作用是及时且迅速将气阀关闭，使气缸能及时将空气吸入或排出，这样能有效避免因阀片关闭时间不当导致的空气压缩机效率下降的问题。弹簧发生故障主要是折断及弹性改变。压缩机在工作时，流经阀门的气体介质的作用力会发生改变。由于气阀弹簧作的是具有周期性的压缩、复位运动，因此这种改变会使得弹簧所承受的弯曲应力及扭矩发生周期性变化，从而使得弹簧因为疲劳而发生破坏。

（二）活塞环故障

活塞环是嵌入活塞槽沟内部的金属环，又被称为涨圈，在往复式空气压缩机中也较容易损坏。活塞环一般是用灰铸铁制成的，具有方形断面，且在一定程度上具有弹力。活塞环所起的工作原理及作用是利用本身所具有的张力使环的外表面紧贴在气缸镜面上，而端面则紧贴在活塞环槽的壁面上，作用是防止气体泄漏。为了防止压气从切口之处泄漏，两个活塞环之间的切口应该错开，且错开角度要大于120°。[3]此外，活塞环还有导热和布油作用。当活塞环的开口较小没有达到标准要求时，活塞环就会受热膨胀，导致开口被完全封闭。当膨胀量越来越大时，活塞环就会径向胀大。当活塞环胀死时，活塞环以及气缸内壁的接触温度就会骤然升高，气缸面壁的油膜被破坏，润滑作用下降，导致发生拉缸或活塞环断裂。甚至活塞环和气缸一起胀死，造成电机超载、烧坏电机等安全事故。

（三）气缸故障

活塞在气缸内进行往复运动，使空气在经过一系列热力变化后成为压缩气体。对于部分压缩机来说，正常运转时排气温度不能高于160°，否则会使气缸过热，气缸表面的油漆变色。而且还有可能使缸内的润滑油快速炭化，积累的炭一旦燃烧就会造成爆炸。

三、往复式压缩机的故障诊断

上述故障只是对往复式压缩机中最常见的故障进行分析，但在实际生产过程中，还会出现其他各种各样的问题，例如轴瓦、填料等等。无论是何种问题，都需要进行仔细诊断，并确定发生故障的具体原因。国内外许多专家试图通过各种方式建立一套能够对往复式压缩机进行在线状态检测的途径，但大多效果并不是非常理想。不过总体来说，对往复式压缩机的故障进行诊断，可从以下几个方面进行。

（一）对热力性能参数进行检测

通过对热力性能参数进行检测来诊断往复式压缩机的故障的研究历史较长。具体来说，它是通过对热力性能例如排气量、排气压力、油温、水温、冷却水量等进行检测，以此来对所对应的零件是否出现故障进行判断。不过大量实践证明，这种方式对故障结果的检测没有预见性，而且准确性不高，因此主要被用来对压缩机的工艺参数和运行状态进行检测。

（二）对振动噪声进行检测

对振动噪声进行检测主要是对机器运行时各个部位所发出的不同的振动信号进行分析，以此来分析具体的出现故障的部位。[4]例如通过使用振动传感器对汽缸头进行检测，然后分析气缸内部的故障信息；或者通过对润滑油管路当中的压力波信号进行诊断确定压缩机轴承发生的故障等等。但这种方法的弊端在于压缩机运行时内部所发生的噪声非常多，彼此之间相互碰撞及干扰，常规的信号分析方法无法对其进行有效识别。

（三）对油液进行分析

对油液进行分析是通过对油液的性能例如酸度、水分、闪电、粘度等及其摩擦副磨损信息例如铁谱、光谱等进行分析，从而得出压缩机具体的故障结论。这种方式是进行故障诊断以及对设备的运行状态进行检测的重要手段，尤其是在对齿轮箱、压力系统、传动系统等非常容易产生机械磨损故障的诊断方面，较有优势。

