解英南

（中國(guó)石油遼陽石化分公司，遼寧遼陽 111003）

0 引言

往復(fù)式壓縮機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，其主要依賴于設(shè)備自身的功能與條件。但是，由于內(nèi)部工作環(huán)境復(fù)雜，受到外部環(huán)境的影響又較多，因此經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些難以避免的故障與問題，嚴(yán)重影響設(shè)備正常使用。為進(jìn)一步探討往復(fù)式壓縮機(jī)典型故障與診斷策略，就相關(guān)定義與技術(shù)特征分析如下。

1 往復(fù)式壓縮機(jī)故障維修概述

1.1 設(shè)備定義

往復(fù)式壓縮機(jī)是一種集合進(jìn)氣、排氣、吸氣和運(yùn)氣的設(shè)備，設(shè)備運(yùn)行過程中通過活塞連桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)其具體的功能，這個(gè)過程不可避免地會(huì)產(chǎn)生噪聲以及持續(xù)的撞擊磨損。根據(jù)調(diào)查研究的結(jié)果來看，各缸之間存在嚴(yán)重的噪聲干擾與撞擊影響，如采取常規(guī)頻譜分析技術(shù)，會(huì)出現(xiàn)連續(xù)、密集的寬帶譜線。該類型譜線在故障特征上表現(xiàn)為噪聲影響，難以實(shí)施提取與技術(shù)識(shí)別，同時(shí)振動(dòng)對(duì)于氣體的泄漏敏感度也不高。目前，許多學(xué)者采取神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方式對(duì)設(shè)備進(jìn)行研究，整體效果不是特別理想。往復(fù)式壓縮機(jī)作為一種容積式壓縮機(jī)，其能夠根據(jù)氣體的順序要求進(jìn)行吸入、排出，同時(shí)提升靜壓力水平，滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的實(shí)用性要求。在工業(yè)生產(chǎn)中，往復(fù)式壓縮機(jī)應(yīng)用十分廣泛，包括天然氣壓縮機(jī)、化工壓縮機(jī)以及活塞式空壓機(jī)都是往復(fù)式壓縮機(jī)的應(yīng)用類型。

1.2 基本維修特征

結(jié)合現(xiàn)階段往復(fù)式壓縮機(jī)故障維修的情況來看，大多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家與一部分發(fā)展中國(guó)家針對(duì)往復(fù)式壓縮機(jī)采取的維修方式都是動(dòng)態(tài)診斷維修。該過程主要采取針對(duì)往復(fù)式壓縮機(jī)的重要部位實(shí)施動(dòng)態(tài)研究后，借助于專業(yè)的診斷技術(shù)來實(shí)施判斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中存在的設(shè)備故障與問題，并采取必要的處理措施。這種處理方式不但可以提升往復(fù)式壓縮機(jī)的運(yùn)行效率，同時(shí)也在根本上解決了設(shè)備運(yùn)行過程中的可靠性和安全性問題，進(jìn)一步改善了設(shè)備整體性能。動(dòng)態(tài)診斷技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)合理分工，由于分工十分明確，可以有效降低往復(fù)式壓縮機(jī)的故障診斷排除時(shí)間與故障維修時(shí)間，進(jìn)而降低設(shè)備維修次數(shù)，延長(zhǎng)設(shè)備整體使用壽命，最終達(dá)到降低往復(fù)式壓縮機(jī)維修成本的目的。

但是，往復(fù)式壓縮機(jī)動(dòng)態(tài)診斷技術(shù)的應(yīng)用也不是萬能的，許多情況下都需要采取特征故障分析診斷的方式來進(jìn)行故障分類診斷，否則會(huì)影響診斷效率，以及設(shè)備使用效益。因此，特征故障分析診斷是往復(fù)式壓縮機(jī)故障處理的前提條件，需要提前予以落實(shí)。

2 往復(fù)式壓縮機(jī)的典型故障特征與診斷

往復(fù)式壓縮機(jī)作為工業(yè)生產(chǎn)中重要的設(shè)備類型，在石油化工領(lǐng)域中具有不可替代的作用，作為核心部件，其使用的穩(wěn)定性同樣涉及生產(chǎn)的效率與效益。往復(fù)式壓縮機(jī)主要構(gòu)成組件包括有氣閥、十字頭、活塞、曲軸、活塞、機(jī)座以及連桿等，多種構(gòu)件的共同協(xié)調(diào)配合才能夠?qū)崿F(xiàn)具體的功能目標(biāo)。由于機(jī)構(gòu)類型多樣，配合復(fù)雜，導(dǎo)致內(nèi)部很容易出現(xiàn)各種難以預(yù)知的問題，比較典型的有連桿大頭瓦磨損、活塞環(huán)燒蝕、氣閥松動(dòng)以及其他類型氣閥故障。

