往复压缩机故障类型和原因综述

　　【压缩机网】往复式压缩机发生故障的部位基本上是由三部分组成：一是传递动力部分，曲轴、连杆、十字头、活塞销、活塞等零部件的故障；二是气体的进出机器密封部分，气缸、进气和排气阀门、弹簧、阀片、活塞环、填料函及排气量调节装置等部分的故障；三是辅助部分，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的故障。

　　往复式压缩机的故障种类虽然很多，但从反应故障状态的监测参数（征兆参数）上可分为两类：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机器的动力性能参数变化上，如压缩机的主要零部件的缺陷、磨损、损坏和断裂故障所表现的故障征兆，既可以反映在热力参数的变化上，又可以反映在机器的动力参数变化上。

　　压缩机热力参数异常及故障原因

　　（一）排气量故障

　　压缩机排气量降低的原因很多，大部分属于气流通道受阻，内、外泄漏，余隙过大，转速降低等方面的原因。

　　1.多级压缩机的第一级和其后各级气阀漏气，多由阀片原因造成

　　（1）阀片严重磨损、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，阀隙通道积碳或有异物卡住；

　　（3）弹簧力过小，弹簧磨损、断裂；

　　（4）阀体安装不当，位置歪斜，装反，阀体密封垫失效等。

　　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，造成的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不够要求，或者气缸或缸套材质不良；

　　（2）活塞与气缸配合间隙过大；

　　（3）润滑油不足，油质不佳，使缸内温度过高，活塞环失去弹力造成活塞环咬死或严重磨损。

　　（4）气缸冷却不良，气体经阀室时受到预热，影响吸气效率。

　　（5）活塞杆过度磨损或拉伤，活塞杆工作时有跳动造成的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或磨损量过大，十字头销与连杆、活塞杆不垂直；

　　（6）密封圈与活塞杆间隙太小，其圈内表面缺陷，或者与闭锁环装反，起不到密封作用造成的填料密封磨损、泄漏；

　　（7）气缸盖或缸座与缸体端面贴合不严，垫片破损，发生漏气。

　　3.吸气受阻

　　（1）进气滤清器堵塞；

　　（2）进气阀门没全开；

　　（3）进气管太长或管径太小，阻力增大。

　　4.系统外泄漏

　　（1）安全阀泄漏，主要包括安全阀弹簧失灵；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。

　　5.冷却器效率低

　　（1）冷却水进水温度高；

　　（2）冷却器传热表面水垢、油垢、传热面金属锈蚀，传热面积太小造成的冷却器传热效果差；

　　（3）冷却器中间隔板破裂；

　　（4）冷却水量减少。

　　6.压缩机转速降低

　　（1）原动机功率不足，转速达不到额定值；

　　（2）皮带传动的压缩机传动带太松，皮带打滑。

　　（二）吸、排气压力异常

　　常见的压缩机吸、排气异常故障原因：

　　1.吸气压力低

　　（1）吸气管阻力大，进气滤清器堵塞，吸气阀门升程高度不够，供气量不足导致的第一级吸气压力低；

　　（2）由前级吸气阀或排气阀漏气，前级管路漏气或阻力大，前级气缸与活塞环漏气或填料函漏气，前级系统不正常导致的多级压缩机中间级压力低。

　　2.吸气压力高

　　（1）高压气体进入吸气管线；

　　（2）吸、排气阀关闭不严、不漏气；

　　（3）气缸与活塞环漏气；

　　（4）前级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

　　（1）本级吸气排气阀泄漏或工作不正常；

　　（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、泄漏阀漏气；

　　（5）耗气量过大。

　　4.排气压力高

　　（1）本级用气量偏少；

　　（2）本级吸气压力和后级气体压力偏高；

　　（3）后级管路或气缸向本级漏气；

　　（4）本级冷却器工作不正常，排气管路不畅通，阀门工作不正常；

　　（5）排气管路严重积碳。

　　5.压力不稳定

　　（1）压力脉动过大，气阀启闭不稳定，压力表气隙阻尼太小；

　　（2）驱动机转速不稳定。

　　（三）温度异常

　　温度异常包括压缩机吸、排气温度过高，气缸轴承、活塞杆、机体等各部件过热。前者属于介质在压缩过程中的状态不正常产生气体温度过高，带来气缸、阀门积碳、磨损和零部件变形、损坏。后者发生过热的原因是摩擦发热过大，或者摩擦副润滑、冷却状态恶化。摩擦过热情况可引起的两种后果：一是在较高温度下摩擦副加快磨损；二是热量不断积累，直至烧毁摩擦表面，酿成重大事故。因此需要用测温仪器或手摸、眼看等方法，加强对压缩机各部位的温度监测。

