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摘要：目前，往复式压缩机被广泛应用在石化、炼油和天然气输送企业中。往复式压缩机具有高压力、低噪音、效率高、可靠性高等优点。由于往复式压缩机结构复杂、零部件多、运动的形式也不相同，发生的故障也就多种多样了。本文主要就是针对往复式压缩机故障类型及其机理来进行分析。
关键词：往复式压缩机；故障类型；机理
中图分类号：TB652文献标识码： A
引言
因为往复式压缩机的结构十分的复杂、运动的形式不同、零部件多，其发生的故障也是各种各样。所以，就非常难找到一个综合性的监测指标来对压缩机的性能进行一个有效地监测。务必要对往复式压缩机不同部件的不同故障进行一个细致的分析，及时跌弄清发生故障的原因以及具体的表现形式，之后再进行选择合适的手段来完成对该部件的状态监测以及相应的诊断。
1、热力故障及机理
1.1、排气量低
影响排气量的因素很多，我们首先可以用理论气量公式作些定性分析。
式中：
Vn1、——第一级的行程容积
λv1、λT1、λP1——第一级的容积、温度、压力系数
λl1——第一级的泄漏系数，它考虑到以后各级的外泄漏
n0——机器的额定转速
上式中，等式右边的任何一项改变都将影响排气量。对于一台机器而言，Vn1一般是不会改变的，而其他因素在运转过程中都有可能改变，特别是λv1和λl1。
式中：
α1——第一级相对余隙容积
ε1——第一级压力比
m——第一级膨胀过程指数
因为某种原因ε1增大，λv1减小，使气量减小；m减小，也能使气量减少。
泄漏的影响最普遍，由于气阀的不严密，活塞环的磨损，管道及管系设备漏气都要影响排气量。
此外，吸气滤清器阻塞也是造成气量降低的经常原因。
影响压缩机排气量的因素很多，上式中等式右边的任何一项都会影响排气量。可能产生排气量不足的原因有:
1）压缩机的排气温度太高，气缸的温度也太高。2）活塞环发生问题。如，活塞环因润滑油质量不好，油量不足，缸内温度过高，形成咬死现象，不但影响气量，而且影响压力；活塞组件磨损会造成大间隙而漏气。3）排、吸气阀发生故障。如，吸气阀升起高度不够，流速加快，阻力增大，影响气量；阀片打碎，可使排气温度升高，排气量下降；阀座与阀片间有异物而造成关闭不严引起漏气；新安装的吸气阀，弹簧刚性太大引起开启迟缓或旧阀弹簧疲劳失效，引起开启不及时，造成排气量减少。4）填料漏气。填料与活塞杆磨损发生泄漏。
1.2、级间压力不正常
压力、气量和温度三者存在下述关系:
式中：
pi、Vi、Ti——任意i级的吸气压力、吸入气量和吸气温度
pi+1、Vi+1、Ti+1——i级后面一级的吸气压力、吸入气量和吸气温度
假设第i+1级的进气压力为pi+1，若第i级机器正常，而由于某种原因使i+1级吸入容积Vi+1增高，则pi+1也相应增高；反之pi+1降低。
又若因i+1级前中间冷却器冷却情况恶化使Ti+1增高，则pi+1也相应增高；反之降低。
第i+1级的进气压力近似等于i级的排气压力，故pi+1增高能使i级压比增加，使Vi减小，若i级前面是正常的，则pi也将增高，并且逐次向前影响，但影响的大小逐次递减。
如果i+1级的后面一级是正常的，则pi+1对后面压力影响不大。
1.3、气缸吸排气温度异常
压缩机的六个级气缸的进气温度均不得超过50℃，排气的温度都得在120℃之内，但是在实际生产的过程之中，经常性的会发生吸排温度异常的情况，原因有:
1）由于一级吸气阀不良而产生的逆流，一级吸气管路加热，则就会出现一级吸气温度异常升高的现象；2）由于前一级吸排气阀不良产生逆流，使级间气压下降，次级吸排气阀不良使级间气压升高，连接管路阻力大，会出现排气温度异常升高；3）级间排气阀不良产生逆流及前一级冷却器效率低，出现级间吸气温度异常升高的现象；4）一级吸气前由于向机外泄露，排气压力下降，出现二级排气温度异常低。
