B-往复式压缩机故障分析和管道振动

1、B 往复压缩机故障分析和管道振动,2,往复式压缩机故障率,压缩机的大量故障是在使用中由于管理不当产生的，尤其是不善于检测、分析各种参数，不善于从参数的不正常变化中辨别故障产生的苗头，以致一旦发生或严重时才不得不停机处理，而有些故障可能会酿成机器损坏，有毒、易燃、易爆气体外泄等严重事故，因此需要重视对往复式压缩机的故障监测与诊断。,往复压缩机故障分析,*,216,3,往复式压缩机的工作原理,往复压缩机故障分析,*,216,4,往复式压缩机发生故障的部位基本上是由下列三部分组成： 传递动力部分一曲轴、连杆、十字头、活塞销、活塞等零部件的故障: 气体的进出及其密封部分气缸、进气和排气阀门、弹簧、阀片

2、、活塞环、填料函及排气量调节装置等部分的故障； 辅助部分包括水、气、油三路的各种冷却器、缓冲器、分离器、油泵、安全阀及各种管路系统方面的故障。 从反映故障状态的监测参数(征兆参数)上可分为两大类: 一类故障征兆表现在机器的热力参数变化上，如机器的排气量变化，吸、排气压力变化，各部分温度变化以及油路、水路故障所表现出来的热力参数变化; 另一类故障征兆表现在在机器的动力性能参数变化上，如压缩机主要零部件的缺陷、磨损、损坏和断裂故障所表现出来的机器振动和不正常声音，还有各种原因引发的管道振动。,往复压缩机故障分析,*,216,5,压缩机热力参数异常-排气量降低原因,压缩机排气量降低的原因很多.大部分

3、属于气流通道受阻，内、外泄漏，余隙过大、 转速降低等方面的问题 。,往复压缩机故障分析,*,216,1 多级压缩机的第1级和其后各级吸气阀漏气,(1)阀片严重磨损，阀片变形、破裂或卡住。,(2)阀座密封面不平，碰伤或粗糙度达不到要求,(3)阀隙通道积炭或有异物卡住,(4)弹簧力过小，弹簧磨损、断裂,(5)阀体安装不当，位置歪斜，装反，阀体密封垫失效,6,压缩机热力参数异常-排气量降低原因,往复压缩机故障分析,*,216,2 气缸内泄漏与外泄漏,（1）气缸或缸套过度磨损、偏磨或拉伤，可能原因有 气缸镜面的精度，表面粗糙度、椭圆度、圆锥度未达到要求； 气缸与十字头滑道同心度达不到要求；气缸或缸套材

4、质不良。 (2) 活塞与气缸配合间隙过大； (3) 活塞环“咬死”或严重磨损，可能原因有： 润滑油不足，油质欠佳，使缸内温度过高，造成活塞环咬死； 活塞环失去弹力。 (4) 活塞杆过度磨损或拉伤，活塞杆工作时跳动。可能原因有： 滑道与气缸不同心；十字头与滑道、活塞与气缸间隙过大； 十字头销与连杆、活塞杆不垂直。 （5）填料密封磨损泄漏，可能原因有： 密封圈与活塞杆间隙太小； 密封圈内圆表面有缺陷； 密封圈与闭锁环装反，起不到密封作用。 (6) 气缸盖或缸座与缸体端面贴合不严，垫片破损，发生漏气,7,压缩机热力参数异常-排气量降低原因,往复压缩机故障分析,*,216,3 吸气受阻,(1) 进气滤

5、清器堵塞； (2) 进气阀门未全开； (3) 进气管太长或管径太小，阻力增大。,4 系统外泄漏,安全阀泄漏，可能原因有： 安全阀弹簧失灵； 阀芯与阀座密封面接触不良； 安全阀开启后关闭不严。 (2)中间冷却器泄漏； (3)管路连接法兰漏气(垫片破损，法兰螺栓未拧紧。,8,压缩机热力参数异常-排气量降低原因,往复压缩机故障分析,*,216,5 冷却器效率降低,(1) 冷却水进水温度高； (2) 冷却器传热效果差，可能原因有： 传热表面有水垢、油污；传热面金属锈蚀；传热面积太小。 (3) 冷却器中间隔板破裂； (4) 冷却水量减小。,6 压缩机转速降低,（1）原动机功率不足，转速达不到额定值； （

6、2）皮带传动的压缩机传动带太松，皮带打滑。,9,压缩机热力参数异常-吸、排气压力不正常,往复压缩机故障分析,*,216,1 吸气压力低 第一级吸气压力低,(1) 吸气管阻力大； (2) 进气滤清器堵塞； (3) 吸气阀片升程高度不够； (4) 供气量不足。,1 吸气压力低 多级压缩机中间级吸气压力低,(1) 前级吸气阀或排气阀漏气； （2）前级管路漏气或阻力大； （3）前级气缸与活塞环漏气或填料函漏气； （4）前级系统不正常。,10,压缩机热力参数异常-吸、排气压力不正常,往复压缩机故障分析,*,216,2 吸气压力高（各级吸气口）,（1）高压气体进人吸气管线； （2）吸、排气阀关闭不严，有漏

7、气； (3) 气缸与活塞环漏气； (4) 级前冷却器冷却效果不好； （5）级后通本级的吸气管旁通阀泄漏。,3 排气压力低（各级吸气口）,(1)本级吸、排气阀漏气或工作不正常； (2)气缸与活塞环漏气或填料函漏气； (3)本级吸气压力偏低； (4) 排气管或阀门漏气，旁通管、泄压阀漏气； (5) 耗气量过大。,11,压缩机热力参数异常-吸、排气压力不正常,往复压缩机故障分析,*,216,4 排气压力高（各级排气口）,（1）本级用气量偏少； （2）本级吸气压力偏高； （3）后级气体压力偏高； （4）后级管路或气缸向本级漏气； （5）本级冷却器工作不正常； （6）本级排气管路不畅，阀门工作不正常；