　　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）吸气温度偏高；

　　（2）气阀、活塞环漏气；

　　（3）本级压比偏高；

　　（4）气缸冷却效果不好。

　　3.气缸过热

　　（1）冷却水供给不足；

　　（2）级的压比过高，吸、排气阀漏气；

　　（3）活塞支承环热膨胀间隙太小产生抱缸；

　　（4）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。

　　4.轴承过热

　　（1）轴颈与轴瓦接触不良，轴承径向、轴向间隙过小；

　　（2）曲轴发生弯曲或扭曲；

　　（3）润滑油不足或中断，油污染，油牌号不对；

　　（4）主轴与电动机轴之间联轴器不对中，量太大。

　　5.活塞杆过热

　　（1）活塞杆与填料盒有偏斜，造成局部摩擦，活塞杆与填料环磨合不良；

　　（2）填料环的抱紧弹簧太紧，摩擦力太大，填料环中有杂物，密封圈卡住；

　　（3）填料盒中密封圈装错，油道堵塞，润滑油供应不上，造成干摩擦；

　　（4）无油润滑压缩机，活塞与填料函冷却不良。

　　6.曲轴两端盖发热

　　（1）采用滚珠轴承的主轴承咬住；

　　（2）靠电动机联轴器端的曲轴前端发热，是联轴器连接间隙太小，电动机窜轴时顶住压缩机曲轴。曲轴后端发热，联轴器间隙太大。

　　（四）工况改变对压缩机主要参数的影响

　　在流程工业中使用的多级压缩机，常因工艺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。经常用到的工艺参数变化有：压缩机吸气压力变化、排气压力变化以及各级吸气温度变化，这些参数的变化直接影响到压缩机的各级压力、排气终了压力、排气温度、排气量和功率消耗。

　　1.吸气压力变化

　　进入压缩机的气体压力变高或变低，引起压缩机和各级排气压力、排气温度、排气量和功率的变化。

　　（1）对各级排气压力影响。在活塞行程不变情况下，各级排气压力与第一级吸气压力成正比例增减。

　　（2）对各级排气温度影响。单级压缩机排气温度是随吸气压力的上升而降低。多级压缩机和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。

　　（3）对排气量影响。当排气压力不变时，吸气压力下降，则压比上升。对于单级压缩机，主要导致末级压比上升，依次影响到第一级，使第一级吸气量下降，最终排气量也下降。

　　（4）对功率影响。压比降低的压缩机，吸气压力下降，指示功上升，功耗也上升；压比较大的压缩机，吸气压力下降，指示功下降，功耗下降。

　　2.排气压力变化

　　由于工艺条件变化，使压缩机终了压力变高或变低，影响到压缩机的排气量、排气温度、各级间压力和功率消耗。

　　（1）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，直至影响到第一级，使第一级排气量减少。级数较多时对排气量的影响较小。

　　（2）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。

　　（3）对级间压力影响。排气压力上升，压比增大、容积系数下降，从末级起吸入压力上升，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。但是在多级压缩机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。

　　（4）对功率影响。多级压缩机的排气压力上升，仅末级和前级的功率消耗增大，其他级的功耗基本不变。

　　3.吸气温度变化

　　中间级冷却器工作情况的好还，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。

　　（1）对排气量影响。吸气温度的变化改变了气体气体的比体积，使吸入气体的体积有变化。吸气温度越高，吸入气体越少。另外，吸气温度变化以后，吸入气体与气缸壁的热交换情况也发生了变化，影响到压缩机的温度系数和排气量。吸气温度变化对排气量的影响主要在第一级，第一级的吸气温度升高，则第一级的容积系数下降，吸气量减少，排气量也减少。往后各级的变化是越到高压影响越小。

　　（2）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不受吸气温度影响，但是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级的排气压力和后一级吸气压力，使前一级的排气压力和压比降低，但后一级压比上升。

　　（3）对排气温度影响。压缩机各级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。

　　（4）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，因而功耗增大。

　　（五）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、注油不正确等方面。油路系统的故障会引起机器摩擦、发热、烧损、咬死等一系列问题。必须查明原因，及时处理。

　　1.油压偏低

　　（1）油泵供油量不足，可能是泵转子间隙过大、磨损、泄漏、各运动部件间隙过大、油位太低，泵吸不上来。油压调节阀漏油，流回油池。油管接头处松动漏油等。

　　（2）润滑油污染，油泵过滤器堵塞；

　　（3）油温过高，油的黏度太低；

　　（4）压力表失灵。

　　2.油温偏高

　　（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度或磨损等原因，摩擦发热量过大；

　　（2）径向或轴向轴承故障；

　　（3）润滑油黏度过大，摩擦产生的功耗大，油温升高；润滑油冷却效果不好、润滑油太脏、油过滤器堵塞、压力偏高等原因引起润滑油供应不足。

　　3.注油器压力不足或油量不足

　　（1）吸油过滤网堵塞或油路堵塞；

　　（2）注油器柱塞与柱塞套孔磨损，注油器调节不合适，止逆阀不严密，供油量过少。

　　压缩机主要零部件的机械故障

　　（一）气阀故障

　　气阀工作状态的好坏是压缩机技术发展的核心问题之一，往复压缩机有60%以上的故障发生在气阀上。气阀一旦发生故障，马上影响压缩机的产生量、降低效率，浪费能源。阀件破损后破块落入气缸，引起气缸拉毛，活塞和活塞环损坏，带来更严重的问题。

