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空压机安全运行技术

作为一种动力能源，空压机的应用领域越来越广泛，在整个生产制造中起着至关重要的左右。但是，空压机在运行过程中，由于冷却换热效果不好、压力不正常、排气量不足等原因，导致空压机实际运行时间较短，机器停车与启动频繁，无法达到高效安全运行的要求，直接影响生产，给企业带来不可估量的损失。因此正确识别空压机的故障，分析原因，减少故障次数，提出预防措施，确保空压机安全运行是非常必要的。

1 空压机故障类型及原因分析

1.1 排气量不足

排气量的不足主要的表现是压力达不到终点压力，从故障现象看很可能是由于以下几种原因造成：

一是入口空气过滤器的故障，当过滤器中的积垢产生堵塞，就会使排气量减少；而吸气管过长，管径较小，造成吸气阻力增大时，就直接影响了排气量。

二是空压机转速过低会使排气量下降：空气压缩机的排气量是按规定的海拔高度、吸气温度、湿度设计的，如果在超过上述标准的高原上使用时，就会造成吸气压力降低，排气量也随之降低；传送皮带打滑一会降低空压机的转速，进而影响排气量降低。

三是由于零件磨损导致空压机各配合间隙的变化而引起的：气缸、活塞、活塞环磨损严重、超差，造成相关间隙增大，泄漏量增大，严重的话就影响了排气量。

四是空压机系统严重漏气，主要是由于填料函不严密从而产生漏气使气量降低，究其原因：首先，是填料函本身制造时不合要求；其次，可能是在安装时，活塞杆与填料函中心没有对好，产生磨损、拉伤等造成的漏气。

五是空压机压力阀的故障对排气量的影响，主要是指吸、排气阀的阀座与阀片间落入金属碎片或其它杂物，造成关闭不严，形成漏气。

此外，气阀弹簧力与气体力匹配的不好也会影响排气量，弹力过强则使阀片开启迟缓，弹力太弱则阀片关闭不及时，这样不但影响了排气量，严重的话会影响到功率的增加，甚至影响气阀阀片、弹簧的使用寿命。

1.2 排气温度异常

排气温度不正常是指其高于设计值，主要是冷却系统故障导致的。从理论上进，影响排气温度增高的因素有：进气温度、压力比、以及压缩指数（对于空气压缩指数K=1.4）。实际情况影响到吸气温度高的因素如：中间冷却效率低，或者中冷器内水垢结多影响到换热，则后面级的吸气温度必然要高，排气温度也会高。气阀漏气，活塞环漏气，不仅影响到排气温度升高，而且也会使级问压力变化，只要压力比高于正常值就会使排气温度升高。此外，水冷式机器，缺水或水量不足均会使排气温度升高。

1.3 超常的振动和噪音

空压机如果某些部件出现故障时，就会发出异常的响声，通常来讲，操作人员通过听样是可以判别出异常的振动和噪声。驱动电动机运行不稳定，轴的对中状态改变都会产生异常的振动和噪声。活塞与缸盖间隙过小，直接撞击；活塞杆与活塞连接螺帽松动或脱扣，活塞端面丝堵桧，活塞向上串动碰撞气缸盖，气缸中掉入金属碎片以及气缸中积聚水份等均可在气缸内发出敲击声。排气阀片折断，阀弹簧松软或损坏，负荷调节器调得不当等等均可在阀腔内发出撞击声。

1.4 过热故障

在十字头与滑板、曲轴和轴承、填料与活塞杆等产生摩擦的位置，温度过高并超过规定的数值就称为过热。过热所带来的后果：一是加快磨擦副件的磨损。二是过热使大量的热能。

不断积聚直致烧毁磨擦面以及烧抱而造成机器发生重大事故。造成轴承过热的主要原因为：轴承与轴颈贴合不均匀或接触面积过小；轴承偏斜曲轴弯曲，润滑油粘度太小，油路堵塞，油泵有故障造成断油等；安装时没有找平，没有找好间隙，主轴与电机轴没有找正，两轴有倾斜等。

引起空压机故障的原因很多，既有设计制造上的原因，也有操作维护及管理上的原因，应通过综合分析这些故障提出一些有效的解决方案，延长空压机寿命。

2 空压机日常运行故障解决方案

2.1 优化冷却系统

温度异常是造成空压机发生故障事故的主要原因，所以如何降低系统温度，保持一个高效的冷却系统对延长空压机的寿命至关重要。可以从以下几个方面对空压机的冷却系统进行优化。