8、（7）排气管路严重积炭。,5 压力不稳定（各级吸排气口）,(1) 压力脉动过大； (2) 气阀启闭不稳定； (3) 驱动机转速不温定； （4）压力表气源阻尼太小。,12,压缩机热力参数异常-温度不正常,温度不正常包括压缩机吸、排气温度过高，气缸、轴承、活塞杆、机体等各部件过热。 吸、排气温度过高:气缸、阀门积炭、磨耗和零部件变形、损坏。 零部件温度过热：摩擦发热过大，或者摩擦副润滑、冷却状态恶化。 过热情况可引起两种后果： 一是在较高温度下使摩擦副加快磨损; 二是热量不断积聚，直至烧毁摩擦表面.酿成重大事故。 温度测量方法：机械或管道内部温度玻璃温度计、热电偶、热电阻 机械零部件、机体表面半导

9、体温度计、红外点温计、红外热像仪等 轴承瓦壁温度埋入式热电阻进行监测,压缩机主轴瓦温度的允许范围,往复压缩机故障分析,*,216,13,往复压缩机故障分析,*,216,1吸气温度高,(1) 排气旁通阀向吸气管漏气； (2) 吸气阀漏气； (3) 级前冷却器工作不正常。,2 排气温度高,（1）吸气很度偏高； (2) 气阀、活塞环漏气(排气阀漏气对温度影响最大)； (3) 本级压比偏高； (4) 气缸冷却效果不好。,压缩机热力参数异常-压缩机各部位温度不正常的原因,14,往复压缩机故障分析,*,216,3 气缸过热,(1) 冷却水供给不足； (2) 吸、排气阀漏气； (3) 级的压比过高； (4)

10、 活塞支承环热膨胀间隙太小产生抱缸； (5) 气缸与滑道对中不良，气缸镜面 粗糙度不符合要求，气缸拉伤。,压缩机热力参数异常-压缩机各部位温度不正常的原因,15,往复压缩机故障分析,*,216,4 轴承过热,(1) 轴颈与袖瓦接触不良； (2) 轴承径向、轴向间隙过小。主轴瓦的径向间隙一般为（0.8-1）d，d为主轴颈直径，mm)； (3) 曲轴发生弯曲或扭曲； (4) 润滑油不足或中断，油污染，油牌号不对； (5) 主轴与电动机轴之间联轴器不对中量太大。,压缩机热力参数异常-压缩机各部位温度不正常的原因,16,往复压缩机故障分析,*,216,5 活塞杆过热,(1) 活塞杆与填料盒有偏斜，造成

11、局部摩擦； (2) 填料环的抱紧弹簧太紧，摩擦力太大； (3) 填料环中有杂物，密封圈卡住； (4) 活塞杆与填料环磨合不良； (5) 无油润滑压缩机，活塞与填料函冷却不良。,压缩机热力参数异常-压缩机各部位温度不正常的原因,17,压缩机热力参数异常-工况改变对压缩机主要参数的影响,流程工业中的压缩机常因工作参数的变化改变了压缩机的工作条件、从而影响压缩机的某些性能参数。,往复压缩机故障分析,*,216,1. 吸气压力改变,高原地区因大气压力低而使压缩吸入压力p1下降； 工艺过程中操作条件改变而引起吸气压力的变高或变低。, 单级压缩机,排气压力p2不变，吸气压力p1下降,*,216,18,压缩

12、机热力参数异常-工况改变对压缩机主要参数的影响,2020/6/28, 多级压缩机,多级压缩机吸气压力变化产生压比变化，同时也引起排气温度变化，但影响最大的是末级。因此如果吸气压力下降，末级压比增大最明显，末级排气温度最容易超出允许范围。,总压比增加引起各级压力比改变，一级排气量 减小，级数越多压力比变化越小，对排气量影响也越小。 两级压缩机试验，在海拔4500m以下，海拔每升高1000m， 容积系数下降23% ，排气量。,2020/6/28,2. 排气压力改变,a.对排气量影响 单级压缩机的排气压力上升，压比增大，容积系数下降，排气量下降；多级压缩机的排气压力上升，首先是末级压比上升，直至形响

13、到第l级，使第1级排气量减少。级数较多时对排气量的影响较小。,b.对排气温度影响 排气压力上升，主要引起末级排气温度 上升，对其余各级的影响依次减小。反之，排气压力下降，也 只使末级排气温度下降。,2020/6/28,2. 排气压力改变,c.对级间压力影响 排气压力上升，压比增大，容积系数下降，从末级起吸人压力上升，使所有级的级间压力上升。排气压力下降，使所有级的级间压力下降，但是在多级压缩中只有末级的压比变化较为明显、随着级数前移，压比变化迅速减弱。,d.对功率影响 多级压缩机的排气压力上升，仅使末级和 末前级的功率消耗增大，其他级的功耗基本不变。,2020/6/28,3. 吸气温度改变,中

14、间冷却器工作情况的好坏，会影响到各级吸气温度的高低，从而影响到压缩机的排气量、排气压力、排气温度和功率消耗。,a.对排气量影响 吸气温度的变化改变了气体的比体积，使吸入气体的体积有变化。吸气温度愈高，吸人气体愈少。吸人气体的体积差为,压缩机热力参数异常-工况改变对压缩机主要参数的影响,2020/6/28,3. 吸气温度改变,b.对排气压力影响 单级压缩机的吸气温度变化不影响排气压力； 多级压缩机的终了压力力仍不受吸气温度影响， 多级级间压力将随吸气温度的变化而变化。级间温度变化，将影 响到前一级的排气压力和下一级的吸气压力。如级间温度下降， 使前一级的排气压力和压比降低，但后一级压比上升。 c

15、.对排气温度影响 压缩机各级的排气温度在压比一定时，完 全取决于各级的吸气温度，吸气温度上升，排气温度也上升。 d.对功率影响 单级压缩机所消耗功率与吸气温度无关，但多级 压缩机的吸气温度上升，使压缩过程偏离等温压缩线，因而功耗增加。,压缩机热力参数异常-工况改变对压缩机主要参数的影响,24,压缩机热力参数异常-油路故障,压缩机油路包括油泵、注油器以及油路系统中的过滤器、冷却器、管路压力表等部分。 故障主要表现在油压偏低、偏高、油温过高，油量不足，局部润滑不良，注油不正常等方面。 油路系统的故障会引发机器摩擦、发热、烧损、咬死等一系列间题，必须查明原因，及时处理。,往复压缩机故障分析,*,21

