活塞式压缩机的故障及其原因和措施.docx

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活塞式压缩机的故障及其原因和措施

编号

毕业论文

活塞式空压机常见故障分析与排除

学生姓名

专业

机电一体化

学历层次

专科

指导教师

邢世俊

学院

材料科学与工程学院

二〇一五年五月

摘要

空气压缩机简称压缩机或空压机,是用来提高气体压力和输送气体的机械设备。

从能量的观点来看,压缩机属于将原动机的动力能转变为气体压力能的机器。

随着科学技术的发展,压力能的应用日益广泛,使得压缩机在国民经济建设的许多部门中成为必不可少的关键设备之一。

压缩机在运转过程中,难免会出现一些故障,甚至事故。

故障是指压缩机在运行中出现的影响排气的不正常情况,一经排除,压缩机就能恢复正常工作;而事故则是指出现了破坏性情况,如果不进行修复,压缩机就不能正常工作。

两者是关联的,如果发现故障不及时排除,有可能会造成重大事故。

关键词：

润滑；冷却；异常声响；故障；压缩机事故；燃烧和爆炸

第1章绪论

1.1研究背景

为了保证活塞式空压机的安全使用和检修快捷，本文就活塞式空压机在日常使用和检修中经常出现的故障及处理方法进行了简要的分析。

1.2研究意义

本文主要分析了活塞式空压机常见故障、事故及其原因,提出了可行的排除方法及预防措施，对空压机安全运行、提高平均无故障运行时间有指导意义，对提高其生产效率有重大意义。

1.3研究现状

活塞式空气压缩机是生活应用和工业中使用最多最常见的一种空气压缩机。

它广泛地应用于化工,机械矿山,石油,交通运输,建筑,航海等各领域,由于石油化工工业的蓬勃发展，各种类气体的压缩机日趋增多，空压机在石油化工业中显得尤为重要。

它的使用几乎遍及生活的各个部门,量大面宽。

随着我国经济建设蓬勃发展,空压机的使用由城市到农村,随时到处可见。

空压机种类繁多,型式多样,小到汽车,拖拉机用的气泵,大到开山挖矿用的大型空压机,价值由于空压机的适用范围不同达到几千元到几十万元不等。

由于活塞式空气压缩机总体处于质量稳定,大批量廉价市售状态,由生活与国情决定,它的市场需求一直处于稳定的状态。

第2章活塞式空气压缩机故障

2.1排气量不足

2.1.1进气滤清器的故障

积垢堵塞，使排气量减少；吸气管太长，管径太小，致使吸气阻力增大影响了气量，要定期清洗滤清器。

2.1.2压缩机转速降低使排气量降低

空气压缩机使用不当，因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，当把它使用在超过上述标准的高原上时，吸气压力降低等，排气量必然降低。

2.1.3气缸、活塞、活塞环磨损

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，影响到了排气量。

属于正常磨损时，需及时更换易损件，如活塞环等。

属于安装不正确，间隙留得不合适时，应按图纸给予纠正，如无图纸时，可取经验资料，对于活塞与气缸之间沿圆周的间隙，如为铸铁活塞时，间隙值为气缸直径的0.06／100～0.09／100；对于铝合金活塞，间隙为气径直径的0.12／100～0.18／100；钢活塞可取铝合金活塞的较小值。

2.1.4填料函不严产生漏气使气量降低

其原因首先是填料函本身制造时不合要求；其次可能是由于在安装时，活塞杆与填料函中心对中不好，产生磨损、拉伤等造成漏气；一般在填料函处加注润滑油，它起润滑、密封、冷却作用。

2.1.5压缩机吸、排气阀的故障对排气量的影响

阀座与阀片间掉入金属碎片或其它杂物，关闭不严，形成漏气。

这不仅影响排气量，而且还影响间级压力和温度的变化；阀座与阀片接触不严形成漏气而影响了排气量，一个是制造质量问题，如阀片翘曲等，第二是由于阀座与阀片磨损严重而形成漏气。

2.1.6气阀弹簧力与气体力匹配的不好

弹力过强则使阀片开启迟缓，弹力太弱则阀片关闭不及时，这些不仅影响了气量，而且会影响到功率的增加，以及气阀阀片、弹簧的寿命。

同时，也会影响到气体压力和温度的变化。

2.1.7压紧气阀的压紧力不当

压紧力小，则要漏气，当然太紧也不行，会使阀罩变形、损坏，一般压紧力可用下式计算：

p=kπ/4D2P2，D为阀腔直径，P2为最大气体压力，K为大于1的值，一般取1.5～2.5，低压时K＝1.5～2.0，高压时K＝1.5～2.5。

这样取K，实践证明是好的。

气阀有了故障，阀盖必然发热，同时压力也不正常。

2.2排气温度不正常

排气温度不正常是指其高于设计值。

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，而且也会使级间压力变化，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。