1.4、排气温度异常
由热力学知排气温度为
式中：
Ts——吸气温度
ε——压力比
k——压缩过程指数
在上式中，明确的表达了影响排气温度的因素。
因为中间冷却情况的恶化，或者是吸气预热的增加使Ts增加，因此排气温度也就会增加，影响压力比改变的因素也影响排气温度的增减。排气阀泄漏，使热的气体回窜入气缸，它不仅在吸气过程中加热进气，而且压缩过程的开始阶段能继续加热气体，使排气温度升高。
2、热力性能故障主要原因的故障树分析
故障树分析是一种图解演绎方法，是对故障事件在一定条件下的逻辑推理方法。其最大优点就是直观性强。
引起压缩机热力性能故障的因素很多，,本文在上述理论分析的基础上，将几种常见的主要因素用故障树表示出来，见图1所示。
从图中可以看出，引起热力故障的主要原因有:气阀故障、活塞环故障、填料函故障、冷却水路故障、吸气滤清器故障等。这些原因可通过压力、温度的变化分别给予识别。
3、机械故障及机理
3.1、活塞杆断裂
活塞杆的断裂故障占重大事故的25%。活塞杆断裂，不仅损坏活塞本身，使机组的其它零部件产生连锁性破坏，而且还会引起爆炸，造成重大人员伤亡和严重经济损失。
在压缩机上，活塞杆的断裂主要出现在新氢侧上，主要原因是在交变力作用下的疲劳断裂，其次还要受活塞杆的综合机械性能的影响和长期气体腐蚀，这些都使活塞杆突然断裂。
3.2、活塞组件损坏
活塞组件的损坏也是压缩机比较常出现的故障，原因有:
1）活塞组件的制造不良，特别是活塞环的质量。如活塞环的硬度不符或硬度不均匀，常常使活塞环磨损和断裂；活塞环的几何精度将直接影响密封性能和使用寿命；2）活塞组件的装配不当。如气缸中心线的水平误差以及润滑道内圈中心线的水平度误差和角度误差过大，活塞在缸内的相对位置不对等。
3.3、气阀故障
在所有故障原因中，气阀故障是最为常见的原因，造成气阀故障主要有以下可能。
3.3.1、润滑剂的影响
润滑油可以对填料和汽缸起到润滑作用，在选用润滑剂时，应选择既满足润滑功能且年度较低的润滑油。低粘度的润滑有能够有效降低压缩机的比功率，起到节能的目的。
3.3.2、气体中异物的损害
气体污物主要是指铁锈、细小的砂粒或腐蚀性粉粒，通往压缩机气流通道中脱落的各种颗粒，有时甚至是上一次阀门故障时遗留在压缩机气缸内的残留物。这些污物会加速阀件的磨损，同时也会增加活塞环、填料环等的磨损。对于这种情况，在检修设备时，要严格检查并控制各级入口管线过滤网和入口分离器的维修质量。
3.3.3、其它的原因
气阀阀座密封垫片失效、气阀中心紧固螺栓断裂、进气阀卸荷器卡住、弹簧故障、阀片故障等诸如此类故障同样会导致气阀故障，但这些都不是主要原因。
3.4、管道振动
往复式压缩机级数多，这使得级间的管路多，通常引起管道振动的原因有:
1）气流脉动引起。往復式压缩机装置管道内的气流是定常的，即管道内指定点的气流的压力和速度是不随时间变化的，但是由于往复式压缩机的吸排气的间歇性，使气流的压力和速度呈现周期性的变化，出现气流脉动现象；2）固定管卡松动或断裂造成振动；3）管路基础松动不牢，管路的支承刚度不够，导致管路不稳定而产生振动。
结束语
往复式压缩机的常见故障可以分为流体性质和机械性质两大类。据相关统计，致使压缩机组出现非正常停机的原因主要有气阀故障、压力填料环、工艺问题、活塞环和支撑环等。具体事故概率简单列举如下：气阀故障约占40％，工艺问题故障约9％，压力环、活塞环、支撑环共计约30％。
参考文献
[1]王恒.往复式压缩机故障类型及其机理分析[J].民营科技,2013,02:21.
[2]程艳霞,铁占续,孙付伟,王发辉.往复式压缩机故障诊断方法研究综述[J].仪器仪表用户,2006,05:2-4.
