往复式压缩机气阀故障及可靠性维修

往复式压缩机气阀故障及可靠性维修

摘要：本文介绍了往复式压缩机气阀故障的原因及机理，对气阀的可靠性维修进行分析，并提出预防气阀阀片损坏的措施，及早发现故障，延长压缩机气阀的寿命，保证压缩机的正常工作。

关键词:往复式压缩机；气阀；故障分析；可靠性维修

1 前言

压缩机广泛应用于制冷、化工、矿山、仪表等行业。气阀是压缩机的“心脏”，往复式压缩机的气阀故障占往复式压缩机故障总数的60%以上，若气阀发生故障，不仅对压缩机气缸有害，而且对其它生产设备及产品质量都带来不利的影响，所以，分析气阀损坏的原因和可靠性维修并提出预防措施，能延长气阀的使用寿命，保证压缩机的正常运行。

2 可靠性技术

广义的可靠性就是有效性，它是指可以维修的产品在某时刻具有或维持规定功能的能力。可靠性与维修性工程致力于研究、描述、度量以及分析系统的故障，目的是通过增加设计寿命，消除或减少出现故障的可能性好安全风险，减少停机时间，进而增加可用时间。

3 气阀的基本组成与工作原理

（1）气阀的基本组成：压缩机气阀由阀座、阀片、弹簧和升程限制器组成，如图1所示。（2）气阀工作原理

压缩机气阀均为自动阀。它借助于气缸工作腔和阀腔之间的气体压力差而开启，并由于受到进、排气过程中流经气阀的气流推力作用而上升；当推力大于弹簧的反作用力时，阀片停留在升程限制器上；反之，当气流推力小于弹簧力时，阀片便向下关闭。气阀正常的工作过程曲线如图2所示。

图1 气阀的基本组成图二气阀正常的启、闭工作过程曲线

4 往复式压缩机气阀工作特性及常见故障

要解决气阀的故障和可靠性维修，就要知道压缩机气阀的工作原理及特性。压缩机气阀由阀座、阀片、弹簧和升程限制器组成。压缩机气阀均为自动阀，戏、排气阀的工作原理相同，我们仅以进气阀工作为例，当余隙容积膨胀终了时，若气缸与阀腔之间的气体压力差Δp在阀片上的作用力大于弹簧力和一部分弹簧质量力时，阀片开启。阀片一旦离开阀座，便有气体通过此缝隙进入气缸，在流入气体的推力作用下，阀片继续上升直至撞到升程限制器。阀片撞击升程限制器时，会产生反弹力，如果反弹力与弹簧力之和大于气流推力，则阀片会出现反弹现象。正常情况下，反弹力比较轻微，阀片在气流推力作用下会再次贴到升程限制器上，阀片关闭。

气阀的失效形式主要是气阀阀片损坏、弹簧破损、气阀密封性差及介质造成的破坏。

4.1 阀片的损坏

疲劳损坏：由于阀片承受着频繁的启闭，产生的撞击载荷和交变载荷容易产生疲劳破坏，实际证明，阀片主要的破坏形式是撞击载荷引起的径向断裂；阀片磨损：环状阀片与导向块工作面之间产生的摩擦磨损，减弱了阀片的强度和使用寿命；阀片材料缺陷：材料夹杂、裂纹等缺陷引起应力集中，在交变载荷的作用，成为疲劳破坏的更本原因；介质腐蚀性：由于工作介质有很大腐蚀性，同时气流流速较高，很容易使阀片表面产生破坏，当介质中含有水分时，工作时冲刷阀片也会产生破坏。

4.2 气阀弹簧破坏

压缩机曲轴每转一周，弹簧承受的载荷便由气阀全闭时的预压紧力变化到全开时的最大压缩力，弹簧在这种脉动循环载荷的作用下很容易损坏；在一个就是介质对弹簧表面的腐蚀，引起应力集中，加速破坏。

4.3 气阀密封性

压缩机气阀组件的密封性能也是影响整台压缩机排气量、比功率、排气温度的主要原因，气阀不平度、阀片倒角、阀座凡尔的线缺陷和装配的清洁度都会造成气阀密封性问题，影响阀的寿命。