（四）进行人工智能诊断

随着计算机技术的不断进步，人工智能诊断系统被应用于工业生产的各个领域，压缩机的故障诊断也不例外。[5]人工智能诊断是一种使用专家系统和神经网络系统，并借助故障方面的知识，同时以一些搜索方式和推理方式作为辅助，对较为复杂的系统故障进行诊断的智能化计算机程序系统。其所具有的优势是诊断方式较为简单快捷且解释机制强，但缺陷是推理机制太过简单且所借助的知识是否可靠等等。

四、往复式压缩机的故障处理

（一）气阀故障的解决途径

要对气阀故障进行解决，首先必须判断气阀的具体故障。例如通过听气阀的杂音，先判断出是哪一个排气阀坏。当吸气有杂音时，是出口气阀损坏；而当排气阀有杂音时，则是进口气阀损坏。判断出

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故障之后再制定具体的解决方案。例如已经判断出是进口气阀损坏，但由于部分压缩机有好几个进口气阀，无法确定到底是哪一个，那么此时就可直接用手摸的方式进行识别。温度高于正常操作温度的进口气阀是为发生故障的气阀；如果发生故障的是出口气阀，那么可使用便携式温度计进行一一测量，温度较高者就是发生故障的气阀。

（二）活塞环故障的解决途径

活塞环发生故障的种类也是多种多样的，应该根据不同类型的故障进行分门别类的处理。例如活塞环磨损严重时，会使得与之有关的间隙增大，泄漏量也同时增大，对排气量产生影响。[6]当磨损为正常磨损时，处理方式为对活塞环进行更换；如果是因为安装不符合标准导致间隙不符合要求时，则应该立即对其进行调整，使活塞环正常工作。

（三）气缸故障的解决途径

气缸故障主要是气缸过热。过热产生的原因较多，例如冷却水供应不足、润滑油供应不足、排气阀片卡住或断裂等等。冷却水的作用主要是降低气缸和排气的温度，并使润滑油保持一定粘度。润滑油的作用则是降低运动件的磨损及消耗的摩擦功。因此在气缸故障后可对冷却水、润滑油等项目进行检查。如果是因为冷却水过少原因导致的气缸过热则应该增加冷却水的供应量。[7]润滑油亦如此。如果是排气阀断裂导致的气缸过热则应该尽快对其进行置换。

结束语

综上所述，受到易损部件较多、结构较为复杂、工艺不成熟等因素的影响，往复式压缩机产生故障的可能性非常大，故障种类多种多样，而且造成故障的原因也是多方面的。因此在实际生产过程中要具体问题具体分析，针对不同部件产生的问题进行有针对性的诊断，确定故障原因，并及时进行处理。而且要定期对压缩机进行维护保养，延长其使用寿命，并降低故障发生的可能性，最终保证生产过程的安全性和可靠性。

【参考文献】

[1]张来斌，陈敬龙，段礼祥.基于混沌理论的往复式压缩机故障诊断[J].中国石油大学学报（自然科学版），2012，（1）：112-116.

[2]张华，刁永发，于伟.基于LM-BP神经网络的气阀故障诊断方法[J]．计算机测量与控制，2015，（10）：3307-3309.

[3]杨清宇，孙凤伟.一种迭代改进的球向量机故障诊断算法[J].西安交通大学学报，2013，（10）：1-6.

[4]余永增，李锦龙，尹金明，等.2HA/2往复式压缩机气阀及磨损类故障分析与改进[J].流体机械，2011，（7）：55-59.

[5]官耀华.平湖油气田往复式压缩机振动故障实例分析[J].噪声与振动控制，2012，（4）：166-168.

[6]饶兴东，李均凤，曹耀中等.LNG接收站往复式压缩机流量偏低的解决措施[J].油气储运，2012，（z1）：23-25.

[7]韩功全.2DW25型往复式压缩机存在的问题及改进建议[J].油气田地面工程，2010，（12）：73-74.

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