[3]王发辉,刘秀芳,程艳霞.往复式压缩机故障诊断研究现状及展望[J].制冷空调与电力机械,2007,02:77-80.
关键词：往复式压缩机；故障类型；机理
中图分类号：TB652文献标识码： A
引言
因为往复式压缩机的结构十分的复杂、运动的形式不同、零部件多，其发生的故障也是各种各样。所以，就非常难找到一个综合性的监测指标来对压缩机的性能进行一个有效地监测。务必要对往复式压缩机不同部件的不同故障进行一个细致的分析，及时跌弄清发生故障的原因以及具体的表现形式，之后再进行选择合适的手段来完成对该部件的状态监测以及相应的诊断。
1、热力故障及机理
1.1、排气量低
影响排气量的因素很多，我们首先可以用理论气量公式作些定性分析。
式中：
Vn1、——第一级的行程容积
λv1、λT1、λP1——第一级的容积、温度、压力系数
λl1——第一级的泄漏系数，它考虑到以后各级的外泄漏
n0——机器的额定转速
上式中，等式右边的任何一项改变都将影响排气量。对于一台机器而言，Vn1一般是不会改变的，而其他因素在运转过程中都有可能改变，特别是λv1和λl1。
式中：
α1——第一级相对余隙容积
ε1——第一级压力比
m——第一级膨胀过程指数
因为某种原因ε1增大，λv1减小，使气量减小；m减小，也能使气量减少。
泄漏的影响最普遍，由于气阀的不严密，活塞环的磨损，管道及管系设备漏气都要影响排气量。
此外，吸气滤清器阻塞也是造成气量降低的经常原因。
影响压缩机排气量的因素很多，上式中等式右边的任何一项都会影响排气量。可能产生排气量不足的原因有:
1）压缩机的排气温度太高，气缸的温度也太高。2）活塞环发生问题。如，活塞环因润滑油质量不好，油量不足，缸内温度过高，形成咬死现象，不但影响气量，而且影响压力；活塞组件磨损会造成大间隙而漏气。3）排、吸气阀发生故障。如，吸气阀升起高度不够，流速加快，阻力增大，影响气量；阀片打碎，可使排气温度升高，排气量下降；阀座与阀片间有异物而造成关闭不严引起漏气；新安装的吸气阀，弹簧刚性太大引起开启迟缓或旧阀弹簧疲劳失效，引起开启不及时，造成排气量减少。4）填料漏气。填料与活塞杆磨损发生泄漏。
1.2、级间压力不正常
压力、气量和温度三者存在下述关系:
式中：
pi、Vi、Ti——任意i级的吸气压力、吸入气量和吸气温度
pi+1、Vi+1、Ti+1——i级后面一级的吸气压力、吸入气量和吸气温度
假设第i+1级的进气压力为pi+1，若第i级机器正常，而由于某种原因使i+1级吸入容积Vi+1增高，则pi+1也相应增高；反之pi+1降低。
又若因i+1级前中间冷却器冷却情况恶化使Ti+1增高，则pi+1也相应增高；反之降低。
第i+1级的进气压力近似等于i级的排气压力，故pi+1增高能使i级压比增加，使Vi减小，若i级前面是正常的，则pi也将增高，并且逐次向前影响，但影响的大小逐次递减。
如果i+1级的后面一级是正常的，则pi+1对后面压力影响不大。
1.3、气缸吸排气温度异常
压缩机的六个级气缸的进气温度均不得超过50℃，排气的温度都得在120℃之内，但是在实际生产的过程之中，经常性的会发生吸排温度异常的情况，原因有:
1）由于一级吸气阀不良而产生的逆流，一级吸气管路加热，则就会出现一级吸气温度异常升高的现象；2）由于前一级吸排气阀不良产生逆流，使级间气压下降，次级吸排气阀不良使级间气压升高，连接管路阻力大，会出现排气温度异常升高；3）级间排气阀不良产生逆流及前一级冷却器效率低，出现级间吸气温度异常升高的现象；4）一级吸气前由于向机外泄露，排气压力下降，出现二级排气温度异常低。
1.4、排气温度异常
由热力学知排气温度为
式中：
Ts——吸气温度
ε——压力比