通过改善压缩机机房的通风条件，降低空压机温度。机械设备的工作环境，对机械设备使用有较大的影响，降低设备的温度，可以减轻对设备带来的不利影响。随着机组使用年限的增加，机组发热量也日益上升，原有的从进风道进气来满足产气和冷却机组的方式已不适用。如杭州卷烟厂通过将机组左右两扇边门改造成下进风的百叶形式，将环境温度的空气从设备下部吸入，再从上部的排风扇排出，有效降低机组温度。该公司原有机组冷却排气直接排入排风通道，然后从屋顶排出，但由于机组排风风扇功率小。

通道内空气换气率不高，从而使得通道内温度升高，影响机组冷却。通过在排风通道口加装排风扇，增加通道内空气流速，增加通道内空气换气次数，从而使得机组冷却效果提升。

避免冷却系统结垢。冷却系统结垢是空压机温度异常产生故障的主要原因，其使冷却水不能有效地与气缸壁进行换热，导致气缸运行温度升高而引发事故。了解决这一问题，国内外许多学者进行了大量的研究工作，并取得了一些研究成果。主要通过加强冷却水水质的监控和管理，对冷却水进行改造和定期对空压机进行清洗等方法来避免冷却系统结垢，其中对空压机清洗除垢法包括是机械除垢法和化学除垢法等，因为气缸水套的结构比较复杂，机械除垢法很难清除干净，所以，目前的除垢方法以化学除垢法为主。

2.2 设备的维护保养

空压机的基本保养包括：空气滤芯的更换、保养；机油滤芯的更换、空压机油的更换；油气分离芯的更换和保养；联轴器的安装与保养；冷却器的保养与维护等。

（1）空气滤芯的维护与保养。空气滤清器的作用是过滤掉吸入空气中含有的尘埃污物，将过滤后的干净空气送入压缩腔压缩。空气滤芯好每星期保养一次，拧开压盖螺母，取出空滤芯，用0.2～0.4MPa的压缩空气，从空滤芯内腔向外吹除在空滤芯外表面的尘埃颗粒，用干净的抹布将空滤壳内壁上的赃物擦干净。回装空滤芯，注意空滤芯前端部的密封圈要与空滤壳内端面贴合严密。空滤芯新机磨合期运行500h后应更换，正常情况3000h更换一次。清洁或更换空滤芯时，部件是必须一一合对，严防异物落入进气阀。

（2）机油滤芯的更换、空压机油的更换。正常情况下建议每1500～2000h更换新滤芯，换机油时好同时更换油滤芯。空压机油对空压机的性能具有决定性的影响，新机磨合期500h后进行油品更换，以后一般每运行3000h更换新油。换油时好同时更换油过滤器。无论是机油滤芯还是空压机油，在环境恶劣的场所使用缩短更换周期。

（3）油气分离芯的更换和保养。每一年或在监控器发出需维护信号时，要更换分离芯。分离芯只能更换，不能清洁之后再用。

（4）联轴器的安装与保养。联轴器关系着设备的精密程度，对其装配误差的要求比较高，分别经过轴向偏差校准，然后在电机下垫片调整轴向偏差，水平间隙和角度偏差校准等一系列校准调整后才能装上螺栓和锁紧垫片。

2.3 规范操作

规范的操作可以提高空压机的运行效率，减少故障发生的次数，减缓设备零件的疲劳，延长空压机的使用寿命。规范的操作应该包括以下方面。

空压机开机前请先确认管路阀门处于正常位置，空压机面板显示正常，然后按启动按钮启动。关机时请按停机按钮停机，空压机会自动卸载停机。非紧急状况请勿按红色紧急停机按钮停机。

空压机每运行500h，必须对空压机内部的电气接线重新进行检查、紧固。每天记录空压机的主要参数，以备发生故障后为分析处理提供依据。请每天检查油位，保证冷却剂足够并观察内部管路是否有渗漏。

3 结语

作为提高气体压力和输送气体的机械，空压机不可避免的出现故障。对空压机几种故障进行系统的分析，找出故障的根本原因，通过对空压机设备设施的不断改善，严格按设备操作规程作业，制定维护计划，定期保养，并保持设备清洁，使空压机在佳工作状态下长期安全运行，以提高设备维护效率和空压机使用率，延长空压机使用寿命。

螺杆空压机控制方式优缺点与节能效果对比

螺杆压缩机各种控制方式

螺杆空压机选型时考虑的因素很多，必须照顾到耗气量并考虑一定的余量，但是日常运行时，空气压缩机并非总是在额定排气工况下，据统计在中国空气压缩机的平均负载只有额定容积流量的79%左右，可以看出压缩机选型时需要考虑额定负载工况和部分负载工况的功耗指标。

所有的螺杆空压机均有排气量调节功能，只是实现的措施有不同，常见的方式有ON/OFF加载/卸载调节、吸气节流、电机变频、滑阀变容等，这些调节方式也可以灵活地组合使用来优化设计。

