【壓縮機(jī)網(wǎng)】引言

　　目前，隨著技術(shù)進(jìn)步，全無油潤滑往復(fù)活塞壓縮機(jī)，因其采用密封脂潤滑及自潤滑材料，對(duì)壓縮介質(zhì)無污染，結(jié)構(gòu)較為簡單，成本不高，所以應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。例如目前有高中低壓的氧氣、氦氣、六氟化硫氣、天然氣、氮?dú)狻⒍趸細(xì)?、氫氣、空氣等氣體介質(zhì)的全無油潤滑往復(fù)活塞壓縮機(jī)。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示，從能源角度來看，僅空氣壓縮系統(tǒng)電能消耗就占工業(yè)能耗的8～10%左右，可見壓縮機(jī)用途之廣泛。因此，全無油潤滑往復(fù)活塞壓縮機(jī)作為壓縮機(jī)家族的一分子，以其所具有的優(yōu)點(diǎn)，越來越被廣大用戶所接受，市場(chǎng)占有率逐年提高，成為一種通用設(shè)備。實(shí)踐證明，通用技術(shù)設(shè)備——全無油潤滑往復(fù)活塞壓縮機(jī)，在工藝流程中可以擔(dān)負(fù)重要作用，使用可靠性被用戶所認(rèn)可。那么如何提高全無油潤滑往復(fù)活塞壓縮機(jī)的可靠性，就成為全無油潤滑往復(fù)活塞壓縮設(shè)計(jì)制造及使用者面臨的一大課題。

　　一、全無油潤滑往復(fù)活塞壓縮機(jī)的可靠性及故障

　　1、全無油潤滑往復(fù)活塞壓縮機(jī)的可靠性

　　在機(jī)械工業(yè)中，可靠性是指在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力，它包含了設(shè)計(jì)的可靠性、可維修性和耐久性等幾大因素。對(duì)一種機(jī)械產(chǎn)品而言，它的可靠性越高越好，可靠性越高意味著無故障工作的時(shí)間越長。全無油潤滑往復(fù)活塞壓縮機(jī)，其可靠性是指在特定的工藝流程條件下，全無油潤滑往復(fù)活塞壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)無故障工作的能力。評(píng)價(jià)這種能力有兩種方式：一是平均無故障時(shí)間，二是平均無故障使用次數(shù)。由于全無油往復(fù)活塞壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：零部件較多、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)無稀油潤滑、活塞密封件完全無潤滑地往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，因此發(fā)生故障的概率也比較大，故障是全無油潤滑往復(fù)活塞壓縮機(jī)可靠性的最大影響因素。

　　2、全無油潤滑往復(fù)活塞壓縮機(jī)的故障

　　全無油潤滑往復(fù)活塞壓縮機(jī)，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，技術(shù)趨于成熟，應(yīng)用也比較廣泛，全無油潤滑往復(fù)活塞壓縮機(jī)的故障分析如下：

　　全無油潤滑往復(fù)活塞壓縮機(jī)屬于曲柄連桿機(jī)構(gòu)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，與往復(fù)壓縮機(jī)的故障相似，主要分為兩類:機(jī)械性能故障和熱力性能故障。機(jī)械性能故障主要有壓縮機(jī)運(yùn)行過程中的噪聲過大，振動(dòng)導(dǎo)常及機(jī)體過熱等；熱力性能故障主要有壓縮機(jī)的壓力、排氣量、溫度等熱力學(xué)參數(shù)異常或超過壓縮機(jī)的設(shè)定值等。

　　2.1 機(jī)械性能故障

　　(1)壓縮機(jī)振動(dòng)異常

　　壓縮機(jī)的部件出現(xiàn)松動(dòng)和磨損是引起壓縮機(jī)異常振動(dòng)的主要原因。壓縮機(jī)在正常工作過程中會(huì)有一定的振動(dòng)，只要振動(dòng)幅度在一定范圍內(nèi)，則這種振動(dòng)是正常的；如果振動(dòng)幅度超過一定值，則就屬于振動(dòng)異常。當(dāng)壓縮機(jī)的運(yùn)行時(shí)間過長時(shí)，各部件不可避免地會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)和磨損的現(xiàn)象，這樣就會(huì)使各部件的連接不好，出現(xiàn)使機(jī)組不再維持平衡的慣性力及較大幅度的氣流脈動(dòng)，最終使振動(dòng)加劇。

