往复压缩机的故障分析

Chap4往复压缩机故障分析和管道振动2020/6/27工业装备故障诊断技术1往复压缩机的故障类型热力学参数异常主要零部件故障振动异常示功图及阀片运动规律的测量与故障分析气流压力脉动与管道振动Chap4往复压缩机故障分析和管道振动2020/6/27工业装备故障诊断技术2Chap4往复压缩机故障分析和管道振动2020/6/27工业装备故障诊断技术3Chap4往复压缩机故障分析和管道振动2020/6/27工业装备故障诊断技术4Chap4往复压缩机故障分析和管道振动2020/6/27工业装备故障诊断技术5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。Chap4往复压缩机故障分析和管道振动2020/6/27工业装备故障诊断技术61.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。Chap4往复压缩机故障分析和管道振动2020/6/27工业装备故障诊断技术74.1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吸、排气压力不正常•吸气压力低•吸气压力高•排气压力低•排气压力高•压力不稳定温度不正常•吸气温度高•排气温度高•气缸过热•轴承过热•活塞杆过热•曲轴两端盖发热排气量降低•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Chap4往复压缩机故障分析和管道振动2020/6/27工业装备故障诊断技术8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。•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4.1.2压缩机主要零部件的机械故障Chap4往复压缩机故障分析和管道振动2020/6/27工业装备故障诊断技术9•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、热处理有缺陷气阀弹簧损坏4.1.2压缩机主要零部件的机械故障Chap4往复压缩机故障分析和管道振动2020/6/27工业装备故障诊断技术104.1.2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、阀片严重磨损气阀漏气Chap4往复压缩机故障分析和管道振动2020/6/27工业装备故障诊断技术11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。Chap4往复压缩机故障分析和管道振动2020/6/27工业装备故障诊断技术12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。Chap4往复压缩机故障分析和管道振动2020/6/27工业装备故障诊断技术13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Chap4往复压缩机故障分析和管道振动2020/6/27工业装备故障诊断技术14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。Chap4往复压缩机故障分析和管道振动2020/6/27工业装备故障诊断技术154.1.3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。Chap4往复压缩机故障分析和管道振动2020/6/27工业装备故障诊断技术164.1.3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析2.曲柄连杆机构的旋转惯性力和往复惯性力1.活塞的位移、速度和加速度)]2cos1(4)cos1[(rx)2sin2(sinrdtdxx)2cos(cos2rdtxdx2rmFrr)2cos(cos2rmxmFssIcos21rmFsI2cos22rmFsI一阶往复惯性力:二阶往复惯性力:Chap4往复压缩机故障分析和管道振动2020/6/27工业装备故障诊断技术174.1.3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。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：1.振动故障Chap4往复压缩机故障分析和管道振动2020/6/27工业装备故障诊断技术184.1.3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气缸振动Chap4往复压缩机故障分析和管道振动2020/6/27工业装备故障诊断技术194.1.3压缩机故障振动分析1.振动故障机体振动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⑨活塞杆弯曲或活塞杆连接螺母松动⑩活塞杆负载过大，连杆轴承损坏Chap4往复压缩机故障分析和管道振动2020/6/27工业装备故障诊断技术204.1.3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基础振动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