　　气阀的故障主要是阀片、弹簧破损、气阀密封性差、阀片的开启时间和安装中产生的问题。

　　1.阀片破损

　　（1）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损，易引起径向断裂。

　　（2）环状阀片与导向块工作面之间产生的摩擦，可减弱阀片强度，降低使用寿命。磨损量过大时阀片可能卡死在导向块上或者失去密封作用。

　　（3）阀片材料夹渣、夹层、裂纹等缺陷引起阀片应力集中，在循环载荷作用下，成为疲劳破坏的根源。

　　（4）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和空洞，引起应力集中，产生腐蚀疲劳破坏。

　　2.气阀弹簧损坏

　　（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）弹簧变形时与弹簧孔壁摩擦磨损，弹度下降而断裂；

　　（3）介质对弹簧表面腐蚀，产生麻点、凹坑，引起应力集中，加速弹簧疲劳破损；

　　（4）材质不符合要求，弹簧的加工、热处理有缺陷。

　　3.气阀漏气

　　（1）阀座、阀片产生磨损，阀座密封面不平，表面粗糙度达不到要求；

　　（2）弹簧端面与轴线不垂直，弹簧力过小；

　　（3）密封面被碰伤，阀片变形、破裂或者阀隙、通道有异物卡住；

　　（4）气体温度高，润滑油易变成碳渣卡住密封面。

　　（二）活塞环常见故障

　　活塞环也是往复压缩机易损坏的部件。其作用是封住气体外泄，与气缸形成压缩容积。活塞环常见的故障有活塞环断裂和活塞环涨死、失去弹性、不能自由膨胀。

　　活塞环不能起到密封作用的主要表现形式：一是该级排气温度升高；二是该级排气压力降低；三是压缩机排气量下降。在压缩机中，当某一级压缩机活塞环损坏或者涨死时，不能起到密封作用，使得盖侧（或轴侧）被压缩的高压高温气体通过活塞环串入轴侧（或盖侧）低压低温的气体中，与吸入的低压低温气体混合，混合后的气体温度升高。又由于压缩气体通过活塞环在互串，使该级的排气压力下降，压缩机的排气量也随之下降。

　　（三）活塞杆断裂

　　往复式压缩机的活塞杆断裂事故约占事故的25%左右。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联锁性破坏，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。活塞杆断裂的地方多数是在活塞连接处与十字头连接处，原因如下：

　　（1）活塞杆的螺纹由于螺纹牙型圆周角半径小，应力集中严重，容易在循环载荷下产生裂纹和断裂；

　　（2）退刀槽、卸荷槽、螺纹表面的粗糙度达不到要求，容易产生裂纹；

　　（3）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；

　　（4）连接螺纹松动或连接螺纹的预紧力不足；

　　（5）某一级因其他故障原因而严重超载；

　　（6）活塞杆跳动量过大；

　　（7）工艺其他腐蚀。

　　（四）连杆螺栓断裂

　　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，应力集中情况和装配精度等方面都有严格要求。连杆断裂的原因如下：

　　（1）连杆螺栓拧得太紧或太松。太紧，螺栓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。

　　（2）开口销折断引起连杆螺栓松动、断裂；

　　（3）连杆螺栓的材质、锻压、热处理、加工、探伤和装配有问题；

　　（4）连杆螺栓疲劳断裂；

　　（5）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；

　　（6）运动部件出现故障，对连杆螺栓产生较大冲击载荷；

　　（7）长期使用5000-8000h，未对连杆螺栓进行磁粉探伤和残余变形测量。

　　（五）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联锁性破坏。曲轴多数发生拐臂处断裂。其原因如下：

　　（1）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，曲轴承受巨大的附加载荷；

　　（2）压缩机超载或在紧急停机时产生的剧烈冲击；

　　（3）安装不正确或在工作中气缸轴线发生变化，与曲轴轴线不垂直，使曲轴承受附加弯矩；

　　（4）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；

　　（5）设计不合理、材质不良、热处理不合要求，探伤不及时等原因产生裂纹和断裂。

　　（六）活塞卡住，咬住或撞裂原因

　　（1）润滑油质量低劣，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；

　　（2）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；

　　（3）气缸带液，可撞裂活塞，甚至击破气缸；

　　（4）气缸内掉入活塞螺母、气阀破片等坚硬物，活塞撞击时破裂；

　　（5）气缸与活塞间隙太小；活塞材质不良，铸件质量低劣，强度达不到要求。

　　压缩机故障振动

　　往复式压缩机由于存在旋转惯性力、往复惯性力和力矩，将会引起机器和基础振动。除了这种机械运动引起的振动外，往复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栓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、管道各连续部分松动，严重时甚至会振裂管道。