16、6,25,往复压缩机故障分析,*,216,1 油压偏低,油泵供油量不足，可能是泵转子间隙过大。磨损泄漏，油位太低，泵吸不上来；,油路故障原因,(2) 润滑油污染，油泵过滤器堵塞；,(4) 油温太高，油的粘度太低；,(3) 油压调节阀(回油阀)漏油，油回流到油池；,(5) 各运动部件(如曲轴、连杆等处的摩擦圈间隙过大；,(6) 油管接头处松动漏油；,(7) 压力表失灵。,26,往复压缩机故障分析,*,216,1 油压偏高,(1) 压缩机运动部件因间隙太小、配合不良、气缸和滑道表面粗糙或磨损等原因，摩擦发热量过大； (2) 径向或轴向轴承故障(如巴氏合金脱落、严重磨损、咬轴辱)； (3) 润滑油粘

17、度过大，摩擦产生的功耗大，油温升高； (4) 润滑油压力偏高； (5) 润滑油冷却效果不好(冷却器小，水侧结垢或曲轴箱散热差)； (6) 油过旅器堵塞等原因引起润滑油供应不足； (7) 润滑油太脏。,油路故障原因,27,往复压缩机故障分析,*,216,1 注油器压力不足或油量不足,(1) 吸油过滤网堵塞或油管堵塞； (2) 注油器柱塞与柱塞套孔磨损； (3) 注油器的止逆阀不严密，供油量过少; (4) 注油器调节不合适。,油路故障原因,28,活塞式氢压机的“非计划停车原因”研究结果,压缩机主要零部件的机械故障,29,压缩机主要零部件的机械故障,1气阀故障 往复式压缩机有60%以上的故障发生在气

18、阀上。据某石化公司对压缩机的故障统计，气阀故障引起的停机次数占总停机次数的85%以上。 气阀一旦发生故障，马上影响压缩机的产气量，降低效率，浪费能源。阀件破损后碎块落人气缸，引起气缸拉毛，活塞和活塞环损坏，带来更为严重的问题。 及时发现气阀故障，诊断出气阀发生故障的原因，采取合理的防治措施，对提高往复压缩机的可靠性，减少停机损失将带来可观的经济效益。,往复压缩机故障分析,*,216,30,压缩机主要零部件的机械故障,1气阀故障 往复式压缩机为了提高产气量，技术上的发展方向是高速、短行程。 转速提高后带来的后果： 一是气流速度增大。阀片两侧压差上升，阀在开启和关闭过程中对阀座和阀挡的冲击速度、冲

19、击力增大，这使阀片受力情况恶化，磨损加剧; 二是单位时间内阀片对阀座和阀档的冲击次数增多，阀片和弹簧更快地发生疲劳破坏； 这些问题的解决需要在气阀结构上、阀片的动力特性上和阀片、弹簧的材料上 进行研究。,往复压缩机故障分析,*,216,31,（1）气阀故障原因,气阀故障，主要是阀片、弹簧破损，气阀密封性差，阀片的开启时间和高度不对以及安装中产生的问题。,往复压缩机故障分析,*,216,(1) 疲劳损坏 由于阀片承受着频繁的撞击载荷和弯曲交变载荷，阀片容易产生疲劳破坏。实际使用证明，阀片主要破坏形式是撞击载荷引起的径向断裂。 (2) 阀片磨损 环状阀片与导向块工作面之间产生的摩擦磨损，可减弱阀片

20、强度，降低使用寿命。磨损量过大时可能阀片可能卡死在导向块上或者失去密封作用。环状阀片在工作时转动，将引起阀片边缘磨损。 介质腐蚀压缩介质本身有腐蚀性或介质中含有水分，工作时冲刷阀片，破坏阀片表面保护膜，在阀片局部地方出现腐蚀麻点或空洞，引起应力集中，产生腐蚀疲劳破坏。 介质不洁,1 阀片损坏,32,（1）气阀故障原因,气阀故障，主要是阀片、弹簧破损，气阀密封性差，阀片的开启时间和高度不对以及安装中产生的问题。,往复压缩机故障分析,*,216,(1) 弹簧从阀片全闭到全启，其载荷由预压缩力变化到最大压缩力，承受脉动循环载荷，引起疲劳破坏。 (2) 弹簧变形时域弹簧孔壁发生摩擦磨损，强度下降而断裂

21、。 (3) 介质对弹簧表面腐蚀，产生麻点、凹坑，引起应力集中，加速弹簧疲劳破坏。 (4) 材质不符合要求，弹簧的加工、热处理有缺陷。,2 气阀弹簧损坏,33,（1）气阀故障原因,气阀故障，主要是阀片、弹簧破损，气阀密封性差，阀片的开启时间和高度不对以及安装中产生的问题。,往复压缩机故障分析,*,216,(1) 阀座密封面不平，表面粗糙度达不到要求。 (2) 密封面被碰伤。 (3) 阀片变形、破裂。 (4)阀隙通道有异物卡住。 (5) 气体温度高，润滑油易变成碳渣卡住密封面。碳渣粘着在阀片和阀座上，使气阀漏气。 (6) 弹簧力过小。 (7) 弹簧端面与轴线不垂直。 (8)阀座、阀片严重磨损。,2

22、 气阀漏气,34,34,分故障析：由润滑油过多造成的液击和油粘滞，导致阀片疲劳损坏。,机故障型：Nuovo Pignone 机故障型： 4HE/3 氢气压缩机,故障现象：阀片最外圈三处断裂，阀片表面故障现象：有积油。阀座、阀盖槽道及表面故障现象：布满积油。,方故障案：采用抗油粘滞好的非金属气阀。,常见故障实例油粘滞（一）,*,216,35,35,机型：沈气氢气压缩机 机故障型： 4M20-75/320,分故障析：润滑油过多且较粘，造成液击和油粘滞。,故障现象：阀片发生鼠咬状损坏。,常见故障实例油粘滞（二）,*,216,36,36,机故障型：上海D-R氮氢压缩机,方故障案：改用流通性好、抗杂质性