2.1 連桿大頭瓦磨損故障

連桿大頭瓦磨損故障主要需要解決活塞桿受力的問題，通過往復(fù)式壓縮機(jī)活塞之間氣體的壓力差來進(jìn)行受力分析。主要受影響的構(gòu)件有十字頭、活塞桿、活塞等，能夠產(chǎn)生的往復(fù)慣性力可以通過摩擦力來實(shí)現(xiàn)。一般來說，往復(fù)式壓縮機(jī)使用過程中往復(fù)的運(yùn)動(dòng)組件與壓力速度是動(dòng)態(tài)變化的，通過研究這種變化的曲線公式能夠判斷受力情況。同樣選擇專用的儀器設(shè)備對(duì)往復(fù)式壓縮機(jī)的大頭瓦磨損故障進(jìn)行檢驗(yàn)。針對(duì)往復(fù)式壓縮機(jī)活塞中的壓力曲線實(shí)施分析與測(cè)量，可以對(duì)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的組件進(jìn)行慣性力的推算。結(jié)合最終計(jì)算結(jié)果來看，往復(fù)式壓縮機(jī)受力方向主要以某個(gè)角度為主，長(zhǎng)期使用也是這個(gè)角度率先出現(xiàn)磨損，主要表現(xiàn)在往復(fù)式壓縮機(jī)連桿大頭瓦間隙進(jìn)一步擴(kuò)大。此時(shí)活塞桿會(huì)在受力的一方受到反向狀態(tài)影響，進(jìn)而形成新的沖擊變化，間隙也會(huì)相應(yīng)增加。測(cè)量往復(fù)式壓縮機(jī)十字頭低頻振動(dòng)曲線，對(duì)比曲線與測(cè)量結(jié)果，就可以實(shí)現(xiàn)往復(fù)式壓縮機(jī)的連桿間隙分析，判斷是否存在故障。

2.2 活塞環(huán)燒蝕故障

往復(fù)式壓縮機(jī)出現(xiàn)活塞環(huán)燒蝕問題，主要是磨損加劇后沒有及時(shí)處理，隨后就會(huì)出現(xiàn)兩側(cè)壓力集中在中間的情況。低頻振動(dòng)信號(hào)會(huì)進(jìn)一步強(qiáng)化振幅的影響，在振幅的尖峰位置會(huì)逐步與往復(fù)式壓縮機(jī)兩側(cè)形成合力，進(jìn)而在穿過曲線的位置進(jìn)行對(duì)應(yīng)。根據(jù)這個(gè)分析不難判斷，往復(fù)式壓縮機(jī)活塞環(huán)實(shí)際運(yùn)行過程中，由于潤(rùn)滑不充分等原因，導(dǎo)致兩道支撐環(huán)燒蝕嚴(yán)重，但此時(shí)內(nèi)部活塞環(huán)沒有發(fā)生明顯變化。由此可見，導(dǎo)致往復(fù)式壓縮機(jī)活塞環(huán)燒蝕的主要原因是缸頭段以及曲軸部分出現(xiàn)的應(yīng)力集中，實(shí)際的壓力轉(zhuǎn)角曲線處于吻合的水平。該過程能夠證明壓力處于反向狀態(tài)條件下，壓力與轉(zhuǎn)角曲線提供的壓力處于振動(dòng)信號(hào)展示階段，以此作為活塞環(huán)磨損的主要依據(jù)，同時(shí)也是往復(fù)式壓縮機(jī)故障原因之一。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)來看，活塞環(huán)燒蝕如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的設(shè)備事故，因此必須要經(jīng)常進(jìn)行檢查，確保設(shè)備安全。