在压缩机主机能效一定的情况下，只能从压缩机整机上进行优化控制方式达到进一步节能的目的，从而在空气压缩机的应用领域中实际达到综合节能效果。螺杆空压机的应用范围比较广泛，很难找到一种适合所有场合并完全有效的控制方式，需要根据实际应用情况综合分析，以便选择对应合适的控制方式，以下简要介绍4种常见的控制方式包括其主要特点及用途。

2.1 ON/OFF加载/卸载控制

ON/OFF加载/卸载控制是比较传统、比较简单的控制方式，它的功能是根据客户用气量的大小，自动调节压缩机进气阀的开关，使压缩机加载或卸载，以减小供气压力的波动。该控制中有电磁阀、进气阀、放空阀和控制管线。

当客户用气量等于或大于机组的额定排气量时，启动/卸载电磁阀处在得电状态控制管路不导通，压缩机主机进气阀在吸气真空作用下完全打开，机组保持满负荷状态运行。

当客户用气量小于额定排气量时，压缩机管路的压力会缓慢上升，当排气压力达到并超过机组卸载压力，压缩机转入卸载运行。启动/卸载电磁阀处在失电状态控制管路导通，它一路气去关闭进气阀；另一路气去打开放空阀让油气分离罐中的压力放空，直至油气分离器罐内部压力稳定（一般是15~35PSI），此时机组将在较低的背压下运行，保持空载状态。

当客户用气量增加使管路压力下降到规定值时，机组就继续加载运行。此时启动/卸载电磁阀得电，控制管路不导通，机头进气阀在吸气真空作用下保持开度。如此根据用户端用气量的变化机器反复加载、卸载的运行。

加载/卸载控制方式的主要特点是主机进气阀只有完全打开、完全关闭2种状态，机器的运行状态只有加载、卸载、自动停机3种状态。

对客户来说，压缩空气都是允许多但不允许不足，换言之，空气压缩机的排气量是允许大，不允许小，因此当机组排气量大于用气量时，空压机机组会自动的卸载，以保持排气量和用气量维持平衡。

2.2 吸气节流控制

吸气节流控制方式根据客户所需的用气量来调节压缩机进气量的大小，以便达到供需平衡，主要元件包括电磁阀、压力调节器、进气阀等。

当用气量等于机组的额定排气量时，进气阀完全打开，机组将在满载状态下运行；当用气量小于额定排气量时，控制气路自动调节进气阀的开度，控制进气量的大小。

现针对一台工作压力为8~8.6 bar的压缩机机组运行过程中的4种工况，分别介绍吸气节流控制方式的功能。

（1） 启动工况0~3.5 bar

压缩机机组启动后，进气阀关闭着，油气分离器罐中压力迅速建立；当达到设定时间会自动切换到满载状态，进气阀靠真空吸气作用微微打开。

（2） 常规运行工况3.5~8 bar

当系统内压力超过3.5 bar后，冲开小压力阀使压缩空气进入供气管，电脑板实时监控管线压力，进气阀完全打开。

（3）气量调节工况8~8.6 bar

当管线压力超过8 bar时，控制气路调节进气阀的开度，使排气量与用气量相平衡，在此期间排气量调节范围是50%~。

（4） 卸载工况-压力超过8.6 bar

当所需用气量减少或不需用气时，管线压力超过设定值8.6 bar时，控制气路关闭进气阀并打开放空阀，释放油气分离罐中的压力；机组在很低的背压下运行，耗能减少。

当管线压力降至设定的压力时，控制气路关闭放空阀，打开进气阀，机组转换为加载工况运行。

吸气节流控制通过对进气阀的开度控制，进而调节进气量，从而减小了压缩机的功耗，并降低了频繁加载/卸载的频率，因此有一定的节能效果。

2.3 变频调速控制

压缩机变频转速调节控制是通过改变驱动电机的转速，进而调节压缩机的转速来调节排气量。

变频压缩机的气量调节系统的功能是根据客户用气量的大小，通过变频改变电机的转速来配合不断变化的空气需求量，以便达到供需平衡。每款变频机组根据型号的不同，设定有机组实际运行时变频器输出频率及电机转速。当客户用气量等于机组的额定排气量时，变频机组调节变频电机的频率而提高主机转速，机组在满载状态下运行；当用气量小于额定排气量时，变频机组将通过降低变频电机的频率从而降低主机转速，相应降低进气量；当客户停止用气时，变频电机的频率降至，同时关闭进气阀不再进气，机组处于空载状态在较低的背压下运行。