23、能好的非金属气阀。,故障现象：槽道堵塞，密封面有大量粉尘。,分故障析：介质较脏，造成泄漏严重， 气量不足。,常见故障阀堵塞(一),*,216,37,37,布满粉尘和杂质的气阀,常见故障阀堵塞(二),*,216,38,38,常见故障阀较脏,机故障型：某氯碱厂THORMASSON C205 3级 SV,方故障案：清洗气阀，建议检查管道，增加过滤。,故障现象：阀上很脏，有杂质、油污。,分故障析：管道、介质很脏。,*,216,39,39,机故障型：某塑料部2PE SULZER 6B 5A1.45,方故障案：建议客户关注油气过滤器中润滑油的排放。2、3级气阀被堵怀疑是工艺控方故障案：制有问题，使高聚物在

24、压缩机内提前产生。,分故障析：1级进口油气过滤器清理不及时，润滑油与气体一起进入气缸，低聚物与分故障析：油的混合物产生液击。2、3排气阀槽道被较硬的高聚物堵塞，弹簧孔也被分故障析：堵塞，无法自由运行。,故障现象：1级进气阀阀片断裂；2、3级排气阀温度高,常见故障油与低聚物的混合物(三),*,216,40,40,常见故障螺纹断裂（一）,机故障型：沈气闪蒸气压缩机2D3.5-3.5/6.5-38.5 机故障型：（主要介质为CO、CO2等）,分故障析：由于气阀压阀罩没有压紧，造成气分故障析：阀在工作时发生转动和窜动，使螺分故障析：母防松部位强度不足而发生断裂。,方故障案：实行正确的气阀安装。,*,2

25、16,41,41,常见故障螺纹断裂（二）,故障现象：二级排气阀105R，中心螺栓在定位销处断裂。阀座上的定位故障现象：销也发生错位。,机故障型：某空压机 LW-16/40,分故障析：该机压阀罩是与气阀中心螺栓通过套筒连接。一旦压阀罩拧分故障析：得太紧，螺栓将会被剪断。,方故障案：实行正确的气阀安装。,*,216,42,42,常见故障螺纹断裂（二）,分故障析：阀体上外圆有明显的磨擦痕迹，应是气阀安装不紧，在阀窝及分故障析：压阀罩内转动所致。,故障现象：同心阀30R/54C中心螺栓断裂，阀片断裂。,方故障案：实行正确的气阀安装。,*,216,43,43,分 析：阀片的倾侧运动造成阀片外周 发生断裂

26、。,故障现象：2级排气阀在使用两个多月 故障现象：后，发生阀片断裂。,方 案：双缓冲设计，减少倾侧运动。,常见故障阀片外缘断裂,*,216,44,44,常见故障液击,机故障型：华北制药华盈公司氢压机 机故障型：重气压缩机V-3/150,方故障案： 减小注油量。,故障现象：弹簧片呈现鼠咬状损坏。,分故障析：压缩机注油量太大，造成液击。,*,216,45,45,由偏吹造成的“阴阳脸”,常见故障偏吹,*,216,轴向布置的气阀，由于气阀布置空间 的限制，气阀的一部分面积处于气缸 直径以外的位置。处于气缸工作腔部 位的气阀受气流推力大，偏置在气缸 直径外的部位则由于气流偏吹，阀片 受气流推力小，从而造

27、成阀片运动时的 倾侧现象。,46,46,常见故障腐蚀（一）,故障现象：因工艺控制失误，使气阀阀片遭受酸性腐蚀（HCL）,分故障析：在正常流程中，介质没有腐蚀，以往使用记录良好。,方故障案：建议改善流程控制，气阀不作修改。,*,216,47,47,常见故障腐蚀（二）,因腐蚀造成的阀体“点蚀”,*,216,48,48,常见故障过滤器出现故障,压 缩 机：某石化厂JSW机,故障现象：过滤器出现故障，气阀被融化的聚合物覆盖。,*,216,49,49,常见故障卸荷器问题,机故障型：厦门惠尔康 Atlas 40S60,故障现象：阀片断裂，卸荷器叉脚在槽道中转动，叉脚磨损了3mm,方故障案： 在阀上增加防转

28、结构。,分故障析：由于气流的不稳定导致叉脚转动。,*,216,50,50,常见故障氮气试车问题,机故障型：独山子炼油厂沈气 机故障型： 4M50-18/24-180-BX 机故障型：（加氢裂化新氢压缩机）,故障现象：3级进气阀阀片在有卸荷叉叉脚故障现象：作用的地方断裂,分故障析：在氮气试车工况下，所需的卸分分故障析：荷力远远大于氢气工况下的卸荷分故障析：力。如果提供的卸荷力不足，阀分故障析：片将产生颤振，导致阀片断裂。,方故障案：建议客户不要在氮气工况下卸荷。,*,216,51,(2)气阀漏气鉴别方法,某一级排气阀漏气：,往复压缩机故障分析,*,216,该级排气温度升高，排气压力下降，而且该级

29、的排出气量不足，使前级排气压力上升。 可测量该级阀盖上的温度是否升高，本级排气压力是否下降，前级排气压力是否上升的方法来识别。,52,(2)气阀漏气鉴别方法,某一级吸气阀漏气： 该级吸气阀部位温度升高。同时由于该级吸人气体又在压缩过程中泄漏出去，使前级排气压力上升，而后面各级因吸人气量不足，排气压力下降。 第1级吸气阀漏气： 随后各级气量下降，各级排气压力也相应下降，因此可从各级排气压力和气量是否下降来加以辨别。,往复压缩机故障分析,*,216,53,（3）提高气阀耐用性的措施,a. 校核阀片运动规律 各种压缩机阀片在活塞运动过程中都有一定的开启时间和关闭时间，因此有人想到，正常阀片的启闭时间

30、应该符合一般统计规律.戴维斯根据大量气阀使用结果.提出了一个判别气阀可靠性的准则。他指出阀片运动中有三个重要指标和转角指标。,往复压缩机故障分析,*,216,54,在三个角中， 是关键， 由实验统计分析，提出了保证气阀可靠工作的 两个条件: 式中 气阀假想关闭角，即假定无气体推力时，阀片在弹簧力作用下，从全开位置降落到阀座上所需时间对应的曲柄转角，(。); 关闭角。指阀片开始脱离升程限制器，直到活塞到达止点的时间所对应的曲柄转角，（。); 开启角。指阀片在气体推力作用下克服弹簧力到达全开的瞬时位置开始，到活塞运动止点这段时间所对应的曲柄转角，(。)。,往复压缩机故障分析,*,216,（3）提高