2.3 氣閥松動(dòng)故障

氣閥門松動(dòng)往往與不同時(shí)間的運(yùn)行狀態(tài)不穩(wěn)定有關(guān)，需要對(duì)往復(fù)式壓縮機(jī)八大氣閥進(jìn)行檢測(cè)，得出超聲波波形。根據(jù)波形（圖1）可以判定，上部曲線是往復(fù)式壓縮機(jī)的缸頭端四閥門波形，下部是超聲波波形，同時(shí)也是排氣閥的波形，圖1 中顯示的是往復(fù)式壓縮機(jī)的排氣閥超聲波波形，上部是吸氣閥的波形。根據(jù)圖1 中的波形數(shù)據(jù)，能夠判斷出排氣、吸氣時(shí)間。根據(jù)圖1 中的波形位置，可以判斷出吸氣以及排氣的時(shí)間都會(huì)出現(xiàn)波形幅值降低的情況，此時(shí)屬于正常表現(xiàn)。如果出現(xiàn)故障問題，那么在壓縮、吸氣以及膨脹過程中就會(huì)出現(xiàn)噪聲，噪聲影響越大，則表明故障越嚴(yán)重。一般來說，漏氣的影響也會(huì)通過噪聲表現(xiàn)在波形圖當(dāng)中，因此可以借此來判斷漏氣水平。

圖1 氣閥超聲波波形

2.4 氣閥故障

在壓縮機(jī)使用過程中，主要部件包括閥片、彈簧以及升程限制設(shè)備，還包括閥座等固定機(jī)構(gòu)。往復(fù)式壓縮機(jī)在使用過程中會(huì)頻繁使用氣閥，借助于閥腔體以及氣缸之間的壓力傳遞，實(shí)現(xiàn)往復(fù)式壓縮機(jī)的往復(fù)操作，完成吸氣、排氣等具體操作，進(jìn)而滿足氣流控制的需求。在往復(fù)式壓縮機(jī)使用過程中，彈簧的反作用力往往會(huì)低于氣閥中的氣流推動(dòng)力，往復(fù)式壓縮機(jī)的閥片則會(huì)在升程限制設(shè)備上完成停留操作。往復(fù)式壓縮機(jī)在彈簧作用下，其內(nèi)部的氣流會(huì)受到持續(xù)的推力，此時(shí)反作用力會(huì)高于內(nèi)部的氣流推力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)向下的關(guān)閉操作。由于往復(fù)式壓縮機(jī)使用過程中氣閥會(huì)頻繁往復(fù)，過程中必然伴隨壓力、摩擦，因此出現(xiàn)故障的可能性較高。根據(jù)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)來看，往復(fù)式壓縮機(jī)氣閥出現(xiàn)故障，會(huì)影響到設(shè)備的功率、排氣量等性能指標(biāo)，同時(shí)也會(huì)對(duì)運(yùn)行過程中的可靠性產(chǎn)生負(fù)面影響。

可以采取專用檢測(cè)儀器對(duì)往復(fù)式壓縮機(jī)的運(yùn)行過程進(jìn)行綜合檢測(cè)，針對(duì)其曲軸段、缸頭端部的曲線實(shí)施科學(xué)檢測(cè)，分析平滑曲線呈現(xiàn)出的形狀類型以及曲線實(shí)際情況，做好往復(fù)式壓縮機(jī)的過程分析控制，主要包括溫度、壓力以及氣體組成等多個(gè)部分的計(jì)算工作。隨后根據(jù)計(jì)算結(jié)果得到相應(yīng)的理論壓力曲線，作為判斷故障發(fā)生因素的判斷依據(jù)。在判斷氣閥故障時(shí)，主要考慮到壓力與超聲波曲線以及轉(zhuǎn)角曲線兩種形式，這兩種曲線在繪制過程中需要做好超聲波波形的分析，結(jié)合具體信息數(shù)據(jù)，可以對(duì)缸頭段的膨脹情況以及實(shí)際的壓力情況進(jìn)行調(diào)整。在設(shè)備滿足往復(fù)式活塞移動(dòng)距離控制要求后，才能進(jìn)一步確保吸氣閥開合的時(shí)機(jī)，降低故障的不利影響。

3 總結(jié)

往復(fù)式壓縮機(jī)在使用過程中不可避免會(huì)出現(xiàn)各種類型故障，針對(duì)這些故障采取快速診斷策略，找到故障原因，才能對(duì)癥下藥、及時(shí)解決故障問題，提升生產(chǎn)效率。針對(duì)往復(fù)式壓縮機(jī)的工作特性，可以通過選擇合適的技術(shù)與產(chǎn)品類型來降低故障概率，同時(shí)也為故障診斷工作提供技術(shù)支持，為故障預(yù)知控制提供必要條件。