往复压缩机的故障分析

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•连杆螺栓断裂 •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。连杆螺栓断裂的原因有： •（1）连杆螺栓拧得太紧或太松。拧得太紧，螺栓承受过大拉力而折断；宁得 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）连杆螺栓疲劳断裂。 •（4）连杆螺栓的材质、锻压、热处理、加工、探伤和装配有问题。 •（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）长期使用达5000～8000小时，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。
•机 体 振 动
•基础振动
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•4.1.3 压缩机故障振动分 析 •1. 振动故障
•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
•2. 噪声故障 • 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。 • 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。
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•4.1.3 压缩机故障振动分 析 •1. 振动故障
•① 气缸与底座调整不良，连接螺栓松动 •② 气缸与活塞环磨损或间隙太大 •③ 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 •④ 活塞和阀座上的螺栓螺母因松动而落入气缸，发生敲击 振动 •⑤ 氨制冷压缩机和临界温度较低的气体容易发生气缸带液 ，在气缸内发生液体冲击 •⑥ 压缩机运行中曾中断供水，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，使缸壁骤然冷却 而抱住活塞，产生很大振动，甚至严重损坏缸体和活塞
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1.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。 2.气体的进出及其密封部分— 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。 3.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。
•气 阀 漏 气
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•活塞杆断裂 • 往复式压缩机的活塞杆断裂事故也较常见，据报导约占重大事故的25%左右 ，活塞杆断裂，不仅损坏活塞和气缸，而且还由于其它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。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 一般是： •（1）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。因此对大型压缩机须用滚压加工，用以消除应力集中。 •（2）退刀槽、卸荷槽、螺纹表面的粗糙度达不到要求，容易产生表面裂纹。 •（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）工艺气体腐蚀。
•气 阀 弹 簧 损 坏
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•4.1.2 压缩机主要零部件的机械故障
• 阀座密封面不平，表面粗糙度达不到要求 • 密封面被碰伤 • 阀片变形、破裂 • 阀隙通道有异物卡住 • 气体温度高，润滑油易变成碳渣卡住封面。石油气压 缩机，温度和压力越高，聚合物积碳越严重，碳渣粘着 在阀片和阀座上，使气阀漏气 • 弹簧力过小 • 弹簧端面与轴线不垂直 • 阀座、阀片严重磨损
• 析 1.活塞的位移、速度和加速度
•2.曲柄连杆机构的旋转惯性力和往复惯性力
•一阶往复惯性力: •二阶往复惯性力:
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•4.1.3 压缩机故障振动分 析 •1. 振动故障
• 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。除了这种机械运动引起的振动之外，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。 • 上述这些振动问题往往是设计、制造中产生的。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。经常可能发生 振动的部位和原因：
• 疲劳破坏——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。
• 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 阀片强度，降低使用寿命。
• 阀片材料缺陷——材料夹渣、夹层、裂纹等缺陷引起阀片应力集中。 • 介质腐蚀——压缩介质本身有腐蚀性或介质中含有水份，工作时冲刷
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•4.1 往复式压缩机的故障类型与故障原 因•4.1.1 压缩机热力参数异常及其故障原因
• 排气量降低 • 压缩机的各级吸气阀漏气 • 气缸内泄漏与外泄漏 • 吸气受阻 • 系统外泄漏 • 冷却器效率低 • 压缩机转速降低
• 吸、排气压力不正常
• 吸气压力低
• 吸气压力高
• 温度不正常
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•4.1.3 压缩机故障振动分 析 • 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。除了这种机械运动引起的振动之外，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。 • 压缩机机体振幅的大小与机器的结构型式有关。我国现行《往复 式压缩机机械振动测量与评价》标准（GB/T7777-87）是通过对压缩机
