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往复式压缩机常见故障及解决方法


活塞式压缩机常见故障及解决方法
一、活塞式压缩机曲轴的断裂与磨损: 曲轴是往复活塞式压缩机的重要运动部件,外界输入的转矩要通 过曲轴传给连杆、十字头,从而推动活塞做往复运动,曲轴还承受从 连杆传来的周期变化的气体力与惯性力等。 由于曲轴是受力部件,因此,它总是会受到一定的磨损,在正常 的工况下有一定的磨损规律。曲轴磨损分为稳定磨损和加速磨损两个 阶段,一般情况下稳定磨损

时间远大于加速磨损时间。 1、造成曲轴颈磨损后失圆及锥形的原因: ⑴ 连杆大头瓦和曲轴瓦间隙过大;⑵ 曲轴瓦间隙偏小,或各道曲轴 瓦不在一条中心直线上;⑶ 连杆活塞组或曲轴平衡铁及飞轮不平衡, 引起附加惯性力和惯性力矩,使机组振动;⑷ 润滑油质量差、进水、 混入杂质等;⑸ 曲轴变形;⑹ 主机基础下沉等。 2、曲轴产生折断或裂纹的原因: ⑴ 光磨曲轴轴颈时,没有使轴颈与曲轴壁连接处保持一定的圆角(一 般要求轴颈内圆角半径 r=0、05~0、06D,D 为曲轴柄直径) ,从而引 起应力集中;⑵ 曲轴瓦和连杆瓦间隙过大或瓦的巴氏合金脱落,引起 冲击,载荷加大;⑶ 曲轴长期工作或超温超压使用,产生疲劳损坏; ⑷ 曲轴轴承间隙小或润滑不良引起轴瓦巴氏合金溶化, 使曲轴弯曲变 形;⑸ 机身强度不够、变形、扭曲,基础下沉;⑹ 曲轴内在质量不 良。 3、曲轴的维修:

当压缩机曲轴发生磨损时,就要对曲轴进行修复,轴颈磨损后的 修复可采用热喷涂工艺处理。 特别是对 45#钢的曲轴来说, 对热喷涂有 良好的适应性,在有润滑的情况下具有较高的抗磨效果。在工艺上还 有镀铬、氮化、堆焊等方式处理。 在此介绍强化镀铁修复法:镀前上车床把轴径车圆,将不需要镀 铁的部分包扎起来,电镀时采用改变电流参数,使镀件和镀层实现分 子对接并产生晶格畸变,从而达到提高镀层强度和硬度的目的,最后 通过曲轴磨床获得标准的轴径尺寸。 对于发生轻微磨损的曲轴可以采取简易的修复方法:先用细目锉 刀把曲拐处磨出的凸台锉平, 然后用砂布反复打磨, 直到表面光洁 (有 条件的可以配加厚瓦) 。 二、润滑油对曲轴和十字头销寿命的影响: 主要影响表现在以下两个方面:⑴润滑油管理不善,如油变质、 进水、混入杂质、润滑油牌号不符等,直接加剧曲轴的磨损。⑵使用 回收油的厂家,由于大多数设备简陋,润滑油的质量得不到保证,对 曲轴和十字头销的使用有一定的负面影响。 十字头销分直销和锥销两种,由于锥销和十字头孔接触良好,相 互之间无运行,使用效果很好。但是,不管直销还是锥销,当十字头 销磨损较严重时,便会使曲轴轴径受到冲击,曲轴会加速磨损。反之, 曲轴磨损严重时,也会导致十字头销加速磨损,两者互为因果,恶性 偱环。因此,当十字头销磨损严重时,一定要及时更换。 轴瓦间隙过大或过小、接触面积过小、润滑油中断等均会造成烧