　　全無油潤滑往復(fù)活塞壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副采用的是密封的滾動(dòng)軸承，其密封的潤滑脂往往是一次性的，并且相較于滑動(dòng)軸承，其承載能力弱，一但這些軸承損壞，則壓縮機(jī)的振動(dòng)往往明顯加劇。

　　(2)壓縮機(jī)噪聲異常

　　壓縮機(jī)是一種高噪設(shè)備，是一種綜合性的機(jī)械噪聲源。從性質(zhì)上講，它包含了機(jī)械性噪聲和空氣動(dòng)力性噪聲兩種類型。全無油潤滑往復(fù)活塞壓縮機(jī)運(yùn)行過程中的機(jī)械噪聲，主要是氣缸內(nèi)的敲擊聲及曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)副軸承損環(huán)而出現(xiàn)的磨擦聲。敲擊聲又分為正常的敲擊聲和非正常的敲擊聲。正常的敲擊聲有調(diào)節(jié)器動(dòng)作產(chǎn)生的敲擊聲、閥門開啟產(chǎn)生的敲擊聲等;非正常的敲擊聲是氣缸內(nèi)的敲擊聲、機(jī)身內(nèi)部的敲擊聲等。氣缸內(nèi)的敲擊聲產(chǎn)生的主要原因有氣缸進(jìn)水、氣缸內(nèi)有異物、活塞歪斜、活塞與活塞桿的配合出現(xiàn)松動(dòng)、氣缸和活塞支承環(huán)磨損嚴(yán)重等;機(jī)身內(nèi)的敲擊聲產(chǎn)生的主要原因有十字頭與滑道的間隙過大、曲軸的平衡鐵出現(xiàn)松動(dòng)、曲軸的緊固件出現(xiàn)松動(dòng)、十字頭銷與十字頭體的配合間隙過大等。

　　全無油潤滑往復(fù)活塞壓縮機(jī)，氣缸全無油潤滑，采用自潤滑的密封及活塞支承材料，相較于金屬密封環(huán)，氣缸與活塞間的間隙要大很多，其磨損后也會(huì)影起壓縮機(jī)運(yùn)行噪聲明顯異常。

　　壓縮機(jī)飛輪安裝不當(dāng)或聯(lián)軸器的裝配不好、軸與飛輪的配合松動(dòng)時(shí)也會(huì)引起其它部件的敲擊異常。

　　設(shè)計(jì)時(shí)，壓縮機(jī)變型使用，若活塞力較大，飛輪矩過小，引起旋轉(zhuǎn)不均勻度過大，也會(huì)產(chǎn)生敲擊聲。這種情況一般新機(jī)器就會(huì)出現(xiàn)。

　　(3)壓縮機(jī)過熱

　　壓縮機(jī)在工作的過程中由于不斷對(duì)壓縮介質(zhì)進(jìn)行壓縮做功，因此導(dǎo)致產(chǎn)生的熱量較多，冷卻水或冷風(fēng)雖然可以帶走一部分熱量，但由功耗大產(chǎn)生的熱量多，加之換熱器受限，壓縮過程產(chǎn)生的熱量不可能完全被冷卻水或涼風(fēng)帶走，這就導(dǎo)致活塞、氣缸、氣閥等部件的溫度偏高，使機(jī)體的溫度經(jīng)常維持在高溫狀態(tài)，而高溫會(huì)給壓縮機(jī)的正常運(yùn)行帶來危害。如果壓縮機(jī)氣缸的排氣溫度在260℃以上時(shí)，非金屬的自潤滑密封環(huán)可能會(huì)直接氣化，從而致壓縮機(jī)完全失效，如果在這樣的情況下，壓縮機(jī)沒及時(shí)停止還在繼續(xù)運(yùn)行，壓縮機(jī)活塞直接與氣缸相接觸產(chǎn)生干摩擦，零部件急劇磨損，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)鸨ê妥哺资鹿?。壓縮機(jī)機(jī)體過熱產(chǎn)生的原因較多，主要有冷卻水不足、級(jí)間冷卻效果不好、不良、活塞桿彎曲、零部件間摩擦過大等。所以，一般地，全無油潤滑往復(fù)活塞壓縮機(jī)的級(jí)壓縮比不能取得太大。