　　（一）故障振动

　　振动问题往往是设计、制造时产生的。另外，往复式压缩机由于安装和操作不当也会带来一些故障振动问题。

　　1.气缸振动

　　（1）气缸与底座调整不良，连接螺栓松动；气缸与活塞环磨损或间隙过大；气缸余隙太小，活塞在往复运动中碰撞阀座，发出沉闷的金属撞击声和振动；

　　（2）活塞和阀座上的螺栓螺母因松动落入气缸，发生敲击振动；

　　（3）压缩机运行中中断供水，阀门、缸壁、活塞温度迅速上升，在高温下突然通入冷却水冷却气缸，使壁缸骤然冷却而把住活塞，产生很大振动，甚至严重损坏缸体、活塞。

　　2.机体振动

　　（1）往复惯性力和力矩没有平衡好；曲轴中心线与机身滑道中心线不垂直；对称平衡型压缩机机身的主轴承不同心，机身水平度不符合要求；

　　（2）地脚螺栓松动，运动部件连接不牢、基础刚性不好、底座不均匀下沉；联轴器对中不良或机体基础与电动机不均匀下沉；

　　（3）主轴承间隙过大或轴瓦磨损；连杆大头和曲拐销之间间隙过大，曲拐销向反方向运动时对大头瓦产生撞击；十字头上下滑板与十字头滑道间隙过大，具有浮动销的十字头销能在销孔中转动，虽然磨损均匀，但磨损后冲击和振动较大；

　　（4）活塞杆弯曲或活塞杆连接螺母松动，活塞杆负载过大，连杆轴承损坏。

　　3.基础振动

　　（1）压缩机机体振动引起基础振动；

　　（2）基础结构薄弱，与机体或管道某一部分发生共振；

　　（3）由压缩机振动等原因产生基础下沉。

　　（二）不正常声音

　　运转中压缩机发生故障声音的部位及其原因如下：

　　1.运动机构

　　（1）曲轴和联轴器、主轴和电动机之间的切向键连接松动，产生异常声音；

　　（2）连杆大头与连杆之间的配合间隙过大，压缩机部件在运行中磨损、松动、曲轴与连杆大头间隙过大，曲轴瓦螺栓、连杆螺栓、十字头螺栓等松动、折断、脱扣等；曲轴瓦突然断油或者由于轴瓦与曲轴配合间隙过小而使轴瓦发热，升高而烧毁，都会造成曲轴箱内的撞击声；

　　（3）压缩机十字头销与十字头、活塞销与活塞销座之间的连接松动或磨损，十字头在滑道内的位置与滑道中心线不重合，间隙过大，产生歪斜或横移跑偏，电动机与主轴的转向不正确，都会产生不正常声音。

　　2.气缸

　　（1）安装和检修时气缸余隙容积留得过小，气缸盖与活塞的前后死点间隙小，产生直接碰撞；活塞杆与十字头紧固不牢或者十字头侧向间隙不符合图纸要求，使 活塞杆在往复运动中产生跳动，带动活塞向上串动，撞击气缸产生不正常声音；

　　（2）气缸润滑油过多或过少，也会引起气缸产生不正常响声；

　　（3）气缸内掉入异物，有积水或者压缩机吸入气体太潮湿所产生的液体，都会使气缸产生异常响声；

　　（4）安装时曲轴与气缸轴线不垂直，连杆、十字头、活塞，与气缸中心线不重合，以及压缩机长期运行导致气缸和活塞、活塞环磨损严重，相对间隙增大，都会产生不正常的响声。

　　3.吸气阀、排气阀

　　（1）吸、排气阀的阀片易于在冲击载荷下折断，当发生阀片起落被卡住、弹簧倾斜或损坏、阀片材质不良、弹簧力太大等原因时都会造成阀片过早破损，产生气阀的异常响声；

　　（2）气阀弹簧折断和变软，会加大阀片对阀座或升限器的冲击力，发出不正常声响；

　　（3）阀座安装位置不当，或阀室上压盖螺栓没有拧紧，造成气阀串动，产生响声；

　　具有负荷调节的压缩机，调节器位置不正确、阀片与压开吸气调节装置中的压叉顶撞，使气阀产生敲击，发出金属碰击声。

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