瓦。烧瓦会使曲轴严重损坏,因此应尽量避免烧瓦现象发生。 三、气缸的性能与磨损: 气缸是压缩机中组成压缩容积的主要部分, 就像一个受压容器。 压缩 机经长期运行后, 气缸镜面会严重磨损, 既降低其排气量又容易发生事故。 磨损形状随着形式的不同,其引起的原因也是不一样的: 1. 气缸磨损形成类似“腰鼓形” ,则可考滤润滑油中未被滤尽的金属和杂 质或气体不洁净、活塞环开口间隙小(金属环)造成磨损而形成的,必须 及时予以修复或更换气缸(缸套) 。 2. 气缸岀现垂直方向(上或下)磨损,一般是由于气缸水平度发生变化 或金属活塞环断裂卡在活塞与气缸之间造成, 检査活塞环、 调整气缸水平 度。 3. 气缸岀现水平方向(左或右)偏磨,由于多个零部件组合在一起累计 误差引起,再就是曲轴轴颈、连杆、十字头、活塞组件、气缸连接后不同 心。 四、活塞、活塞环槽的磨损: 1.在工作中磨损最严重部位是活塞环槽,其原因是:高压气体通过活塞 环作用于环槽的单位压力很大, 温度很高, 同时活塞在高速运动中活塞环 对环槽的冲击也很大。 同一环槽的磨损以下平面最严重, 因为活塞环在工 作中作用于环槽下平面的单位压力大, 而且作用时间长, 活塞环槽上平面 相比之下较轻。 2.加工、安装问题引起活塞支承环偏磨。 五、 活塞杆发热、磨损、断裂:

1.活塞杆与填料配合间隙过小 2.活塞杆与填料装配时产生偏斜、活塞杆 表面粗糙 3.活塞杆与填料的润滑油有污垢或无润滑油造成干摩擦 4.无冷 却水或水道结垢冷却效果差 5.紧固填料函法兰螺栓时用力不匀,使其活 塞杆产生倾斜,活塞杆在运行时与填料密封环、阻流环、填料盒等摩擦加 剧产生发热和磨损 6.活塞杆将活塞体与十字头连接起来,传递作用在活 塞上的力,带动活塞运动。由于活塞杆承受交变载荷,活塞杆上应力集中 比较严重的螺纹、截面积较大变化的地方,有产生疲劳断裂的倾向。 六、填料函的材料、组成及性能分析: 1、过去的填料环材料是铜。然而,铜对酸性气体是不适用的(气体中含 有硫化氢)。如今,PEEK、铸铁和特氟隆材料以其卓越的耐酸性和在非酸 性气体中的优良性能,已经成为标准的填料环材料。通常的填料环由 PEE K 材料的减压环,特氟隆/铸铁材料的单作用填料环,完全为特氟隆材料 的双作用填料环和铸铁材料的刮油环组构成, 特氟隆材料是掺入玻璃钢和 二硫化钼, 压力侧双环一级放空口供油, 三到五个密封环密封组曲轴箱侧, 这可以使材料减低摩擦力及磨损。 2、填料函是包在活塞杆上的密封件,填料由一个或多个环组成,包容在 填料盒内 ,运行时提供润滑、清洗、冷却、密封、温度和压力等功能。 填料盒内装配有密封环, 每个环都是为了阻止或限制气流进入大气或隔离 室。 每组填料环分别装配在单独的填料函中。 每个密封环紧箍在活塞杆上 达到密封作用, 同时紧紧粘住与活塞杆成直角的填料函槽面。 密封环可以

沿活塞杆自由横向移动,也可以在填料盒的环槽内自由“浮动”,如图 1。

3、一套填料基本包括:一个起减压作用的减压环;其二是阻止气流泄漏 到排气孔的几个密封环; 其三是双作用的排气控制环, 阻止气流从排气孔 泄漏到隔离室。 新填料靠近压力一侧的密封承受的压力降最大。 由于填料 会磨损, 所以活塞环泄漏面积会随着使用期增长而增加, 下游的密封环将 承受越来越大的压力降。 填料密封环的工作原理 1、往复式压缩机填料密封环的作用是防止气缸中的高压气体沿着活塞杆 方向泄漏, 它是压缩机中最重要的零部件之一, 也是压缩机最主要的外泄 漏途径之一。通常情况下,我们常说的填料密封环是一种动密封环,即只 有在压缩机工作时才起密封作用(一般的压力工况),而压缩机停机时或

者其它特殊情况下, 它并不能起密封作用。 而在不工作情况下起密封作用 的密封环,我们通常称为静密封环。 2、这里的动密封指作用到填料密封环上的压力随着活塞的往复运动而成 明显的周期变化,也即压力为脉动压力,如通常的双作用气缸,这种脉动 变化的压力是填料密封环密封气体所必需的。 为了便于说明, 下面以最常 用的填料密封环(如图二①)来解释实际的工作原理,该环由一片径向切 口环和一片切向切口环组成,为典型的单作用环。

