螺桿活塞串聯(lián)高壓空壓機組調(diào)試故障分析

李奇，彭文，張晞，嚴(yán)軍

（1.合肥通用機械研究院壓縮機技術(shù)國家重點實驗室，安徽合肥230088；2.中國人民解放軍第四八一二工廠，安徽安慶246005）

螺桿活塞串聯(lián)高壓空壓機組調(diào)試故障分析

李奇1，彭文2，張晞1，嚴(yán)軍2

（1.合肥通用機械研究院壓縮機技術(shù)國家重點實驗室，安徽合肥230088；2.中國人民解放軍第四八一二工廠，安徽安慶246005）

歸納、總結(jié)螺桿活塞串聯(lián)結(jié)構(gòu)型式的空壓機組在生產(chǎn)、調(diào)試過程中發(fā)生的故障，分析故障特性機理，給出解決方案。關(guān)鍵詞：串聯(lián)式空氣壓縮機；調(diào)試；故障分析

0 引言

螺桿活塞串聯(lián)結(jié)構(gòu)型式是近年來壓縮機領(lǐng)域在高壓力參數(shù)中一種新機型，其特點是結(jié)構(gòu)緊湊、振動小、噪聲低。但這種串聯(lián)式壓縮機組仍屬工程系統(tǒng)中復(fù)雜的機械設(shè)備，故障千變?nèi)f化，故障樹分析、故障模式專家?guī)旖嫶蠖鴱?fù)雜[1-3]；多集中在工程使用中的故障及研究[4-6]。螺桿式壓縮機與活塞式壓縮機有各自的結(jié)構(gòu)和性能特性，具有不同的故障表現(xiàn)形式，兩種型式的壓縮機故障存在著相關(guān)聯(lián)故障和非關(guān)聯(lián)故障，在壓縮機生產(chǎn)調(diào)試中出現(xiàn)的故障表現(xiàn)又與在工程使用中發(fā)生的故障有所不同，后者故障往往是由于磨損、疲勞等漸續(xù)性過程引發(fā)；調(diào)試中產(chǎn)生的故障具有偶發(fā)和不確定性、需要利用成熟的經(jīng)驗、根據(jù)故障發(fā)生的現(xiàn)象、特征判斷解決。根據(jù)LHC-8/400型螺桿活塞串聯(lián)高壓空氣壓縮機多年的生產(chǎn)實踐，總結(jié)該型機組在生產(chǎn)、調(diào)試中的所發(fā)生的故障及解決方案，對于穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，提高出廠產(chǎn)品的質(zhì)量具有重要的意義。

1 機械設(shè)備故障特性及其分類

機械設(shè)備故障定義為設(shè)備因某種原因失去或降低其規(guī)定功能的事件或危害安全的現(xiàn)象，表現(xiàn)為設(shè)備的某些零件失去原有的精度或性能，使設(shè)備不能正常運行、技術(shù)性能降低，致使設(shè)備中斷生產(chǎn)或效率降低而影響生產(chǎn)，可以修復(fù)的零部件失效往往也屬于一種故障；機械故障具有潛在性、漸發(fā)性、耗損性、模糊性和多樣性等特性[7]。

1.1 突發(fā)性故障與漸發(fā)性故障

按故障發(fā)生的速度可分為突發(fā)性故障和漸發(fā)性故障。

（1）突發(fā)性故障。由于各種不利因素和偶然外界影響的共同作用，超出了設(shè)備所能承受的限度而突然發(fā)生的故障。這類故障一般無明顯征兆，依靠事前檢查或監(jiān)視不能預(yù)知的故障。如因使用機器不當(dāng)或超負(fù)荷使用而引起零部件損壞；因潤滑油中斷使零件產(chǎn)生熱變形、裂紋；因電壓過高、電流過大而引起元器件損壞而造成的故障。

（2）漸發(fā)性故障。由于各種影響因素的作用使設(shè)備的初始參數(shù)逐漸劣化、衰減逐漸發(fā)展而引起的故障。一般與設(shè)備零部件的磨損、腐蝕、疲勞及老化有關(guān)，是在工作過程中逐漸形成的。這類故障的發(fā)生一般有明顯的預(yù)兆，能夠通過預(yù)先檢查或監(jiān)視早期發(fā)現(xiàn)，如能采取一定的預(yù)防措施，可以控制或延緩故障的發(fā)生。