2.3压力不正常以及排气压力降低

压缩机排出的气量在额定压力下不能满足使用者的流量要求，则排气压力必然要降低，所要排气压力降低是现象，其实质是排气量不能满足使用者的要求。

此时，只好另换一台排气压力相同，而排气量大的机器。

影响级间压力不正常的主要原因是气阀漏气或活塞环磨损后漏气，故应从这些方面去找原因和采取措施。

2.4不正常的响声

压缩机若某些件发生故障时，将会发出异常的响声，一般来讲，操作人员是可以判别出异常的响声的。

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，活塞端面丝堵坏，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。

曲轴箱内曲轴瓦螺栓、螺帽、连杆螺栓、十字头螺栓松动、脱扣、折断等，轴径磨损严重间隙增大，十字头销与衬套配合间隙过大或磨损严重等等均可在曲轴箱内发出撞击声。

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敲击声。

由此去找故障和采取措施。

2.5过热故障

在曲轴和轴承、十字头与滑板、填料与活塞杆等摩擦处，温度超过规定的数值称之为过热。

过热所带来的后果：

一个是加快摩擦面间的磨损，二是过量的热不断积聚直致烧毁磨擦面、以及烧抱而造成机器重大的事故。

造成轴承过热的原因主要有：

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、扭；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。

2.6十字头销的处理

压缩机运行中十字头销端面压紧螺钉断裂及十字头销的脱落，会造成十分严重的事故，因而对于十字头销与连杆小头瓦的间隙应十分注意，另外更为关键的是十字头销锥面与十字头体的配合应无间隙，因为在理论上讲一旦存在间隙，接触便为线接触，对传递力及机组稳定性影响很大，因而要求配研接触面积应在80%以上，如新进的备件销子与十字头销锥孔间存在间隙，一定要按十字头销锥孔的锥度修配十字头销子。

对于十字头锥孔切不可修研，因为一旦修研十字头锥孔，很可能造成以后销子的轴向位置的改动，对定位及润滑油的供给产生影响，如销子的偏差过大可通过测量径向尺寸，于车床上进行定位修锉，再行研磨，但最好还是采用合适的备件锥销。

2.7曲柄销轴瓦的偏磨

连杆将作用在活塞上的推力传递给曲轴，又将曲轴的旋转运动转换为活塞的往复运动，我公司一台压缩机在一段时间内频繁出现一级曲柄销轴瓦偏磨损坏，导致乌金脱落的事故，且偏磨的方向一直不变，主要从以下几方面进行了分析处理。

第一，仔细检测了曲柄销轴承的间隙，十字头销与十字头及连杆大、小头瓦的间隙，十字头与滑道的六点间隙，以及曲柄销轴的椭圆度，更换了新的十字头销，保证了各部间隙。

第二，连杆大小头孔的平行度，利用专用工具进行了检测，十字头销孔对于一级曲柄销轴的平行度，也利用专用工具进行了检测。

平行度均不超0.02—0.03mm，在允许范围内。

第三，活塞杆的跳动,设计值不超过0.07mm/全行程，也在设计范围内。

在以上三点均得到确认无误后，检修机组后开车仅3天，仍发生曲柄销轴瓦的偏磨，最后发现由于曲轴联轴器的对中存在着问题，导致曲轴的最远端发生偏斜最为明显，从而造成了曲轴轴瓦的偏磨，通过重新找正曲轴与电机的同轴度及调整主轴瓦的间隙，彻底解决了曲轴轴瓦偏磨的问题。

2.8曲柄销轴颈的损坏

对于大中型压缩机，主轴颈及曲柄销轴颈轴承的许用最大比压分别为4—5MPa和9.0MPa。

在检修质量保证的情况下，通过调节曲柄销瓦的合理间隙，改善供油状况油路及油压调节，形成有效油膜，并通过对一进压力的调整，选用合适比压的轴瓦，解决了由于不平衡导致的轴瓦损坏，也进而解决了曲柄销轴颈的损坏。

2.9活塞及活塞杆的损坏

压缩机在使用中出现了一级活塞碎裂及活塞杆的断裂情况，活塞杆与活塞的连接一定要牢固准确，活塞杆的定位台肩与活塞的中心线垂直度符合要求，活塞的两端轴肩与活塞杆支撑面要配研，并按规定的紧固力矩紧固，两半活塞（铸铝）的结合面应贴合紧密不得出现内外圈的结合面的间隙，此点应十分注意，因为内圈结合面的间隙会产生交变应力，缩短活塞的寿命，而外圈的间隙造成活塞内部腔内进入压缩气体，使内部容积在一定程度上成为气缸的余隙容积，对压缩机的效率及活塞的寿命均有不良影响，因而组装活塞各部应仔细检查研合。

