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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。

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一、往复式压缩机诊断方法的研究现状

在工业上被广泛使用的往复式压缩机，故障诊断比较复杂，所以国内外学者一直以来都很关注对它的研究。

在国外，美国学者曾经利用气缸内侧的压力信号图像判断气阀故障及活塞环的磨损；学者对千余种不同类型的压缩机建立了常规性参数数据库，确定评定参数，以判断压缩机的工作状态等。

在国内，有些专家对往复式压缩机的缸盖振动信号进行过简单的分析，也有人在缸盖振动信号对缸内气体压力的影响方面进行过研究。

有些学者在压缩机的常规性能参数的监测和控制方面做了大量的工作，就是为了能够改变目前压缩机操作人员用耳听、眼看，凭借经验判断故障的局面，而是有实际强有力的证据得到的检测结果。

然而，由于往复式压缩机结构比较复杂，根据当前的研究状况以及研究资料表明，我们需要完善计算机技术和人工智能领域的专家系统和神经网络技术的初步使用，使在故障诊断技术领域能够有一套像旋转机械那样成熟的，得到人们普遍认可和广泛应用的诊断系统，以供选择并获得往复式压缩机工作状态的有效特征参数。

仅仅采取先凭经验或设想去确定和试凑特征参数，然后再进行实验验证的方法是不充分的，且不能找出特征参数，与实际的应用还是有一定的出入的，这同往复式压缩机在工业中的重要地位是不相称的。

二、往复式压缩机热力性能的故障及机理

（一）常见往复式压缩机热力性能故障类型及起因是各种各样的

从相关资料和研究中可知，造成往复式压缩机热力故障的主要原因为填料函和气阀等易损件的损坏。填料函的故障大大降低了排气量、使得压比失调等。

资料表明，气阀故障占往复式压缩机故障总数的60%，气阀故障可导致压比失调、排气温度增高、排气量降低等，严重时甚至可拉毛气缸导致机组报废。在实际生产中，现场操作人员常根据它来进行诊断。

（二）往复式压缩机机械功能的故障及机理

常见往复式压缩机机械性能故障类型及起因也是多方面的。

在生产过程中典型的机械故障有阀片碎裂、十字头及活塞杆断裂、活塞环断裂、汽缸开裂、汽缸和汽缸盖破裂、曲轴断裂、连杆断裂和变形、连杆螺栓断裂、活塞卡住与开裂、机身断裂和烧瓦、电机故障等。

实践证明，气阀故障的诊断在往复式压缩机故障诊断中是很重要的，但活塞杆断裂、裂纹事故也较常见。由于运动件较多，大多数还是机械性能故障。

三、往复式压缩机状态监测、故障诊断方法及原理和技术特点

往复式压缩机是一种复杂的机械设备，其状态监测和故障诊断的技术手段和方法也很多。通常采用的是在线间接诊断方法，即通过二次诊断信息来间接判断其中关键零部件的状态变化。

常见的方法有：直观检测、热力性能参数监测、振动噪声监测、润滑油液分析、专家系统和神经网络等。

（一）直观检测

压缩机操作人员仅用耳听、眼看、凭借经验判断设备的故障。随着机械设备朝着高度自动化的方向发展，该方法已无法满足目前往复式压缩机故障诊断的要求。

（二）热力性能参数监测

测量热力性能参数，并据此判断往复式压缩机状态，从而诊断故障的研究。

一般通过仪表监测压缩机的油温、水温、排气量、排气压力、冷却水量等，为查找有关部件的故障提供有用的信息。

由于该方法对故障点缺乏准确性及预测性，目前主要用于监测工艺参数及压缩机的运行状态。

（三）振动噪声监测

振动监测诊断往复式压缩机故障，在实验室已取得了许多研究成果。

利用机器表面振动信号诊断活塞与气缸磨损、气阀漏气和主轴承状态；在气缸头安装振动传感器，通过分析振动信号诊断缸内故障；利用振动信号诊断往复式压缩机主轴承故障；利用润滑油管路内的压力波信号诊断往复式压缩机轴承故障等。

但由于背景噪声干扰大，往复式机械工况的变化导致其信号的非平稳性，缺少性能可靠的传感器等原因，因此到现在为止还没有被广泛的运用。

（四）油液监测

润滑油油液分析分为两大类：一类是油液本身物理化学性能的分析，润滑油的粘度、酸度、水分、燃点、闪点等；另一类是油液中摩擦副磨损信息的分析，包括光谱分析、铁谱分析、颗粒计数等。