31、气阀耐用性的措施,*,216,55,往复压缩机故障分析,（3）提高气阀耐用性的措施,56,建立这两个可靠性准则的主要意义在于用来分析和修正一些故障很多的气阀。如果这些气阀不符合该准则，而且经常出现故障时，处理的方法有: 调整关闭状态时弹簧的预压缩量 ; 调整弹簧的刚度系数K; 调整阀片升程h; 改变阀片厚度和设置缓冲片。,往复压缩机故障分析,*,216,（3）提高气阀耐用性的措施,57,b.改变气阀结构 阀片开启高度降低后，气阀的流通缝隙面积将减小，气流阻力增大，补偿的方法是增加阀座的通道数、采用多环窄通道气阀。这样既可增大气流在阀隙中流通的面积，又可改善阀片的受力状态。 由于阀片开启时比关闭

32、时速度要快，一般认为撞击限制器的速度约为撞击阀座速度的三倍。因此在机构上可以采取措施，比如在限制器嵌装橡皮、采用气阀垫等，以增加缓冲作用。,往复压缩机故障分析,*,216,（3）提高气阀耐用性的措施,58,b.改变气阀结构 （控制阀片升程，减少倾侧运动） 对于转速较高的压缩机，为了提高气阀耐用期，需采用较小的阀片开启高度（阀片升程），这样可以减小阀片的撞击速度，确保气阀及时关闭，改善气阀的运动频率特性。,往复压缩机故障分析,*,216,（3）提高气阀耐用性的措施,轴向布置的气阀，由于气阀布置空间的限制，气阀的一部分面积处于气缸直径以外的位置。处于气缸工作腔部位的气阀受气流推力大，偏置在气缸直径

33、外的部位则由于气流偏吹，阀片受气流推力小，从而造成阀片运动时的倾侧现象。 降低阀片的升程和减少气阀布置的偏置程度将会减少阀片的倾侧程度。,59,调整弹簧力 采用特性较硬的弹簧或变刚性弹簧。使阀片在开启过程中增加其缓冲能力。 对于转速较高的压缩机,阀片弹簧应采用钢丝直径较粗、中径较大，工作圈数较多，阀片全开后总变形最较小的弹簧，这样，弹簧的工作应力就较小，耐用期较长，同时因为阀片的撞击速度降低后阀片的寿命也得到了提高。 但是气阀弹簧力也不能过强，否则气阀会过早关闭。弹簧力过强的极端情况。将导致气阀产生振颤现象。,往复压缩机故障分析,*,216,（3）提高气阀耐用性的措施,60,d.阀片边缘倒圆角

34、 由于阀片的破坏主要是在撞击载荷下由阀片边缘开始的径向断裂，所以阀片边缘应倒圆角，以消除产生在边缘的应力集中。对环状阀片，倒圆角的半径较小，一般取r=0.20.5mm。对于网状阀片，由于破坏多数发生在外圈边缘，因此在外缘应倒大圆弧，一般取R=5 -7mm。,往复压缩机故障分析,*,216,（3）提高气阀耐用性的措施,61,e. 改善阀片制造工艺 据资料介绍，阀片磨削的残余应力可达200MPa以上。阀片残余应力的存在将缩短阀片的使用寿命。为此可采用小磨削量，精磨后进行补充回火处理。 f. 控制压缩气体中的油水含量 实际操作证明，压缩气体中油水含量较多时，阀片使用寿命迅速下降.因为注入气缸的润滑油

35、和气体压缩时析出的水分混合，流过气阀时就粘附在阀座和阀挡上，阀片和密封口接触时液膜产生的附着力将阻碍阀片运动，引起阀片的开启和关闭滞后。当阀片克服附着力而脱离密封口后.以很大加速度撞击阀座或阀挡，从而降低了阀片的使用寿命。,往复压缩机故障分析,*,216,（3）提高气阀耐用性的措施,62,（4）气阀故障诊断方法的研究,气阀故障主要表现为阀片损坏、弹簧折断和气阀漏气方面，其实这三种故障常常互为因果的。 因此，利用阀片冲击力的变化、气阀有否产生泄漏等特征参数来判断阀片和弹簧故障。是当前研究利用振动信号诊断气阀故障的主要方法之一。 监测气阀的故障信号，除了观察压缩机的热力参数变化之外如压缩机各级吸、

36、排气压力变化、气量变化、阀腔内温度变化以及压力脉动变化等)，更主要的是希望从气阀工作过程中产生的动力性能变化来诊断放障。目前对气阀故障进行监测和诊断的主要方法如下：,往复压缩机故障分析,*,216,63,在压缩机气阀阀盖上用传感器拾取振动信号或噪声信号，然后对信号进行分析处理和故障识别。 在气阀阀室内用位移传感器拾取阀片运动规律信号，校核阀片运动规律。 引出气缸的压力，作出气缸内的P-V示功图，从示功图的变化上判别气阀故障， 测量吸、排气腔内的脉动压力和温度变化诊断气阀故障。,往复压缩机故障分析,*,216,64,第种方法使用很方便，不需要在阀体上开孔安装传感器。但是在阀盖上的测振传感器接收到

37、的信号中混有很多机器其他运动部件的信号，对信号的处理和识别难度较大，需要对各种型式的压缩机进行深人研究。 第种方法虽然能直接测到阀片的运动状态，而且还能得到阀片位移随曲柄转角或时间变化的关系，信号受环境的影响很少。但是对阀片位移测量需要在阀座或升程限制器上开孔安装传感器，这在实际应用中有一定困难。对阀片运动规律的测录主要用来分析气阀工作的好坏，指导气阀的设计和改进。 第种方法已在一些大型的、重要的压缩机上获得应用，已有不少人设计出各种形式的气缸压力引出装置，有些压缩机出厂时已在机体上预留出气缸测压孔，可用来作气缸示功图的测量。利用示功图来识别故障，对不同类型的压缩机也需要作深入的研究分析，从正

