往復式無油潤滑壓縮機易損件常見故障分析
2019-07-05賈宏瀟
【摘 要】往復式無油潤滑壓縮機是燃氣行業中的重要生產設備，是氣體增壓過程中不可或缺的關鍵環節。在實際生產過程中，壓縮機是故障率相對高發的設備之一，其使故障率也是企業在日常生產中必須面對的問題。在這些故障中，尤其以易損件的故障Z為普遍。
【關鍵詞】壓縮機；易損件
一、氣閥
氣閥工作狀態的好壞是壓縮機技術發展的核心問題之一，往復式壓縮機有60%以上的故障發生在氣閥上。據某石化公司對壓縮機的故障統計，氣閥故障引起的停機次數占總停機次數的85%以上，減少停機損失將帶來可觀的經濟效益。
1、閥體
從設計的角度講，閥體首先要有足夠的強度，為了達到壓縮機的排量，要設計出足夠多的氣孔。通常氣孔是直的，即氣缸壓出（進入）的氣體通過直線（垂直于工作表面的直線）到達閥片（或氣缸），而有些壓縮機為了增大進排氣量會把導氣孔設計為弧形，使氣流變成螺旋狀，進而使氣缸吸入或者排出更多的氣體，提高機械效率。
2、閥片
閥片等運動元件有一定的質量，閥片與導向塊之間有摩擦力，環狀閥片經常采用柱形（或錐形）彈簧等結構，決定了閥片在開閉運動中不容易做到及時、迅速。由于閥片的緩沖作用較差，通常磨損嚴重。閥片的損壞主要包括：
疲勞損壞——由于閥片承受著頻繁的撞擊載荷和彎曲交變載荷，閥片容易產生疲勞破壞。主要破壞形式是撞擊載荷引起的徑向斷裂。
閥片磨損——環狀閥片與導向塊工作面之間產生的摩擦磨損，會減弱閥片強度，降低使用壽命。磨損量過大時，閥片可能卡死在導向塊上或者失去密封作用。環狀閥片在工作時轉動，將引起閥片邊緣磨損。
介質腐蝕——壓縮介質本身有腐蝕性或介質中含有水分，工作時沖刷閥片，破壞閥片表面保護膜，在閥片局部地方出現腐蝕麻點或空洞，引起應力集中，產生腐蝕疲勞破壞。
3、彈簧
彈簧在氣閥中的作用是使氣閥正常打開或關閉。從設計的角度講，彈簧的彈力要符合要求，彈力過大時，會使進氣不足或不能進氣，使氣缸內進氣量減少甚至產生負壓，排氣時則會使排氣量減少溫度升高；彈力過小時會使進排氣閥無法正常關閉。彈簧歪斜會使彈簧變形時與彈簧孔壁發生摩擦磨損，強度下降而斷裂。另外積碳過多，也會加速彈簧的磨損，并使彈簧表面腐蝕，產生麻點、凹坑，引起應力集中，加速彈簧疲勞破壞。經常遇到的問題是彈簧一側磨損或斷裂，產生原因應該是彈簧發生偏斜與孔壁摩擦。
二、活塞環、填料環、刮油環
1、活塞環和支撐環
活塞環裝入氣缸時，由于材料本身的彈性，產生一個對氣缸壁的預壓力。也就是說在工作時活塞環直接與汽缸壁發生摩擦，而汽缸壁的表面粗糙度很低，壓縮氣體時是靠活塞環和汽缸壁的接觸面密封的，所以如果氣缸內進入雜質，或者活塞環自身含有較硬雜質，就有可能將汽缸壁劃傷，或者活塞環表面不均勻損壞，進而影響密封效果和壓縮效率。所以活塞宜環采用耐高溫、耐磨的非金屬材料，在氣缸內有較硬雜質的時候，使活塞環先損壞，進而保護氣缸不被拉傷。
通常氣體從高壓側道環逐級運動到Z后一道環時，每一道環所承受的壓力差相差不同。道活塞環承受著較大的壓力差，并隨著轉速的提高，壓力差隨之增高。第二道承受的壓力差降低，以后各環逐級減少。這就是為什么活塞環，尤其是高壓缸一側的活塞環磨損比中間嚴重的原因。
2、填料環
填料環是將氣缸內氣體與下部機械傳動部分隔離的重要部件，主要作用是密封，使被壓縮的氣體不會沿活塞桿流動。通常采用多級密封的方式，使氣缸內的高壓氣體逐級減壓。經常遇到的問題是：
（1）壓縮機停止時，填料環不能很好地密封，但是運轉時可以正常密封。這是因為靜止時溫度相對較低，填料環與活塞桿不能很緊密的接觸，導致氣體沿活塞桿方向流動，開機時由于溫度升高，填料環產生形變，使其可以填補活塞桿間的微小縫隙。這種情況可能是填料環的表面粗糙度不夠高，或填料環內部有一定的應力。
（2）壓縮機運轉時和停止時都不能很好的密封。填料環加工精度不夠或者公差錯誤，導致表面粗糙度不夠，或者間隙過大，填料環平面不能起到良好的密封作用，或活塞桿磨損。
（3）填料環達不到額定的使用壽命。
（4）填料環過熱導致變軟、融化。主要原因是填料環彈簧預緊力過大和材料的問題，預緊力過大會加大填料環與活塞桿的摩擦力，進而產生大量的熱，使填料環融化變形，也有可能是填料環材質、加工不合格。
（5）填料環彈簧斷裂或變形。這種情況常發生在填料環單瓣上，是由于填料環受力不均勻，單側受力，或者填料環發生傾斜，填料環兩端厚度不同也會導致受力不均勻。此時，單瓣填料環會對彈簧產生一個切向力，由于活塞是往復運動，會使這種切向力加劇，長時間運轉就會導致彈簧斷裂。也有可能是彈簧質量不好，加工時有微小的瑕疵，往復運動加上自身的震動使金屬疲勞，進而斷裂。
3、刮油環
刮油環主要有單級非金屬整環刮油環和多級金屬分瓣刮油環兩種：
（1）非金屬刮油環撓性好，能夠更好地貼合活塞桿，受熱后膨脹能夠使貼合面變得更緊密，結構簡單，維修更換方便。但由于只有一道環，所以一旦環上有氣孔、雜質等制造缺陷，在使用時或者使用一段時間后就會影響到刮油效果，而且由于裝配時是要嵌入到外殼里面，檢修時幾乎必須要破壞刮油環才能拆卸，這樣即使刮油環沒有問題，也必須要更換新刮油環，造成浪費。
（2）金屬刮油環主要有鋁質和銅質兩種，經過試驗，鋁制刮油環的效果沒有銅質刮油環好，原因主要與材質的密度有關，鋁制刮油環材質相對比較疏松，分子間的間隙更大，加工后得到的表面粗糙度更大，使得刮油環與活塞桿產生微小的縫隙，造成漏油。分瓣式刮油環工作原理類似于填料