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往复式无油润滑压缩机易损件常见故障分析

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  【摘要】往复式无油润滑压缩机是燃气行业中的重要生产设备,是气体增压过程中不可或缺的关键环节。在实际生产过程中,压缩机是故障率相对高发的设备之一,其使故障率也是企业在日常生产中必须面对的问题。在这些故障中,尤其以易损件的故障最为普遍。
  【关键词】压缩机 易损件
  一、气阀
  气阀工作状态的好坏是压缩机技术发展的核心问题之一,往复式压缩机有60%以上的故障发生在气阀上。据某石化公司对压缩机的故障统计,气阀故障引起的停机次数占总停机次数的85%以上,减少停机损失将带来可观的经济效益。
  1、阀体
  从设计的角度讲,阀体首先要有足够的强度,为了达到压缩机的排量,要设计出足够多的气孔。通常气孔是直的,即气缸压出(进入)的气体通过直线(垂直于工作表面的直线)到达阀片(或气缸),而有些压缩机为了增大进排气量会把导气孔设计为弧形,使气流变成螺旋状,进而使气缸吸入或者排出更多的气体,提高机械效率。
  2、阀片
  阀片等运动元件有一定的质量,阀片与导向块之间有摩擦力,环状阀片经常采用柱形(或锥形)弹簧等结构,决定了阀片在开闭运动中不容易做到及时、迅速。由于阀片的缓冲作用较差,通常磨损严重。阀片的损坏主要包括:
  疲劳损坏——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。主要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,会减弱阀片强度,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。环状阀片在工作时转动,将引起阀片边缘磨损。
  介质腐蚀——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或空洞,引起应力集中,产生腐蚀疲劳破坏。
  3、弹簧
  弹簧在气阀中的作用是使气阀正常打开或关闭。从设计的角度讲,弹簧的弹力要符合要求,弹力过大时,会使进气不足或不能进气,使气缸内进气量减少甚至产生负压,排气时则会使排气量减少温度升高;弹力过小时会使进排气阀无法正常关闭。弹簧歪斜会使弹簧变形时与弹簧孔壁发生摩擦磨损,强度下降而断裂。另外积碳过多,也会加速弹簧的磨损,并使弹簧表面腐蚀,产生麻点、凹坑,引起应力集中,加速弹簧疲劳破坏。经常遇到的问题是弹簧一侧磨损或断裂,产生原因应该是弹簧发生偏斜与孔壁摩擦。
  二、活塞环、填料环、刮油环
  1、活塞环和支撑环
  活塞环装入气缸时,由于材料本身的弹性,产生一个对气缸壁的预压力。也就是说在工作时活塞环直接与汽缸壁发生摩擦,而汽缸壁的表面粗糙度很低,压缩气体时是靠活塞环和汽缸壁的接触面密封的,所以如果气缸内进入杂质,或者活塞环自身含有较硬杂质,就有可能将汽缸壁划伤,或者活塞环表面不均匀损坏,进而影响密封效果和压缩效率。所以活塞宜环采用耐高温、耐磨的非金属材料,在气缸内有较硬杂质的时候,使活塞环先损坏,进而保护气缸不被拉伤。
  通常气体从高压侧第一道环逐级运动到最后一道环时,每一道环所承受的压力差相差不同。第一道活塞环承受着较大的压力差,并随着转速的提高,压力差随之增高。第二道承受的压力差降低,以后各环逐级减少。这就是为什么活塞环,尤其是高压缸一侧的活塞环磨损比中间严重的原因。
  2、填料环
  填料环是将气缸内气体与下部机械传动部分隔离的重要部件,主要作用是密封,使被压缩的气体不会沿活塞杆流动。通常采用多级密封的方式,使气缸内的高压气体逐级减压。经常遇到的问题是:
  (1)压缩机停止时,填料环不能很好地密封,但是运转时可以正常密封。这是因为静止时温度相对较低,填料环与活塞杆不能很紧密的接触,导致气体沿活塞杆方向流动,开机时由于温度升高,填料环产生形变,使其可以填补活塞杆间的微小缝隙。这种情况可能是填料环的表面粗糙度不够高,或填料环内部有一定的应力。
  (2)压缩机运转时和停止时都不能很好的密封。填料环加工精度不够或者公差错误,导致表面粗糙度不够,或者间隙过大,填料环平面不能起到良好的密封作用,或活塞杆磨损。
  (3)填料环达不到额定的使用寿命。
  (4)填料环过热导致变软、融化。主要原因是填料环弹簧预紧力过大和材料的问题,预紧力过大会加大填料环与活塞杆的摩擦力,进而产生大量的热,使填料环融化变形,也有可能是填料环材质、加工不合格。
  (5)填料环弹簧断裂或变形。这种情况常发生在填料环单瓣上,是由于填料环受力不均匀,单侧受力,或者填料环发生倾斜,填料环两端厚度不同也会导致受力不均匀。此时,单瓣填料环会对弹簧产生一个切向力,由于活塞是往复运动,会使这种切向力加剧,长时间运转就会导致弹簧断裂。也有可能是弹簧质量不好,加工时有微小的瑕疵,往复运动加上自身的震动使金属疲劳,进而断裂。
  3、刮油环
  刮油环主要有单级非金属整环刮油环和多级金属分瓣刮油环两种:
  (1)非金属刮油环挠性好,能够更好地贴合活塞杆,受热后膨胀能够使贴合面变得更紧密,结构简单,维修更换方便。但由于只有一道环,所以一旦环上有气孔、杂质等制造缺陷,在使用时或者使用一段时间后就会影响到刮油效果,而且由于装配时是要嵌入到外壳里面,检修时几乎必须要破坏刮油环才能拆卸,这样即使刮油环没有问题,也必须要更换新刮油环,造成浪费。
  (2)金属刮油环主要有铝质和铜质两种,经过试验,铝制刮油环的效果没有铜质刮油环好,原因主要与材质的密度有关,铝制刮油环材质相对比较疏松,分子间的间隙更大,加工后得到的表面粗糙度更大,使得刮油环与活塞杆产生微小的缝隙,造成漏油。分瓣式刮油环工作原理类似于填料環,通过逐级降压的方式,将润滑油分流。金属刮油环导热性能好于非金属刮油环,热膨胀系数小,由于其结构特殊,所以磨损时可以提供径向补偿,使用时间更长。
  结束语:在实际生产中,维修人员会遇到各种各样的问题,这里列举的只是一些常见问题。但无论什么样的问题,只要以科学的角度,合理的分析,配合理论的指导和经验的总结,不断的探索和研究,相信都会迎刃而解。
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