38、常和异常两种情况的示功图对比上确定对哪一类故障是敏感的。 第种方法对诊断气阀故障的有效性还需作进一步研究。,往复压缩机故障分析,*,216,65,活塞杆故障 往复式压缩机的活塞杆断裂事故也较常见，据报道约占重大事故的25%左右，对于使用比较普遍的对称平衡型压缩机，活塞杆断裂的事故率达到51.5，在石化行业，重整氢气压缩机也屡有活塞杆断裂事故发生。 活塞杆断裂，不仅损坏活塞和气缸，而且还由于其他零部件的连锁性破坏，使易燃、易爆或有毒气体向外泄漏，带来人员伤亡、生产装置毁坏等一系列严重事故，因此在操作中必须予以足够重视。 活塞杆发生断裂的地方多数是在活塞连接处与十字头连接处，其原因如下。,往复压缩

39、机故障分析,*,216,*,216,66,67,活塞杆的螺纹由于螺纹牙型圆角半径小，应力集中严重，容易在循环载荷下产生裂纹和断裂。因此对大型压缩机需用滚压加工。用以消除应力集中。 退刀糟、卸荷槽、螺纹表面的粗糙度达不到要求，容易产生表面裂纹。 活塞杆的材质和热处理有问题，例如存在粗晶、魏氏体组织、偏析以及强度和塑性不符合要求: 连接螺纹松动或连接螺纹的顶紧力不足。 某一级因其他故障原因而严重超载。 活寒杆跳动量过大。 工艺气体腐蚀。,往复压缩机故障分析,*,216,68,为了降低活塞杆与十字头、活塞杆与活塞连接处的主应力幅和螺纹根部严重的应力集中现象，德国BORSIG公司在国际上率先开发了一种

40、机械-液压连接方式的技术，该技术的活塞杆端为无螺纹结构，采用三次施加并释放达150MPa的超高油压，把活塞杆压配人十字头内，便受力零件产生预应力，从而有效地降低大直径活塞杆传统结构中螺纹根部存在严重的应力集中问题，极大地提高了活塞杆工作的可命性。,往复压缩机故障分析,*,216,69,连杆螺栓断裂 连杆螺栓是压缩机最重要的零件之一。它的断裂将造成严重事故.由于连杆螺栓在工作时承受很大的交变载荷和几倍于活塞力的预紧力，因此对它不仅要求具有足够的静强度.更重要的是要有较高的耐疲劳能力。对其结构形状，应力集申情况和装配精度等方面都有严格要求。,往复压缩机故障分析,*,216,70,连杆螺栓断裂 连杆

41、螺栓断裂的原因如下. 连杆螺拴拧得太紧或太松。拧得太紧，螺拴承受过大拉力而折断;拧得太松，工作时螺母松动，连杆大头瓦在连杆体内晃动，螺栓承受过大的冲击力而折断。因此拧紧螺母时要用扭力扳手按要求力矩上紧。或者用测量螺栓伸长量的方法来控制拉紧力。 开口销折断引起连杆螺栓松动、断裂。 连杆螺栓疲劳断裂。 连杆螺栓的材质、锻压 、热处理、加工，探伤和装配有问题(特别要注意螺栓的过渡圆角、退刀槽、螺纹表面的粗糙度是否符合技术要求)。,往复压缩机故障分析,*,216,71,连杆螺栓断裂 连杆螺栓断裂的原因如下. 连杆大头瓦过热，活塞卡住或超负荷运转。连杆螺栓因承受过大应力而折断。 运动部件出现故障，对连杆

42、螺栓产生较大冲击载荷(例如曲轴、卜字头、活塞杆断裂)。 长期使用达5000 8000h，未对连杆螺栓进行磁粉探伤和残余变形测量。如果螺栓有万分之一以上残余变形者均应报废。,往复压缩机故障分析,*,216,72,曲轴断裂 曲轴是压缩机中传递动力的重要运动件。由于承受较大的交变载荷和摩擦磨损，所以对疲劳强度和耐磨性要求较高。曲轴一旦断裂，将使曲轴箱、连杆、十字头或活塞等发生一系列连锁性破坏。曲轴多数发生拐臂处断裂，曲轴断裂的原因如下。 压缩机地基与电动机基础发生不均匀沉降，使联轴器严重不对中附加载荷。曲轴承受巨大的附加载荷 压缩机超载或在紧急停机时产生的剧烈冲击。 安装不正确或工作中气缸轴线发生变

43、化，与曲轴轴线不垂直，使曲轴承受附加弯矩。,往复压缩机故障分析,*,216,*,216,73,74,曲轴断裂 曲轴断裂原因 轴瓦在曲轴上装配不良，支承面贴合不均，间隙过小，轴承发热，轴颈拉沟、咬住或弯曲变形。 轴颈与曲拐过渡圆角是最严重的应力集中点，该处最容易发生疲劳断裂。圆角半径一般取r=(0.050.09)d (d为曲拐轴直径)，其表面粗糙度不大于0.4um如果过渡圆角不圆，表面粗糙，此处易产生裂纹而断裂。 由于设计不合理、材质不良、热处理不合要求，探伤不及时等因素产生裂纹和断裂。,往复压缩机故障分析,*,216,75,活塞卡住、咬住或撞裂 活塞发生卡住、咬住或撞裂的原因： 润滑油质量低劣

44、，注油器供油中断，发生干摩擦，因摩擦发热，阻力增大被卡住、咬住。 气缸冷却水供应不足或气缸过热状态下突然通冷却水强烈冷却，使气缸急剧收缩，(抱缸)，把活塞咬住。 气缸带液(例如，制冷压缩机吸人蒸发器中的液体造成“冲缸”;压缩机吸人气体太潮湿，气体被压缩后有水分析出，发生气缸“水击），可撞裂活塞，甚至击破气缸。,往复压缩机故障分析,*,216,76,活塞卡住、咬住或撞裂 活塞发生卡住、咬住或撞裂的原因： 气缸与活塞间隙太小。 气缸内掉入活塞螺母、气阀碎片等坚硬物，活塞撞击时碎裂。 活塞材质不良、铸件质量低劣，强度达不到要求。,往复压缩机故障分析,*,216,*,216,77,*,216,78,气

