李奇，彭文，張晞，嚴軍

（1.合肥通用機械研究院壓縮機技術國家重點實驗室，安徽合肥230088；2.中國人民解放軍第四八一二工廠，安徽安慶246005）

螺桿活塞串聯高壓空壓機組調試故障分析

李奇1，彭文2，張晞1，嚴軍2

（1.合肥通用機械研究院壓縮機技術國家重點實驗室，安徽合肥230088；2.中國人民解放軍第四八一二工廠，安徽安慶246005）

歸納、總結螺桿活塞串聯結構型式的空壓機組在生產、調試過程中發(fā)生的故障，分析故障特性機理，給出解決方案。關鍵詞：串聯式空氣壓縮機；調試；故障分析

0 引言

螺桿活塞串聯結構型式是近年來壓縮機領域在高壓力參數中一種新機型，其特點是結構緊湊、振動小、噪聲低。但這種串聯式壓縮機組仍屬工程系統(tǒng)中復雜的機械設備，故障千變萬化，故障樹分析、故障模式專家?guī)旖嫶蠖鴱碗s[1-3]；多集中在工程使用中的故障及研究[4-6]。螺桿式壓縮機與活塞式壓縮機有各自的結構和性能特性，具有不同的故障表現形式，兩種型式的壓縮機故障存在著相關聯故障和非關聯故障，在壓縮機生產調試中出現的故障表現又與在工程使用中發(fā)生的故障有所不同，后者故障往往是由于磨損、疲勞等漸續(xù)性過程引發(fā)；調試中產生的故障具有偶發(fā)和不確定性、需要利用成熟的經驗、根據故障發(fā)生的現象、特征判斷解決。根據LHC-8/400型螺桿活塞串聯高壓空氣壓縮機多年的生產實踐，總結該型機組在生產、調試中的所發(fā)生的故障及解決方案，對于穩(wěn)定產品質量，提高出廠產品的質量具有重要的意義。

1 機械設備故障特性及其分類

機械設備故障定義為設備因某種原因失去或降低其規(guī)定功能的事件或危害安全的現象，表現為設備的某些零件失去原有的精度或性能，使設備不能正常運行、技術性能降低，致使設備中斷生產或效率降低而影響生產，可以修復的零部件失效往往也屬于一種故障；機械故障具有潛在性、漸發(fā)性、耗損性、模糊性和多樣性等特性[7]。

1.1 突發(fā)性故障與漸發(fā)性故障

按故障發(fā)生的速度可分為突發(fā)性故障和漸發(fā)性故障。

（1）突發(fā)性故障。由于各種不利因素和偶然外界影響的共同作用，超出了設備所能承受的限度而突然發(fā)生的故障。這類故障一般無明顯征兆，依靠事前檢查或監(jiān)視不能預知的故障。如因使用機器不當或超負荷使用而引起零部件損壞；因潤滑油中斷使零件產生熱變形、裂紋；因電壓過高、電流過大而引起元器件損壞而造成的故障。

（2）漸發(fā)性故障。由于各種影響因素的作用使設備的初始參數逐漸劣化、衰減逐漸發(fā)展而引起的故障。一般與設備零部件的磨損、腐蝕、疲勞及老化有關，是在工作過程中逐漸形成的。這類故障的發(fā)生一般有明顯的預兆，能夠通過預先檢查或監(jiān)視早期發(fā)現，如能采取一定的預防措施，可以控制或延緩故障的發(fā)生。

1.2 功能性故障與參數型故障

按故障發(fā)生的后果可分為功能性故障和參數型故障。

（1）功能性故障。指設備不能繼續(xù)完成規(guī)定功能的故障。這類故障往往是個別零件損壞造成的。

（2）參數型故障。指設備的工作參數不能保持在允許范圍內的故障。這類故障屬漸發(fā)性的，一般不妨礙設備的運轉，但影響產品的加工質量，如加工精度達不到規(guī)定標準，設備性能達不到規(guī)定值。

1.3 允許故障與不允許故障

按故障的損傷程度分為允許故障和不允許故障。

（1）允許故障。指考慮到設備在正常使用條件下，隨著使用時間的增長，設備參數的逐漸劣化是不可避免的，因而允許發(fā)生某些損傷但不引起嚴重后果的故障，如零件的某些正常磨損、泄漏、腐蝕和老化等。

（2）不允許故障。指由于設計時考慮不周，制造裝配質量不合格，違反操作規(guī)程所造成的故障，如設計強度不夠造成零件的斷裂，關鍵件工藝沒有檢查、記錄導致公差超限，超負荷使用設備造成的設備損壞等。

1.4 按故障的易見性分類

（1）明顯安全性故障。指可能直接危及作業(yè)安全的故障，這種故障發(fā)生在具有明顯功能的部件上。

（2）明顯使用性故障。指對使用能力或完成作業(yè)任務有直接影響的故障。這種故障不是安全性的，也是發(fā)生在具有明顯功能的部件上。明顯非使用性故障是指對使用能力或完成作業(yè)任務沒有不利的直接影響的故障。