　　全無油潤滑往復(fù)活塞壓縮機(jī)，目前受軸承承載能力所限，基本裝機(jī)功率不會(huì)太大。所以就冷卻方式來講，有不少是風(fēng)冷型的機(jī)器，對(duì)于風(fēng)冷型的壓縮機(jī)，就要注意使用環(huán)境溫度及風(fēng)扇和換熱器的運(yùn)行狀況。一但通風(fēng)不良，壓縮機(jī)溫度急劇上升易導(dǎo)致故障出現(xiàn)。

　　2.2 熱力性能故障

　　(1)氣量不正常

　　氣量不正常是指壓縮機(jī)處理工作介質(zhì)的進(jìn)氣量或排氣量與正常工作時(shí)的值相差較大。引起壓縮機(jī)氣量不正常的原因比較多，這是因?yàn)?，由克拉珀龍方程可知，氣量、壓力、溫度等各個(gè)熱力學(xué)參數(shù)之問都是相互影響的，任何一個(gè)熱力學(xué)參數(shù)發(fā)生改變都會(huì)引起氣量的變化。總的來看，引起壓縮機(jī)氣量不正常的原因主要有壓縮機(jī)氣閥密封變差，壓縮機(jī)活塞密封環(huán)及填料密封環(huán)等密封件磨損過大而失效，以及氣缸、連接管道等密封不好發(fā)生泄漏。

　　(2)級(jí)間壓力不正常

　　全無油潤滑往復(fù)活塞壓縮機(jī)，根據(jù)不同工況，有單級(jí)與多級(jí)壓縮，這可以節(jié)省壓縮機(jī)的能耗，還可以提高壓縮機(jī)的性能。多級(jí)壓縮，級(jí)間冷卻的工作形式，在正常的工作過程中，后一級(jí)的進(jìn)氣應(yīng)力應(yīng)約等于前一級(jí)的排氣壓力，如果壓縮機(jī)中的任何一級(jí)的壓力參數(shù)出現(xiàn)異常都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)壓縮機(jī)的各級(jí)間壓力出現(xiàn)異常的現(xiàn)象，通常來說，產(chǎn)生級(jí)間壓力不正常的原因主要有活塞壞磨損、氣閥等部件損壞。如某級(jí)排氣壓力升高，則是后一級(jí)氣閥出現(xiàn)故障。

　　(3)排氣壓力異常

　　排氣壓力出現(xiàn)的異常情況主要是壓縮機(jī)的排氣壓力降低，壓縮機(jī)壓縮后的氣體量不能滿足正常的流量需求，壓縮機(jī)達(dá)不到設(shè)計(jì)的氣量要求。如果不是因?yàn)楣に嚫淖?，用氣量增加，?dāng)排氣壓力降低時(shí)，很有可能是壓縮機(jī)出現(xiàn)了故障。這些故障的原因與氣量不正常及級(jí)間壓力不正常的原因有些相似，主要也是密封環(huán)與氣閥故障。

　　(4)排氣溫度異常

　　在壓縮機(jī)工作過程中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)排氣溫度增高的現(xiàn)象，出現(xiàn)這種情況最可能的原因是壓縮機(jī)的級(jí)間冷卻效果出現(xiàn)惡化，這樣就會(huì)使下一級(jí)的排氣溫度升高，不僅影響了壓縮機(jī)的效率，而且也危害了壓縮機(jī)的正常運(yùn)行。在排氣溫度出現(xiàn)異常的情況下，應(yīng)綜合考慮壓力、溫度、氣量等各參數(shù)之間的關(guān)系，找出問題的根源。

　　二、提高全無油潤滑往復(fù)活塞壓縮機(jī)可靠性的方法探討

　　上文對(duì)壓縮機(jī)中可能產(chǎn)生的故障進(jìn)行了分析，要提高全無油潤滑往復(fù)活塞壓縮機(jī)工作的可靠性，最關(guān)鍵的是對(duì)這些故障進(jìn)行預(yù)防，在出現(xiàn)故障的情況下能迅速找出故障的原因，及時(shí)排除故障。