45、缸磨损,79,往复压缩机故障分析,*,216,气缸内有异物，此时气缸镜面也有轴向的沟状磨痕； 活塞环材质不合适； 注油不适当，包括注油孔位不适当，压缩机汽缸润滑油牌号错， 注油量偏少； 汽缸或缸套硬度偏低，汽缸镜面易拉毛； 活塞环在环槽中的轴向间隙偏小； 活塞环开口间隙小； 活塞环轴向高度和径向宽度尺寸偏小； 气缸工作温度过高； 汽缸内有液相水分使汽缸锈蚀；（气缸渗水，介质含水） 被压缩介质过脏。,1 磨损过快,活塞环故障,被压缩气体如果含有过多的粉尘、金属粉末、非金属纤维和水分等杂质，一旦进入汽缸，就会有一部分杂质黏附甚至嵌入活塞环、支承环表面，造成相关间隙变小，加速环的不均匀磨损，严重降低

46、活塞环、支承环的使用寿命。,*,216,80,81,往复压缩机故障分析,*,216,(1) 汽缸镜面拉毛，活塞环也拉毛； (2) 活塞环断裂； (3) 活塞环过量磨损； (4) 活塞环开口漏气，聚四氟乙烯活塞环应尽量采取搭接口、T形环或双环结构，减少环开口处漏气。,1 密封性能差气体向低压级倒流，排气压力低,活塞环故障,活塞环故障,*,216,82,除造成活塞环寿命短和密封性能差的上述原因外，活塞杆的跳动超差也是原因之一，尤其对高压级活环影响很大。当活塞环跳动超过0.1mm时，就很难保证活塞环寿命。若跳动超过0.2mm时，活塞环的寿命仅为跳动值小于0.064mm的活塞环寿命的1/41/5。,往

47、复压缩机故障分析,填料函故障,216,83,往复压缩机故障分析,1 密封性能差漏气,(1) 密封圈的过量磨损； (2) 密封圈拉伸弹簧弹力过小或断裂； (3) 密封圈轴向间隙不适合，间隙过大时填料窜气（一级填料），间隙过小时密封圈不能随活塞杆移动，造成漏气； (4) 冷却差，特别是聚四氟乙烯密封圈必须冷却可靠； (5) 注油量和油质不合理； (6) 活塞杆过量磨损； (7) 锥形填料圈按锥角大小排列顺序装错位置； (8) 聚四氟乙烯密封圈无防冷流设计； (9) 聚四氟乙烯密封圈的配方、原材料、压制和烧结工艺不合理，或对实际使用工况的适应性差； (10) 气体不清洁，有异物进入填料函； (11)

48、 密封圈磨损补偿性能差； (12) 填料函内零件加工不合理，不符合图形要求； (13) 填料函组装不合理； (14) 活塞杆跳动偏大。,填料函故障,216,84,往复压缩机故障分析,1 填料函发热活塞杆发热、变色，填料函冒烟,(1) 塑料密封圈轴向间隙小； (2) 密封圈设计不适合； (3) 密封圈材质差； (4) 冷却失效； (5) 润滑失效； (6) 密封圈与活塞杆未磨合； (7) 聚四氟乙烯密封圈冷流严重，冷流的聚四氟乙烯进入填料盒与活塞杆之间。,*,216,85,86,压力,切向环内径处杯槽印痕,径向环上阻流环印痕,切向环,阻流环,径向环,径向环,切向环,阻流环,压力,*,216,87

49、,*,216,88,压缩机故障振动,曲柄连杆机构的运动惯性力 往复式压缩机的运动部件是一整套曲柄连杆机构，这套机构在工作时既有加速和减速运动，又有旋转和往复运动。压缩机在工作负荷下，作用在活塞、连杆、十字头和曲轴上的力有惯性力、气体力和摩擦力。 惯性力有两种：旋转惯性力和往复惯性力 气体力和摩擦力属于机器的内力，不会传递到基础上去，只影响到机身、中体、缸体、缸盖以及各运动零部件的受力状况和机器的磨损和功耗状况。,往复压缩机故障分析,*,216,89,压缩机故障振动,曲柄连杆机构的运动惯性力 旋转惯性力、往复惯力、旋转阻力矩都是随曲柄转角变化的自由力和力矩，它们作用于机体轴承座上，通过地脚螺栓传

50、给基础，使基础产生振动。而基础对机体的反作用力也同样使机器产生振动。 另外，活塞力通过连杆，作用在曲轴上的一个垂直于气缸轴线分力与十字头作用在滑道上的侧向力，构成一个有使压缩机倾倒趋势的倾覆力矩，该力矩也是一个随曲柄转角而周期性变化的自由力矩，传递到基础，也会引起基础振动。,往复压缩机故障分析,*,216,90,在压缩机的几个自由力及力炬中，惯性力的周期性变化是压缩机产生振动的主要原因，下面简要介绍这两种惯性力的形成。,往复压缩机故障分析,*,216,91,(1)活塞的位移、速度和加速度 当曲柄轴转过角时，连杆的摆角为，活塞的位移量为 令 式中称为连杆的长径比，活塞式压缩机的值一般在1/3.5

51、1/0.6范围内 。 因为 右边按二项式公式展开，并略去人高次项可得 则,往复压缩机故障分析,*,216,92,对时间t求导数，可得活塞的运动速度 活塞运动的加速度为上式对时间t求导数,往复压缩机故障分析,*,216,93,（2)曲柄连杆机构的旋转惯性力和往复惯性力 旋转惯性力主要是由曲轴的质量不平衡产生，另外连杆的刚体平面运动有一部分质量可转化为旋转运动质量.一部分转化为往复运动质量。整个机械的旋转惯性力可表示为 式中 mr 一旋转运动部分的总质量、它包括由曲轴产生的旋转运动质量和连杆大头部分转化过来的旋转运动质量； r 曲柄旋转半径; 曲柄旋转角速度。 旋转惯性力引起机器的振动像不平衡振动