（3）隱蔽安全性故障。指同另一故障（明顯功能故障）結合后會危及作業(yè)安全的隱蔽功能故障。

（4）隱蔽經濟性故障。指同另一故障（明顯功能故障）結合后不會產生安全性后果，只有經濟性影響的故障。

2 壓縮機調試時的故障現象、原因分析及處理措施

壓縮機是一種復雜的機械設備，零部件多達幾百種，從不同的故障現象可以歸屬到上述的多種機械故障類型并加以分析，壓縮機故障特性具有一般機械所屬的故障特性，一個現象可能涉及到多個零部件，在使用運行中其潛在性、漸發(fā)性、耗損性故障比較突出、而調試中故障多表現在突發(fā)性、模糊和多樣性，依據機械設備現有幾種分類原則以及壓縮機本身特性，螺桿活塞串聯壓縮機調試故障類型見表1。

表1 螺桿活塞串聯壓縮機調試故障

2.1 參數偏離

（1）Ⅰ級壓力比正常值高出10%，氣閥在組裝前已進行必要的滲漏試驗，但裝上壓縮機運轉一段時間后頻繁出現壓力高于正常值。拆檢氣閥密封良好、時有鎖緊螺母松動，發(fā)現或密封墊沒有壓緊，或壓閥罩沒有正確安裝到位，曾發(fā)生過壓閥罩沒有壓到位而導致整個氣閥組件在閥腔內受氣流沖撞而損壞的現象，因此裝配時不僅是要檢查氣閥組件本身裝配質量，同時應注意氣閥的正確安裝。

（2）露點高。開機后壓縮機供氣露點達不到要求值。檢查干燥裝置工作時發(fā)現系統(tǒng)旁通閥沒有完全關閉，導致壓縮空氣沒有完全經過干燥裝置，在供氣口檢測的是沒有干燥過的壓縮空氣（經旁通過來的壓縮空氣）。在后期調試中注意到正確操作，此類故障沒有再發(fā)生。

（3）電機殼體溫度偏高。調試中曾經出現滿負荷運行時殼體溫度達90℃，該電機設計為內通風結構，進出風道阻塞嚴重時，電機熱量不能被及時帶走，造成通風不良、熱量過高。后經過通風口改進設計，溫度降到正常值。

（4）調試中經常出現V級壓力上升過快現象。拆檢發(fā)現閥片卡死，內部空氣通道堵塞，初步分析為壓閥蓋螺栓用力過緊，造成氣閥變形，閥片壓死空氣沒有出處，壓力聚增。后按說明書要求力距擰緊壓閥蓋螺栓，異?，F象基本消除。

2.2 自動控制系統(tǒng)

（1）調試中常出現溫度傳感器、壓力傳感器故障報警顯示。機組采用變頻或軟啟動加PLC控制，程序設計中對傳感器出現短路、斷路進行報警顯示。控制系統(tǒng)分內部接線和現場接線，在線路有干擾時也可能會出現傳感器故障報警，而控制系統(tǒng)本身正常。機組中電磁閥有時不動作故障，多數情況下是因為接線時電磁閥連接接頭線路虛接或錯接。因此，在電器接線中應認真檢查接線，按接線圖確保接線正確、可靠、緊固。

（2）控制器啟動參數設置錯誤。造成機組首次開機無法啟動，原因是控制系統(tǒng)參數是根據出廠模擬試驗設備設置的參數，試驗后應針對實際機組的電機參數重新調整設置參數，多數在重新調整參數設置后可以正常開機。

2.3 電機及拖動

（1）電機軸端滲油。電機軸承設計為滾子軸承，說明書中有潤滑油加注量要求，但沒有標明軸承潤滑脂具體加注量，實際難以控制操作填充量，油脂加入過量開機后容易軸端滲出大量油脂，需要一定時間的跑合后不再滲油，另外油密封結構過于簡單，軸伸控制間隙和結構有待改進。

（2）電機過熱。電機采用轉子自扇式內部冷卻方式，冷卻風從軸的一端進、另一端出，進風口面積不夠時，風阻過大影響通風，電機會過熱。后經改進進風口格柵結構，增加通流面積后溫度得到控制。

（3）開機加載后活塞機振動異常帶動螺桿機振動異常。經檢查發(fā)現皮帶沒有上緊到位，安裝皮帶需要一定的漲緊度，操作難以控制，往往憑經驗漲緊、使用皮帶漲緊檢測儀控制皮帶安裝的漲緊度是根本的解決方法。