　　(1)做好故障的預(yù)防工作

　　由于全無油潤滑往復(fù)活塞壓縮機(jī)用于工藝流程，一旦出現(xiàn)故障，會(huì)影響整個(gè)工藝系統(tǒng)的進(jìn)行；又由于全無油潤滑往復(fù)壓縮機(jī)是改型設(shè)計(jì)以應(yīng)對(duì)特殊工況，因此必須要加強(qiáng)全無油潤滑往復(fù)活塞壓縮機(jī)故障的預(yù)防工作。

　　應(yīng)從設(shè)計(jì)的角度把控故障率，即優(yōu)選壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)方案，嚴(yán)格控制壓縮機(jī)的活塞力，嚴(yán)格控制壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速。壓縮機(jī)的離心力與旋轉(zhuǎn)速度的平方成正比例，轉(zhuǎn)速的提高對(duì)壓縮機(jī)的振動(dòng)、壓縮機(jī)的換熱等都會(huì)產(chǎn)生明顯的影響，從而導(dǎo)致壓縮機(jī)的可靠性降低。

　　零部件結(jié)構(gòu)要進(jìn)行設(shè)計(jì)與計(jì)算，嚴(yán)選零部件的抗疲勞及抗磨損強(qiáng)度。機(jī)械零件的強(qiáng)度受材料的性能、尺寸、表面質(zhì)量及工作時(shí)間等影響，均為隨機(jī)變量。機(jī)械零件的應(yīng)力受載荷工況、應(yīng)力集中、工作溫度、潤滑狀態(tài)等也都是隨機(jī)變量，它們都呈一定的分布狀態(tài)，設(shè)計(jì)中其安全系數(shù)都要大于1。

　　全無油潤滑往復(fù)活塞壓縮機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，要綜合考慮壓縮機(jī)的可維修性。為了能以最少的人力、物力和時(shí)間，而又不要求較高的操作水平，取得最好的維修效果。

　　應(yīng)對(duì)全無油潤滑往復(fù)活塞壓縮機(jī)在運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的故障及原因進(jìn)行匯總，比如對(duì)容易磨損的零部件進(jìn)行定期更換以防止壓縮機(jī)效能下降。同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)壓縮機(jī)的檢修工作，采用先講的檢測(cè)技術(shù)對(duì)壓縮機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)監(jiān)控，如采用壓力與溫度傳感器結(jié)合PLC控制進(jìn)行故障判斷及維護(hù)提示。

　　(2)做好壓縮機(jī)故障的診斷工作

　　壓縮機(jī)在運(yùn)行過程中不可避免地要出現(xiàn)故障，如果能對(duì)故障進(jìn)行及時(shí)排除則會(huì)在很大程度上提高壓縮機(jī)運(yùn)行的可靠性。排除故障的前提是找出故障，如前面所述，壓縮機(jī)故障的類型和原因較為復(fù)雜，這給故障的診斷帶來了困難。為了提高全無油潤滑往復(fù)活塞壓縮機(jī)故障診斷的效率，結(jié)合壓縮機(jī)工作流程，可以采用故障樹分析法，對(duì)故障進(jìn)行診斷。故障樹本質(zhì)上是一幅邏輯關(guān)系圖，在這幅圖中以邏輯關(guān)系的形式將壓縮機(jī)的故障和引起故障的原因進(jìn)行層層表示出來，當(dāng)壓縮機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，根據(jù)故障的表現(xiàn)，結(jié)合故障樹并借助PLC等示出的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以很方便地找出故障，這是目前系統(tǒng)工程中最常用的一種故障診斷方法。

　　三、結(jié)語

　　本文對(duì)全無油潤滑往復(fù)活塞壓縮機(jī)運(yùn)行中常出現(xiàn)的故障及可靠性進(jìn)行了介紹，希望能為從事壓縮機(jī)運(yùn)行和修的工作人員提供一些參考。

　　參考文獻(xiàn)

　　郁永章：《容積式壓縮機(jī)技術(shù)手冊(cè)》

　　《淺談天然氣壓縮機(jī)的可靠性》

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