如图二(②)所示,状态一为所需密封的工作气缸端被压缩时,填料 密封环由于受气体力的作用靠向低压侧, 气体从填料密封环与填料盒杯槽 之间的轴向间隙和径向环的切口间隙中进入填料的外侧, 在气体力的作用 下形成三个密封面: 径向环与切向环切口错开形成密封面、 切向环与活塞

杆表面形成密封面、 切向环与杯槽侧面形成密封面。 这样就阻止了气体的 泄漏,从而起到密封作用;当气缸吸气时(如图二(②)状态二),气体 通过径向环的切口间隙部分回流进气缸。 3、在压缩机的往复运行周期内:在压缩阶段,气缸内的高压气体作用在 填料密封环上, 在填料密封环前后形成压差, 各密封面在气体压差的作用 下能够很好的工作, 气体逐步泄漏到随后的填料杯槽里并形成类似的密封 形式,最终保证整个填料盒的密封效果;在吸气阶段,由于气体通过填料 密封环组中径向环的切口回流到气缸,填料杯槽内的气体压力逐渐下降, 因此这样就可以保证在下一个压缩过程中, 填料密封环的前后又能建立起 新的压差,使填料密封环形成三个密封面,起到密封作用。 七、气阀的结构及工作原理: 1.结构: 排气阀的结构与吸气阀基本相同,俩者仅是阀座与升程限制器的 位置互换而已,吸气阀升程限制器靠近气缸,排气阀侧是阀座靠进气 缸。 2.工作原理: 首先以吸气阀为例说明气阀的工作过程。在吸气阀过程中,当气 缸内的压力差产生的推力足以克服弹簧压紧力及阀片弹簧的惯性力 时,阀片即被顶开,气体开始进入气缸。随后,阀片继续开启并贴到 升程限制器上,气体继续进入气缸,直至活塞到达止点为附近时,活 塞速度急剧下降,气体速度也随之降低,于是气体对阀片的推力减少,

当弹簧力大于气体推力及阀片;弹簧的惯性力时,弹簧随即把阀片弹 回,阀片又落到阀座上,吸气阀关闭,完成吸气过程。 气阀故障及原因分 1. 常见气阀故障① 2. 常见气阀故障分析 八、电动机损坏原因与保护: 1、损坏原因: ⑴ 电动机安装不符合要求;⑵ 电动机频繁起动;⑶ 电动机长时间超 负荷运行;⑷ 重负荷(带压)起、停机;⑸ 电动机环境条件恶劣等; (6) 电机质量问题。 2、电动机的保护:( )

九、往复活塞式压缩机振动 往复活塞式压缩机是一种最常见的容积式压缩机, 它依靠气缸容积进 行周期性变化而工作, 往复活塞式压缩机主要由三大部分组成: 运动机构 (曲轴、轴承、连杆、十字头、皮带轮或联轴器等)、工作机构(气缸、活 塞、气阀等)与机身。此外还有 3 个辅助系统,即润滑系统、冷却系统及 调节系统。 往复活塞式压缩机在天然气的储备和运输工程中应用较为广泛, 用来增加 流体的能量,克服流体阻力,达到沿管路输送的目的。是化工生产中提高

压力和输送介质的动力源。 大型往复活塞式压缩机在中氮行业也得到了广 泛的应用。 但其振动问题却严重影响了安全生产, 压缩机振动轻则造成管 道裂纹、泄漏,重则造成中毒、爆炸、着火等恶性安全事故。 空气压

缩机本身未平衡的惯性力和惯性力矩所引起的振动, 应由基础及地基土壤 吸收。理想条件是:基础有足够的强度和刚度;机座底面、垫铁及基础表 面有足够的接触面积、良好的接触刚度和地脚螺栓的紧固力适当且均匀。 这样就可以把压缩机和基础振动的振幅控制在允许范围内, 保证压缩机正 常运行。如果基础的设计和施工质量不能满足上述要求,机身底面、垫铁 与基础表面的接触刚度也很差, 再加上地脚螺栓松动, 很可能产生压缩机 与基础共振。压缩机的振动加剧,不但影响正常运行,而且引起机身在基 础上串动,时间较长则导致地脚螺栓折断、曲轴、轴承和基础损坏,甚至 引起机身断裂。 另外气流脉动引起的振动也必须控制, 否则可能导致管道 损坏和气体泄漏。所以,在其适用中定期不定的要对其进行监测,杜绝其 在运行中存在的安全隐患。 选择振动现象作为压缩机技术状态的信息源, 原因在于振动是压 缩机及附属设备内发生的的最本质的物理过程的反映。 振动参数既能表征 整个机组的性质, 又能表征单个零件的性质。 其次, 振动具有很宽的频谱, 相当大的传播速度以及作为信息载体具有的较大容量, 而且可在普通的运 行条件下进行记录。 往复活塞式空气压缩机振动的原因: 活塞式压缩机产生振动的根本原因在于受交变载荷作用引起的。作