另外活塞尾杆端面受力面的机械性能及光洁度也对活塞杆的寿命影响较大。

因为此受力面的比压：

q=4p/π（D2-d2），其中p为活塞力，D、d分别为压力体作用于尾杆端面接触面的外、内圆直径。

此面的光洁度及硬度值要求较严，使用前应仔细检查，光洁度一般要求Ra0.8以上，渗碳层应为细密的马氏体组织，不允许有针状或网状的游离渗碳体。

否则易造成受力面拉毛，严重影响活塞杆的使用。

2.10活塞杆跳动的异常处理

一般情况下，活塞杆的跳动作为压缩机找正的最终验证结果，应在允许范围内，在气缸与十字头滑道正确对中的情况下，允许的活塞杆水平径向跳动量应为一个公差带，即：

±0.00015mm/mm行程，最大不超±0.064mm，而垂直径向跳动也应考虑活塞杆的挠度等情况略有变化。

即使超差也是在打表过程中由一侧到另一侧，数值持续增减变化，只要采用重新调节水平及各方向串动定位即可给予消除。

而在检测过程中发现如下异常情况，在活塞运动过程中，活塞杆垂直方向跳动量一直较好，而仅在两侧死点突然发生大范围跳动变化，水平跳动较好，在排除各部间隙连杆大小头瓦间隙、十字头间隙、气缸死点间隙等的影响后，发现活塞环越程出现问题导致了活塞杆跳动量的突变，处理方法为将气缸内壁的磨损台肩磨削去除，调节好活塞环越程值，进而消除了活塞杆跳动量的异常现象。

第3章活塞式空气压缩机的事故

3.1断裂事故

3.1.1曲轴断裂

其断裂大多在轴颈与曲臂的圆角过渡处，其原因大致有如下几种：

过渡圆角太小，r为曲轴颈）；热处理时，圆角处未处理到，使交界处产生应力集中；圆角加工不规则，有局部断面突变；长期超负荷运转，以及有的用户为了提高产量，随便增加转速，使受力状况恶化；材质本身有缺陷，如铸件有砂眼、缩松等。

此外在曲轴上的油孔处起裂而造成折断也是可以看到的。

3.1.2连杆的断裂

有如下几种情况：

连杆螺钉断裂，其原因有：

连杆螺钉长期使用产生塑性变形；螺钉头或螺母与大头端面接触不良产生偏心负荷，此负荷可大到是螺栓受单纯轴向拉力的七倍之多，因此，不允许有任何微小的歪斜，接触应均匀分布，接触点断开的距离最大不得超过圆周的1/8即450；螺栓材质加工质量有问题。

3.1.3活塞杆断裂

主要断裂的部位是与十字头连接的螺纹处以及紧固活塞的螺纹处，此两处是活塞杆的薄弱环节，如果由于设计上的疏忽，制造上的马虎以及运转上的原因，断裂较常发生。

若在保证设计、加工、材质上都没有问题，则在安装时其预紧力不得过大，否则使最大作用力达到屈服极限时活塞杆会断裂。

在长期运转后，由于气缸过渡磨损，对于卧式列中的活塞会下沉，从而使连接螺纹处产生附加载荷，再运转下去，有可能使活塞杆断裂，这一点在检修时应特别注意。

此外，由于其它部位的损坏，使活塞杆受到了强烈的冲击时，都有可能使活塞杆断裂。

3.1.4气缸、缸盖破裂

对于水冷式机器，在冬天运转停车后，若忘掉将气缸、缸盖内的冷却水放尽，冷却水会结冰而撑破气缸以及缸盖，特别是在我国的北方地区，停车后必须放掉冷却水；由于在运转中断水而未及时发现，使气缸温度升高，而又突然放入冷却水，使缸被炸裂；由于死点间隙太小，活塞螺帽松动，以及掉入缸内金属物和活塞上的丝堵脱出等原因都会使活塞撞击缸盖，使其破裂。

3.2燃烧和爆炸事故

有油润滑压缩机中往往产生积碳问题，这是我们所不希望的，因为积碳不仅会使活塞环卡在槽内，气阀工作不正常以及使气流信道面积减小增加阻力，而且在一定的条件下积碳会燃烧，导致压缩机发生爆炸事故。

因此，气缸中的润滑油不能供给太多，不能让没有经过很好过滤，含有大量尘埃的气体吸入气缸，否则形成积碳与含有多量挥发物的气体接触导致爆炸。

为要防止燃烧、爆炸发生，一定要计划检修，定期清洗储气罐和管道的油垢。

由于压缩机高压级气阀不严密，使高压高温的气体返回气缸，在排气阀附近产生高温，当有积碳存在时，即会引起爆炸。

为避免事故，此时必须检修排气阀、检查漏气部位，消除故障。

引起压缩机燃烧和爆炸事故还有可能是操作方面的原因：

压缩机在用氢、氧、氮氢气负荷试车之前，没有用低压的氮气将空气驱除干净而引起爆炸。

因缺乏操作知识，开车后没有打开压缩机到储气罐的阀门，致使排气压力急剧升高导致爆炸。

因此，要防止这类事故发生，开车前必须熟悉操作规程，开车后，密切注意压力表数值。

在一般中小型压缩机中，最好将压缩机到储气罐这段管路上的闸阀取消，只留下逆止阀即可。

此外，对压缩机操作工应进行上岗前的培训。

结论

掌握了压缩机常见故障和事故产生的原因，并在实际生产中严格按照设备的操作规程进行操作，按照设备的维护规程进行维护，就可以减少压缩机的故障现象，大大提高设备运转率，为提高生产率和生产效益提供可靠的保障。

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