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•活塞卡住、咬住或撞裂 •（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（例如，制冷压缩机吸入蒸发器中的液体造成“冲缸”；压缩 机吸入气体太潮湿，气体被压缩后有水份析出，发生气缸“水击”），可撞裂 活塞，甚至击破气缸。 •（4）气缸与活塞间隙太小。 •（5）气缸内掉入活塞螺母、气阀碎片等坚硬物，活塞撞击时碎裂。 •（6）活塞材质不良、铸件质量低劣，强度达不到要求。
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。
•阀 片 损 坏
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•4.1.2 压缩机主要零部件的机械故障
• 弹簧变形时与弹簧孔壁发生摩擦磨损，强度下降而断裂 • 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 • 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 • 材质不符合要求，弹簧的加工、热处理有缺陷
往复压缩机的故障分析
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源自文库
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压缩机故障一般都是在设计、制造、安装和操作中产生的问题。曾 有人对某化工厂使用的往复式压缩机故障率进行调查，发现属于设计 缺陷产生的故障仅占6%；属于零件制造质量低劣的故障占46%；属于不 遵守操作规程造成的故障占40%；属于安装检修质量不符合要求的故障 占8%。
往复式压缩机的故障种类虽多，但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。
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•曲轴断裂 •曲轴承受较大的交变载荷和摩擦磨损，对疲劳强度和耐磨性要求较高。曲轴 多数发生拐臂处断裂，曲轴断裂的原因有： •（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）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=(0.05～0.09)d(d为曲拐销直径)，其表面粗糙度不大于 0.4。 •（6）设计不合理、材质不良、热处理不合要求，探伤不及时等
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•4.1.3 压缩机故障振动分 析 •振动和噪声故障
•往复压缩机需监测的状态量及其测量分析方法
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•4.1.3 压缩机故障振动分 析•故障实例：对称平衡式空压机的故障振动诊断
• 某钢铁厂空压机站有多台2D12-100/8型空气
压缩机，曾出现过多起一、二级气缸十字头连杆
断裂事故和基础底脚螺栓松动引起振动的故障。
• 排气压力低
• 吸气温度高
• 排气压力高
• 排气温度高
• 压力不稳定
• 气缸过热
• 轴承过热
• 活塞杆过热
• 曲轴两端盖发热
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•4.1.2 压缩机主要零部件的机械故障 •气阀故障 • 往复式压缩机有60%以上的故障发生在气阀上，据某石化公司炼油厂对 循环氢压缩机的故障统计，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 件破损后碎块落入气缸，引起气缸拉毛，活塞和活塞环损坏，带来更为严重 的问题。
•气 缸 振 动
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•4.1.3 压缩机故障振动分 析 •1. 振动故障
•① 往复惯性力和力矩没有平衡好 •② 曲轴中心线与机身滑道中心线不垂直 •③ 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 •④ 地脚螺松松动，运动部件连接不牢，基础刚性不好，底座不均 匀下沉 •⑤ 联轴器对中不良，或机体基础与电动机底座不均匀下沉 •⑥ 主轴承间隙过大或轴瓦磨损 •⑦ 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 •⑧ 十字上下滑板与十字头滑道间隙过大。具有浮动销的十字头， 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
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。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中规定的极 限值。对于天然气工业用的压缩机标准则以美国石油学会标准API618为 基础。
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•4.1.3 压缩机故障振动分 析 • 往复式压缩机旋转惯性力和往复惯性力分
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•4.1.3 压缩机故障振动分 析 •振动和噪声故障
• 往复式压缩机由于运动部件机构复杂，零部件多，产生故障振动 和故障声音是由多种原因产生的，而且各种激励力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。 • 往复式压缩机的故障频谱图不同于旋转机械，它除了工频成分之外 ，往往伴有许多高倍频成分，而且它们的幅值也较高。高倍频成分上的 能量集中可能是反映出主轴承磨损、活塞撞击、阀碰撞等故障。 • 往复式压缩机进行故障振动和声音的状态监测，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。有必要有意义 对活塞式压缩机状态监测与故障诊断技术进行深入研究，研制出有一定 特色且切实可行的在线监测系统。