压缩机变频机组配备的驱动电机其额定功率是一定的，但电机的实际轴功率跟其负载、转速直接相关。压缩机机组采用变频调速，在负载降低的情况下同时降低转速，可大大提高轻载运行时的工作效率，同时能十分方便地连续调节，保持排气量和排气压力的稳定。

变频压缩机相对于工频压缩机来说，驱动马达需要为变频电机，配有变频器及相应的电控柜，因此成本会比较高。所以选用变频压缩机初次投资成本较大，变频器本身有功率消耗以及变频器散热通风限制等原因，只是用户耗气量变化范围大的空气压缩机，经常处在较低负载才有选择变频器的必要。

变频压缩机的主要优点如下：

（1）节能；

（2） 启动电流小，对电网冲击小；

（3） 排气压力稳定；

（4）机组噪声低，电机运转频率低，无频繁

加卸载噪声。

2.4 滑阀变容调节

滑阀变容调节控制方式的工作原理为：通过一个机构去改变压缩机主机压缩腔内的有效压缩容积，从而调节压缩机的排气量。与ON/OFF控制、吸气节流控制及变频控制都属于压缩机外部控制的工作原理有所不同，滑阀变容调节方式需要改变压缩机本身的结构。

容积流量调节滑阀是螺杆压缩机用来调节容积流量的一种结构元件，采用这种调节方式的机器通常称作变容机。调节滑阀的设计型式有多种，下面重点介绍某品牌压缩机主机上滑阀变容机器的工作原理。

气缸壁上开有与转子螺旋形状相对应的旁通孔，当这些孔没有被盖住时，气体可以从这些孔中排出。所用滑阀也俗称为“螺旋阀”，阀体是螺旋形状的，当它旋转时就可盖住或打开与压缩腔相连的旁通孔。客户用气量减少时，螺旋阀转动打开旁通孔，使吸入的部分空气未经压缩就通过压缩腔底部的旁通孔流回入口，不参与压缩，相当于降低参与有效压缩的螺杆长度即降低有效工作容积，所以有效的压缩功大大降低，实现部分负载时的节能。这种设计方案可以提供连续的容积流量调节，一般可以实现的容量调节范围是50%~。

螺杆空压机节能对比分析

3.1 各种控制方式综合对比

所有的螺杆空压机均有气量调节功能，只是实现的措施有不同，常见的方式有ON/OFF加载/卸载调节、吸气节流、电机变频调节、变容调节等，这些调节方式也可以灵活地组合使用来优化空压机控制方式设计。

3.1.1 各种控制方式综合对比

为了更直观的比较各种控制调节方式的特点及性能优劣

变频调节与变容调节对比

压缩机的经济性应至少从3个方面来考虑：

（1）压缩机是否节能；

2）零件的更换周期和零件价格；

（3）压缩机的价格及购买成本。前两点关系到

用户每年为运行这一产品而付出的固定费用的多少，相对于第3点来说是大项，在考虑压缩机的经济性时应优先考虑。同时压缩机的经济性和适用性又是密不可分的，在A场合适用性好又经济的压缩机，不一定适用于B场合，也不一定经济。考虑到运行成本、用气量变化很大的场合，选择螺杆空气压缩机应该优选变频驱动压缩机或变容调节压缩机。

变容调节压缩机与变频驱动压缩机的优缺点比较如下：

（1） 在经济性方面：变容调节压缩机成本优势明显，在价格上具有竞争优势；变频机型的成本一般是变容机型的1.3倍。

（2） 在节能效果方面，要看机器运行在何种状态下：

变频调节适用于排气量30%~的调节范围，而在30%~90%时节能效果。变频机在靠近工频机额定转速时，其压缩功耗与工频机相近，加上变频器本身需要消耗2%~3%的能耗，整机功耗超过了工频机的能耗。也就是说，当客户用气量为额定用气量的90%以上时，采用变频机反而会增加能耗。这也是为什么很多客户几台空压机一起使用时，只选择其中一台为变频机的原因。

变容调节适用于排气量50%~的调节范围，而在90%耀时节能效果优于变频调节。

（3） 在恶劣环境适应能力：变容调节压缩机比变频机更出色，故障率极低，维护和修理比变频机更方便、容易。

4 结论

以上分析及螺杆空压机比较常用的4种控制方式，每一种控制方式都有其特性及适用领域，选择正确的控制方式确实可减少很多无谓的浪费，但是如何选择正确的控制方式却没有一定的准则或公式可资运用，仍然得靠经验、记录及试验分析比较来判断。很多时候需要将几种控制方式结合在一起运用起来，比较常见的有吸气节流控制和滑阀变容调节组合、ON/OFF加载/卸载控制和变频调速控制组合、变容调速控制和变频调速控制组合，这样充分发挥各个控制方式的优点，以发挥出的节能效果。