用在活塞式压缩机装置内的交变载荷通常有两种:其一是未被平衡的 活塞惯性力;其二是活塞式压缩机供气不连续、气体管路强大的压力 脉动所引起的干扰力。显然,对于前者所产生的装置振动,即便在机 器空载运行条件下也是会存在的;而对于后者所产生的装置振动,则 只有当气流压力脉动较大时才会明显地观察到。 往复活塞式空气压缩机的振动监测 往复活塞式空气压缩机在运行中产生曲轴连杆机构变相冲击振 动、气阀阀门落座冲击振动以及管道、电动振动等。各部位的振动相互重 叠和干扰, 并带动基础振动, 给应用振动监测诊断空气压缩机的故障了带 来困难。目前企业对空气压缩机振动监测诊断故障多采用相对标准判别 法、类比标准判断法和综合判别法。 相对标准判别法: 以新空气压缩机安装合格后对各测点监测的初始振 动信号值为判别标准, 实际测得的振动值所达到初始值的倍数来判别压缩 机的状态,称为相对标准判别法。一般采用以下式: aac≥(3.5~4.5)aao 式中:aac——故障状态下的总振级 (加速度值)(m/s2) aao——故障状态下的初始值 (加速度值)(m/s2) 类比标准判别法:如没有建立相对标准,以一台运行状态正常的空 气压缩机各测点实测值为另一台型号、 结构、 工况相同的空气压缩机的判

别标准,称为类比标准。 综合标准判别法:适合诊断比较复杂的故障,往往采用多种手段,应用多 种分析法,利用多个诊断标准实行综合判别。 经过大多得用户实践表明, 无论采用相对标准判别法、 类比标准判别法还 是综合判别法, 都是行之有效的。 采用相对标准判别法, 可实行定期检测, 推荐每三个月测量一次, 做好记录。 如果发现实测振动信号值与初始值有 较大的差异,应分析其存在差异的原因,加以排除。 下面介绍应用类比标准判别法应具备的条件、测点的选择。 1、应具备的条件 往复活塞式空气压缩机在运行中反映出的状态信息与其机构形 式、性能参数、工作环境、工况条件等密切相关。为了保证类比标准判别 的结果有足够的准确性,对类比对象和测量方案必须符合以下条件: (1 ) 机构形式相同。 不同结构形式的空气压缩机动力学特性会有所区别, 因而振动裂度也就有所不同。因此,最好选择同一压缩机厂生产、结构形 式相同的空气压缩机做类比。 (2)性能参数相同。主要指做类比标准的空气压缩机的额定功率、曲轴 转速、排气压力及排气量相同或者相似。 (3)基础刚度近似。对固定空气压缩机的基础刚度须近似,并保持机体 底面、垫铁、基础三者的接触刚度良好。 (4)运行工况相同。做类比的空气压缩机必须保持其负载基本一致,最 好在测量时都空载运行。

(5)测量方案相同。监测部位、测量参数、所用测量系统和分析方法均 应保持一致。 除上述条件之外, 在分析判别时, 也应该考虑环境温度和外部振源干扰的 影响。 2、测点的选择 一般企业空气压缩机站多采用 L 型空气压缩机。 对 L 型空气压缩 机推荐选用的测点如下表所示。表中测点也适用于相对标准判别法。

注:以上测点编号为常规测点编号,具体压缩机规格型号不同,会有少许 不同。 防振和消除振动的方法 压缩机组的振动可能有多种原因引起,可分为不同形式的振动, 有惯性力不平衡引起的振动和气流压力脉动所引起的装置振动, 对于不同 的振动应采用不同的防范和解决方法。