2.4 活塞機

（1）視油鏡芯破裂。壓縮機高壓段采用柱塞泵注油潤滑，柱塞每轉一圈注油一次，注油情況可從視油鏡觀察，調試中鏡體容易破裂，泄漏導致無法正常注油。經拆檢視油鏡芯觀察多為縱向裂紋，該視油鏡芯為有機玻璃，不銹鋼接頭密封采用是橡膠圈密封并有定位限止臺階，擰緊過度鏡體受力過大導致破裂，更換后問題得以解決。

（2）氣閥損壞。壓縮機氣閥屬精密裝配件，除裝配不當損壞氣閥外，若管路吹除不徹底，有夾渣殘留在閥腔通道，吹除中一旦氣閥工作殘渣滯留在氣閥密封面使氣閥失去密封作用，壓力會偏高，裝配前需要保持管路系統(tǒng)的清潔度。

（3）填料漏氣。填料屬精密件需要很高的安裝要求，否則密封件會很快失效，曾出現過量的泄漏導致曲軸箱漏氣嚴重，大量油污從呼吸閥冒出，呼吸閥失去作用，甚至油標被漏氣沖出，無法繼續(xù)開機，拆檢后發(fā)現有雜物滯留填料密封環(huán)中，清除后恢復正常。

2.5 螺桿機

（1）螺桿機加載失敗。該型機前置螺桿做為前級增壓，依靠進氣閥打開給空壓機加載，而加載控制是通過氣動電磁閥動作實現，氣源由螺桿機本身建立控制氣控制，壓力如果不能及時建立，進氣閥打不開即加載失敗，這時進氣閥動作失靈或控制電磁閥動作失靈時有可能導致加載失敗，應及時檢查進氣閥和電磁閥動作情況。

（2）油壓偏低。調試中常出現油過濾器阻塞，阻力較大，阻塞后通過更換過濾器壓力達正常值，說明管路內有不同程度的雜質存在，裝配前對潤滑油管路系統(tǒng)清洗、吹除，同時要保證油冷卻器、油分離器的內部的清潔，避免裝配中雜質侵入。

2.6 冷卻系統(tǒng)

冷卻系統(tǒng)水路、氣路、油路接口較多，實際調試時大多在密封處泄漏。緊固件、密封墊裝配中稍有失誤就可能泄漏，大多在重新拆裝緊固后故障排除，接頭上緊時如果憋勁還會引起螺紋咬死現象，損壞部件本體會造成嚴重的經濟損失，應加以避免和防范。列管式冷卻器中焊接點一但泄漏將影響空壓機正常運行，焊接管束的焊接質量應通過表面探傷檢查，但內部微孔隙缺陷很難通過超聲探測，損壞后一般只能通過更換解決。

2.7 排污裝置

空壓機的高壓多級壓縮必須通過定時級間排污才能夠保障機組安全運行，傳統(tǒng)的空壓機采用手動方式解決，但頻繁高壓現場操作安全性差、勞動強度大。為此，空壓機增加了自動排污設計，但自動排污系統(tǒng)涉及有多個電磁閥、氣動閥，出廠試驗時動作正常，但空壓機裝配配管中含有雜質不可避免，高壓空氣排污吹除時會從死角中帶出雜質滯留在閥芯密封面上而導致氣動閥、電磁閥失效，電磁閥有時連續(xù)更換后仍然燒損，這時需要拆檢閥體，由于電磁閥發(fā)生故障存在許多潛在的原因，所以被認為是復雜且容易發(fā)生故障的裝置，但實際上許多故障是由于閥之外的原因引起的，分析原因多數為線圈受潮，引起絕緣不好而漏磁，造成線圈內電流過大而燒毀，因此要防止水漏入電磁閥線圈。另外，電磁閥長期沒有動作，導磁鐵銹蝕或閥芯卡死均有可能引起線圈燒壞。電磁閥、氣動閥調試前應檢查密封情況、正常動作才能保證應有的功能。

2.8 干燥裝置

主要表現為控制閥誤動作或不動作。在調試中要根據具體情況循序檢查電磁閥、氣動閥動作情況才能得到正確的判斷和排除。

3 調試質量控制

（1）空壓機機組由若干零部件組成，零部件質量直接關系到整機質量，能夠獨立調試的零部件將盡量在組裝前完成，只有保證所屬零部件的質量可靠才能減少調試中的故障。

（2）空壓機調試時發(fā)生的故障大多是裝配不當引起的，需要提高裝配質量，嚴格執(zhí)行裝配工藝規(guī)程，特別是設計標有擰緊力矩的螺栓要嚴格控制。

（3）加強控制系統(tǒng)接線過程的中間檢查，開機前應檢查電磁閥控制電源、供電情況，一旦發(fā)現錯接、漏接和虛接現象及時糾正避免誤判。

（4）加強外購配件供應商服務，有問題及時在調試中得到解決，不把潛在性故障帶給用戶。

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〔編輯 李波〕

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.01.12