4.4 介质造成的破坏

介质脏或有外部杂质进入，固体杂质颗粒在压缩机高压气流的带动下猛烈冲击气阀零部件导致零部件损坏，或脏物夹在密封面之间，使气阀很快失效，主要表现为阀体夹带赃物。介质带液，介质带液或压缩机气液分离器出现故障会对气阀造成冲击，气阀由于承受额外的冲击负荷而快速失效，主要表现为压缩机运行时声音异常。

5 可靠性维修分析

气阀是往复式压缩机中关键的部件之一，往复式压缩机运行的经济性和可靠性在很大程度上取决于气阀的可靠眭，但是在长期生产实践中发现气阀故障是压缩机最常见的故障，约占总故障的60％以上。众多压缩机的连续运转时间没有达到相关标准要求的关键原因之一是气阀的可靠性有待提高。

5.1 气阀可靠性降低的原因分析

(1)气阀阀片的异常运动

(2)气阀弹簧的损坏

(3)气流中杂质的的影响

(4)压缩机汽缸注油量的影响

(5)气阀未按要求进行正确安装

5.2 提高气阀可靠性的途径

根据气阀的结构形式和以上对气阀损坏原因的分析可知，气阀的可靠性和许多因素有关，结合大型压缩机的实际运行工况和特点，提高气阀使用寿命应主要考虑如下几个方面：（1）提高阀片和弹簧的产品质量。对弹簧提出表面强化和松弛处理，提高阀片和弹簧的疲劳寿命。

（2）合理调整气阀的弹簧力。根据机器的实际运行工况和气阀的运动规律，合理调整气阀的弹簧力，使气阀具有良好的运动规律，减轻阀片对升程限制器、阀座的撞击力和撞击频率。（3）适当增加阀座的流通截面。要尽可能的提高阀座的流通截面，增加流量系数，是气流分布均匀，以改善阀片的受力状况，降低对阀片的冲击载荷及附加弯矩。

（4）合理控制压缩机汽缸润滑油的注油量。对于低、中压空气压缩机，润滑油按下述建议值确定：卧式气缸每平方米的润滑表面积的供油量为G=0．0025g；立式气缸为G=O,O02g。每小时的供油量为吼=120GnDSn，、，式中，G为单位面积供油量(g／m )；D为气缸直径(m)，S为活塞行程(m)，n为压缩机转速(r／rain)。

对于级次较高的气缸，分别按气缸中活塞上下最大压力差，通过图3查取G。

图3

（5）加强工艺管理。严格控制温度、压力指标。稳定工况，防止带油带水。特别是确保脱硫效果并严格控制原料的灰分，防止工艺气体中夹带过多的硫膏及粉尘。

6 结语

以上是对往复式压缩机气阀的故障分析以及对气阀的可靠性分析。气阀的可靠性与往复式压缩机的可靠性、经济性等有着密切关系，在气阀设计、制造过程中，需统筹考虑气阀的可靠性与经济性，根据压缩机的转速、气缸尺寸、压力、级的压力比、温度、气体性质等参数选择合适的气阀结构形式，应用相关软件模拟气阀的工作性质，并采取有效措施确保气阀制造质量达到设计要求，为提高压缩机的可靠性、经济性创造有利条件。

参考文献

1 沈德英、隋国亮往复式压缩机气阀可靠性分析[A] 1009-914x(2012)33-0567-01

2 孙付伟、铁占续等压缩机气阀损坏机理及预防措施及分析[] 1671-104192006)05-0155-03

3 李云，姜培正.过程流体机械[M].北京：化学工业出版社，2008.6

4 邢万坤，朱洪江，何丽红.大型压缩机气阀寿命的研究[B].化工科技，2001,9（6）：24~28

5 马西莫•斯基亚沃尼，克劳迪奥•瓦格里尼，恩佐•嘉柯麦利.往复式压缩机气阀设计和维修

[B].压缩机技术，2013,7（11）