1、对于惯性力不平衡所引起的振动 由于惯性力不平衡所引起的振动,主要应从机器的结构上使之尽 量消除和减小。例如合理地布置曲柄错角;适当配置往复运动部件的质量: 一级活塞采用铝合金,二级活塞采用空心铸铁,三级活塞采用实心铸铁, 这样可以相互抵消一部分惯性力。另外,在压缩机基础的设计和建造中也 要严格要求,机器的安装也必须合乎规定,从而使机器的振动尽量减小, 水平振幅和垂直振幅都能保持在允许范围之内。 2、对于气流压力脉动所引起的装置振动 由于气流压力脉动所引起的装置振动,经常采用如下几种方法消 除: (1)安装缓冲器。在气缸排气管接管附近加设缓冲器。使气缸内排出的脉 动气流首先流入这个具有一定容积的缓冲装置,经过缓冲,即可以接近不 变的压力继续流入输气管路,从而有效地消除或减轻气体管路的振动。 (2)设置孔板。在气体管道上设置孔板,如果孔板孔径和安设位置选择合 适,可以很好地消除振动。此法通常应用在气缸至缓冲罐距离较远,接管 较长的管道里。 (3)应用减振器。 (4)合理安设管道支点,管道布置应尽量平直,尤其要避免拐直角弯。
往复活塞式空气压缩机的管道振动

在压缩机组中,无论是惯性力不平衡引起的还是气流压力脉动所 引起的振动, 其中管道振动对压缩机的运行产生了极大的安全隐患, 这里

我们再着重分析一下管道的振动, 压缩机管道振动大致可以归纳为以下类 别: 1、激振力分析 由于大型活塞式压缩机吸排气为间歇性且吸排气量大, 使气流的 压力和速度呈周期性变化且气流脉动大。 在管道的弯头、 异径管、 控制阀、 直管段等部位产生较大的激振力, 引起了管道的振动。 压缩机工艺管道一 般同时具有直管、弯头、异径管等,因此,各种变形叠加形成了管道的周 期性振动位移,其方向多样。 2、气柱振动系统分析 往复活塞式压缩机管路内输送的气体, 其平均流速相对气体介质 中的声速低得多,故可视气体为静止的。这种静止的气体称为气柱。气柱 可以压缩、膨胀,是一个弹性体,气柱又有一定的质量,故气柱本身是一 个振动系统。当气柱受到一定的激发之后,就会形成一定的受迫振动。振 动的结果表现为压力脉动,当脉动的气柱遇到弯头、三通、异径管等就形 成激振力。 当激发频率与气柱固有频率 (通常是多个) 之一相等或相近时, 就会激发气柱形成强烈的脉动, 称为气柱共振。 如果激发频率与管段的固 有频率相等或相近,此时气柱处于共振状态的长度称为共振管长。 3、机械振动系统分析 由管道、管道附件、容器、支架等构成,受到激发后产生机械振 动响应, 即通常所说的管道振动。 当激发力的频率与管道结构系统的固有 频率之一相等或相近时,就形成了机械共振,此时出现最大的振动幅度。

当激发频率、气柱固有频率、管道结构固有频率三者相等或相近时,出现 最严重的管道振动。 通过对管道系统振动故障的分析处理,提出在不改变设备布置的前提 下,加大管道弯头处的曲率半径,可减少气流对管壁的冲击作用,在往复活 塞式压缩机管道消振方面有明显效果。这种经济、简便的方法,同样适用 于一些大型离心压缩机和高压泵管道的振动的消除,具有一定的实用价值 和参考价值。 十、无油润滑压缩机用高性能密封产品 DEK-FC 系列 1、 活塞环、 密封环 、 活塞环用于活塞压缩机的活塞与气缸间的密封,而活塞杆与气缸 间的间隙采用填料函密封,其中密封环为密封元件。压缩机工作时要求 密封元件有良好的密封性,尽量减少气体泄漏,同时又要求具有较长的 史用寿命。活塞环、密封环的材料应保证有足够的硬度和耐磨度。无油 润滑在活塞环和填料函密封环的设计中是比较咱以达到的,使用 DEK-F C 自润滑组件可以很好地解决活塞环无油润滑问题,该组件适用于温度 低于 250℃,压力和压差不超过 25Mpa 的压缩机,而且其机械强度比目 前常用的 PTFE 无油润滑设计的机械强度高 5~10 倍左右。 2、 支承环


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