52、一样，产生每转一次的转速频率振动，这种振动可以通过平衡方法把旋转惯性力基本消除掉，即在旋转惯性力所指的相反方向上施加平衡质量。,往复压缩机故障分析,*,216,94,往复运动的惯性力是由往复运动部件的加速度产生。假定往复运动部件的总质量为ms(它包括了活塞组件和连杆小头部分的转化质量)，则往复运动的惯性力为: 上式中往复运动的惯性力F;由两部分组成: 称为一阶往复惯性力，力的变化周期等于曲轴旋转一周的时间，且在=时为最大，因此一阶往复惯性力引起的振动频率为机器的转速频率。 称为二阶往复惯性力，力的变化周期相当于曲轴旋转半周的时间，且在和时为最大，因此二阶惯性力引起的振动频率为转速频率的2倍。,

53、往复压缩机故障分析,*,216,*,216,95,96,几种型式压缩机的不平衡往复惯性力的大小和方位,往复压缩机故障分析,*,216,97,压缩机故障振动和不正常声音 (1)故障振动 往复式压缩机由于存在旋转惯性力、往复惯性力及力矩，将会引起机器和基础的振动。 往复式压缩机由于间歇性吸气和排气，气流的压力脉动还会引起管路振动。如果气流脉动频率恰好与气柱或管道自振频率相同，就会产生管道共振，这种共振将带来严重的后果，不仅引起压缩机和基础、管道各连接部分松动，严重时甚至会振裂管道。,往复压缩机故障分析,*,216,98,往复式压缩机故障振动的部位及原因,往复压缩机故障分析,*,216,99,压缩机

54、机体振幅的大小与机器的结构型式有关，在同样的激振力下。一般立式、卧式、移动式的压缩机振幅要大于角度式、固定式的压缩机。中国现行往复式压缩机机械振动测量与评价标准(GB/T777-87)是通过对压缩机机体外表面不同高度和不同方向上(X,Y、Z三个方向)进行振动测量取其最大的振动速度有效值作为压缩机振动烈度的评定值。振动烈度的分档方法见表4-10。表中各档的比例是1：1.6,即每两个烈度的级差值为4dB。压缩机按不同结构型式分为四类，各类压缩机的振动烈度不允许超过规定的极限值。,往复压缩机故障分析,*,216,100,往复压缩机故障分析,*,216,压缩机的振动烈度GB/T 7777-87),10

55、1,往复压缩机故障分析,*,216,各类压缩机的振动烈度(GB/T 7777-873,102,压缩机的基础振动可引起基础下沉，机器结构部件损坏，与机器连接的管道振动，管件损坏等一系列严重事故，因此对基础的振幅有一定限止 测量振动大都采用测振仪。对于基础振动的测量，可用速度式传感器;对于机体各部位振动的测量可用速度式、加速度式传感器。如果测出的振幅超过允许值，则需要根据上述所列各类可能发生的振动原因寻找故障，否则带病运转，将会加速机器的损坏或出现人身事故。,往复压缩机故障分析,*,216,103,(2)不正常声音 往复式压缩机运行过程中，各运动部件会发出有节奏的与转速一致的正常响声，有经验的工人

56、能从不同响声中判断出压缩机运行是否正常。当响声有刺耳的噪声、撞击声和不规则的节奏时，他们可立即判定机器运转不正常，甚至能判断故障发生的大致部位。,往复压缩机故障分析,*,216,104,往复式压缩机故障声音的部位及其原因,往复压缩机故障分析,*,216,105,利用压缩机在运行中发出的不正常声音来判别故障，常用的监测手段是用听棒测听机器各个部位，也可用机械故障听诊器，它是利用加速度传感器拾取的信号经过滤波、放大，通过耳机测听，比听棒有更高的灵敏度和信噪比。,往复压缩机故障分析,*,216,106,往复式压缩机由于运动部件机构复杂，零部件产生故障振动和故障声音是由多多种原因产生的，而且各种激励力

57、对机器外壳上某测点的振动响应，由于传输途径的干扰也往往难以识别故障。 因此对往复式压缩机进行故障振动和故障声音的状态监测，相对其他旋转机械来说难度较大，故障诊断的研究工作开展得还不很普遍，诊断方法多数还停留于依赖人的五官感觉，或者用一些简单的测试仪器。 国内外也有一些工厂和研究机构注重对往复式压缩机的状态监测与故障诊断技术进行开发研究，已研制出有一定特色的在线监测系统。,往复压缩机故障分析,*,216,107,例如，有些在线监测诊断系统能对机器进行多测点、多参数进行监测，监测参数有压缩机的气体压力、温度、流量、油温、振动、位移，电动机的电压、电流、功率等。 有些监测系统还辅以气缸的示功图监测，

58、阀片运动规律监测，润滑油磨损颗粒监测。监测压缩机运行中是否发生气缸下沉、活塞、活塞杆和填料磨损、气阀损坏、主轴承磨损、曲轴不平衡和运动部件连接松动等方面的故障。,往复压缩机故障分析,*,216,*,216,108,往复压缩机故障分析,对称平衡式空压机故障振动诊断,某钢铁厂空压机站有多台2D12100/8型空气压缩机，曾出现过多起一、二级汽缸十字头连杆断裂事故和基础底脚螺栓松动引起振动的故障。该机型为2列、对称平衡式，结构布置如图8所示。,(1)多台压缩机运行期间，第一次监测，发现该型压缩机的3号机比4号机在测振点 上的振动值高出很多，其中H方向上高出4倍，V方向上高出1倍，A方向高出1倍多。从

59、测振点H方向的频谱图上，3号机的工频成分幅值为2. 1 mm/s，三倍频、5倍频成分的幅值也非常高，而对比4号机同测点同方向上的工频成分箱值，仅为0. 4mm/s 由此确定3号机存在故障。,*,216,109,往复压缩机故障分析,对称平衡式空压机故障振动诊断,由于测振点位于靠联轴节端的轴承座上，初步诊断为联轴器对中不良或该端机座松动。经过检查，发现曲轴箱靠电动机端的底座地脚螺钉松动情况严重，引起该处测点很到的振幅。停机后紧固地脚螺栓，振幅就大幅度下降。,*,216,110,往复压缩机故障分析,对称平衡式空压机故障振动诊断,第二次监测，发现4号机测点三个方向上的振幅较上一次测量有较大幅度上升，振动呈迅速上升趋势， 半天时间，同一测点上4号机比3号机通频振幅大了几乎