k——压缩过程指数
在上式中，明确的表达了影响排气温度的因素。
因为中间冷却情况的恶化，或者是吸气预热的增加使Ts增加，因此排气温度也就会增加，影响压力比改变的因素也影响排气温度的增减。排气阀泄漏，使热的气体回窜入气缸，它不仅在吸气过程中加热进气，而且压缩过程的开始阶段能继续加热气体，使排气温度升高。
2、热力性能故障主要原因的故障树分析
故障树分析是一种图解演绎方法，是对故障事件在一定条件下的逻辑推理方法。其最大优点就是直观性强。
引起压缩机热力性能故障的因素很多，,本文在上述理论分析的基础上，将几种常见的主要因素用故障树表示出来，见图1所示。
从图中可以看出，引起热力故障的主要原因有:气阀故障、活塞环故障、填料函故障、冷却水路故障、吸气滤清器故障等。这些原因可通过压力、温度的变化分别给予识别。
3、机械故障及机理
3.1、活塞杆断裂
活塞杆的断裂故障占重大事故的25%。活塞杆断裂，不仅损坏活塞本身，使机组的其它零部件产生连锁性破坏，而且还会引起爆炸，造成重大人员伤亡和严重经济损失。
在压缩机上，活塞杆的断裂主要出现在新氢侧上，主要原因是在交变力作用下的疲劳断裂，其次还要受活塞杆的综合机械性能的影响和长期气体腐蚀，这些都使活塞杆突然断裂。
3.2、活塞组件损坏
活塞组件的损坏也是压缩机比较常出现的故障，原因有:
1）活塞组件的制造不良，特别是活塞环的质量。如活塞环的硬度不符或硬度不均匀，常常使活塞环磨损和断裂；活塞环的几何精度将直接影响密封性能和使用寿命；2）活塞组件的装配不当。如气缸中心线的水平误差以及润滑道内圈中心线的水平度误差和角度误差过大，活塞在缸内的相对位置不对等。
3.3、气阀故障
在所有故障原因中，气阀故障是最为常见的原因，造成气阀故障主要有以下可能。
3.3.1、润滑剂的影响
润滑油可以对填料和汽缸起到润滑作用，在选用润滑剂时，应选择既满足润滑功能且年度较低的润滑油。低粘度的润滑有能够有效降低压缩机的比功率，起到节能的目的。
3.3.2、气体中异物的损害
气体污物主要是指铁锈、细小的砂粒或腐蚀性粉粒，通往压缩机气流通道中脱落的各种颗粒，有时甚至是上一次阀门故障时遗留在压缩机气缸内的残留物。这些污物会加速阀件的磨损，同时也会增加活塞环、填料环等的磨损。对于这种情况，在检修设备时，要严格检查并控制各级入口管线过滤网和入口分离器的维修质量。
3.3.3、其它的原因
气阀阀座密封垫片失效、气阀中心紧固螺栓断裂、进气阀卸荷器卡住、弹簧故障、阀片故障等诸如此类故障同样会导致气阀故障，但这些都不是主要原因。
3.4、管道振动
往复式压缩机级数多，这使得级间的管路多，通常引起管道振动的原因有:
1）气流脉动引起。往復式压缩机装置管道内的气流是定常的，即管道内指定点的气流的压力和速度是不随时间变化的，但是由于往复式压缩机的吸排气的间歇性，使气流的压力和速度呈现周期性的变化，出现气流脉动现象；2）固定管卡松动或断裂造成振动；3）管路基础松动不牢，管路的支承刚度不够，导致管路不稳定而产生振动。
结束语
往复式压缩机的常见故障可以分为流体性质和机械性质两大类。据相关统计，致使压缩机组出现非正常停机的原因主要有气阀故障、压力填料环、工艺问题、活塞环和支撑环等。具体事故概率简单列举如下：气阀故障约占40％，工艺问题故障约9％，压力环、活塞环、支撑环共计约30％。
参考文献
[1]王恒.往复式压缩机故障类型及其机理分析[J].民营科技,2013,02:21.
[2]程艳霞,铁占续,孙付伟,王发辉.往复式压缩机故障诊断方法研究综述[J].仪器仪表用户,2006,05:2-4.
[3]王发辉,刘秀芳,程艳霞.往复式压缩机故障诊断研究现状及展望[J].制冷空调与电力机械,2007,02:77-80.