该方法的实施过程包括取样、样品制备、获得监测数据、形成诊断结论等步骤。润滑油中磨粒监测技术则可分为在线和离线两大类。

离线监测技术主要有油液光谱分析、铁谱分析及利用扫描电子显微镜和能谱仪分析铁谱谱片等；在线监测技术主要有颗粒计数器、在线式铁谱仪等，已经投入使用的主要有光学型磨损颗粒计数器，电磁型磨损颗粒计数器，尚未投入实际使用但已在研究的有X射线磨损颗粒在线监测仪，超声磨损颗粒监测仪等。

（五）人工智能诊断

随着计算机技术的不断进步，人工智能诊断系统被应用于工业生产的各个领域，压缩机的故障诊断也不例外。

人工智能诊断是一种使用专家系统和神经网络系统，人工神经网络具有自学性和组织性特点，具备联想记忆功能，能从设备故障中学习、积累经验，并借助故障方面的知识，同时以一些搜索方式和推理方式作为辅助，对较为复杂的系统故障进行诊断的智能化计算机程序系统。

其所具有的优势是诊断方式较为简单快捷且解释机制强，但缺陷是推理机制太过简单且所借助的知识是否可靠等等。

（六）早期预警技术

早期预警技术能够对设备的异常信息做出快速的分析和判断，并准确地得出设备当前时刻的异常信息、开停车状态、异常诊断结论等信息，进而主动反馈输出结果，有效辅助现场工作人员对设备进行统一管理。

当前主要的研究方向包括气阀故障及预警、活塞杆断裂故障及预警、大头瓦磨损故障及预警等等，并通过相关实验得出了相应的结论，在减少故障发生方面起到了至关重要的作用。

随着研究的不断深入，越来越多的典型故障决策模型将会建立起来，诊断经验的积累不断增多，决策模型和预警方法将会进一步改进提升，提高对故障诊断的准确性，保证设备的正常运行。

四、对于往复式压缩机中出现问题的对策

对于往复式压缩机热力性能故障中的问题的类型，其主要是：

（1）排气量不足；

（2）温度异常。

其对策：

（1）对于排气量不足

a. 进气滤清器的故障，应定期清洗滤清器，对气阀板、阀片上的污垢进行清洗，有利于空压机保持正常排气量。常规情况下每200小时应清洗一次滤清器，每500～800小时应清洗一次气阀。

b. 气缸、活塞、活塞环磨损严重超差，使有关间隙增大，泄漏量增大，影响排气量。属于正常磨损的，应及时更换易损件，如活塞环等。属于安装不当、间隙不合适时，应按图纸进行纠正；无图纸时，可按经验资料，活塞与气缸之间沿圆周的间隙，为铸铁活塞时，间隙为气缸直径的0.06％～009％；为铝合金活塞时，间隙为气缸直径的0.12％～0.18％；钢活塞可取铝合金活塞的较小值。

c. 压缩机转速降低，因为空气压缩机的排气量是按一定的海拔高度、吸气温度、湿度设计的，所有使用不能超过标准的高原，就不会导致吸气压力降低，使排气量降低。

d. 润滑油质量不好，应选择高质量的润滑油。长期工作后，润滑油会含有杂质、灰尘，要进行过滤。一般情况，每500～800小时应更换一次机油，并对前一次使用的机油进行过滤。

（2）对于温度异常

a. 中间冷却效率低，或者中冷却器内结水垢影响换热，则后一级的吸气温度必然升高，排气温度也会增高。

b. 气阀漏气、活塞环漏气，不仅影响到排气温度升高，而且会使级间压力发生变化，压力比高于正常值均会使排气温度升高。

c. 水冷式压缩机，缺水或水量不足时均会使排气温度升高。

对于往复式压缩机机械功能的故障中的类型其主要表现为异常振动、异常响声。

往复压缩机由于存在旋转惯性力、往复惯性力及力矩，将会引起机械及基础的振动。

主要部位包括气缸和机体部分振动：

（1）气缸部分

a. 气缸内侵入杂物，应排除夹杂物；

b. 填料、托瓦或活塞环异常磨损，轴向间隙大，应更换部件；

c. 管线强制振动，应加强管线支承；

d. 气缸与十字头滑道的同心度不正，应重找同心度；

e. 缸套定位不好或其他原因，连接部位存在松动；

f. 气阀工作状态不好。

（2）机体部分振动

a. 往复惯性力和力矩没有平衡好；

b. 曲轴中心线与机身滑道中心线不垂直；

c. 对称平衡型压缩机机身的主轴承不同心；

d. 机身水平度不符合要求；

e. 运动部件连接不牢固；

f. 地脚螺栓松动。

（3）故障解决方法

a. 气缸余隙容积过大，调整气缸余隙尺寸；

b. 吸排气阀咬住，拆开气阀，清洗、修理或更换；

c. 吸排气阀不严密或活塞环漏气，清洗或进行更换；

d. 吸排气阀、管通道截面积小，清洗过滤器，检查吸气阀和排气管路的通道面积。