1.2 功能性故障與參數(shù)型故障

按故障發(fā)生的后果可分為功能性故障和參數(shù)型故障。

（1）功能性故障。指設(shè)備不能繼續(xù)完成規(guī)定功能的故障。這類故障往往是個別零件損壞造成的。

（2）參數(shù)型故障。指設(shè)備的工作參數(shù)不能保持在允許范圍內(nèi)的故障。這類故障屬漸發(fā)性的，一般不妨礙設(shè)備的運轉(zhuǎn)，但影響產(chǎn)品的加工質(zhì)量，如加工精度達不到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備性能達不到規(guī)定值。

1.3 允許故障與不允許故障

按故障的損傷程度分為允許故障和不允許故障。

（1）允許故障。指考慮到設(shè)備在正常使用條件下，隨著使用時間的增長，設(shè)備參數(shù)的逐漸劣化是不可避免的，因而允許發(fā)生某些損傷但不引起嚴(yán)重后果的故障，如零件的某些正常磨損、泄漏、腐蝕和老化等。

（2）不允許故障。指由于設(shè)計時考慮不周，制造裝配質(zhì)量不合格，違反操作規(guī)程所造成的故障，如設(shè)計強度不夠造成零件的斷裂，關(guān)鍵件工藝沒有檢查、記錄導(dǎo)致公差超限，超負(fù)荷使用設(shè)備造成的設(shè)備損壞等。

1.4 按故障的易見性分類

（1）明顯安全性故障。指可能直接危及作業(yè)安全的故障，這種故障發(fā)生在具有明顯功能的部件上。

（2）明顯使用性故障。指對使用能力或完成作業(yè)任務(wù)有直接影響的故障。這種故障不是安全性的，也是發(fā)生在具有明顯功能的部件上。明顯非使用性故障是指對使用能力或完成作業(yè)任務(wù)沒有不利的直接影響的故障。

（3）隱蔽安全性故障。指同另一故障（明顯功能故障）結(jié)合后會危及作業(yè)安全的隱蔽功能故障。

（4）隱蔽經(jīng)濟性故障。指同另一故障（明顯功能故障）結(jié)合后不會產(chǎn)生安全性后果，只有經(jīng)濟性影響的故障。

2 壓縮機調(diào)試時的故障現(xiàn)象、原因分析及處理措施

壓縮機是一種復(fù)雜的機械設(shè)備，零部件多達幾百種，從不同的故障現(xiàn)象可以歸屬到上述的多種機械故障類型并加以分析，壓縮機故障特性具有一般機械所屬的故障特性，一個現(xiàn)象可能涉及到多個零部件，在使用運行中其潛在性、漸發(fā)性、耗損性故障比較突出、而調(diào)試中故障多表現(xiàn)在突發(fā)性、模糊和多樣性，依據(jù)機械設(shè)備現(xiàn)有幾種分類原則以及壓縮機本身特性，螺桿活塞串聯(lián)壓縮機調(diào)試故障類型見表1。

表1 螺桿活塞串聯(lián)壓縮機調(diào)試故障

2.1 參數(shù)偏離

（1）Ⅰ級壓力比正常值高出10%，氣閥在組裝前已進行必要的滲漏試驗，但裝上壓縮機運轉(zhuǎn)一段時間后頻繁出現(xiàn)壓力高于正常值。拆檢氣閥密封良好、時有鎖緊螺母松動，發(fā)現(xiàn)或密封墊沒有壓緊，或壓閥罩沒有正確安裝到位，曾發(fā)生過壓閥罩沒有壓到位而導(dǎo)致整個氣閥組件在閥腔內(nèi)受氣流沖撞而損壞的現(xiàn)象，因此裝配時不僅是要檢查氣閥組件本身裝配質(zhì)量，同時應(yīng)注意氣閥的正確安裝。

（2）露點高。開機后壓縮機供氣露點達不到要求值。檢查干燥裝置工作時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)旁通閥沒有完全關(guān)閉，導(dǎo)致壓縮空氣沒有完全經(jīng)過干燥裝置，在供氣口檢測的是沒有干燥過的壓縮空氣（經(jīng)旁通過來的壓縮空氣）。在后期調(diào)試中注意到正確操作，此類故障沒有再發(fā)生。

（3）電機殼體溫度偏高。調(diào)試中曾經(jīng)出現(xiàn)滿負(fù)荷運行時殼體溫度達90℃，該電機設(shè)計為內(nèi)通風(fēng)結(jié)構(gòu)，進出風(fēng)道阻塞嚴(yán)重時，電機熱量不能被及時帶走，造成通風(fēng)不良、熱量過高。后經(jīng)過通風(fēng)口改進設(shè)計，溫度降到正常值。

（4）調(diào)試中經(jīng)常出現(xiàn)V級壓力上升過快現(xiàn)象。拆檢發(fā)現(xiàn)閥片卡死，內(nèi)部空氣通道堵塞，初步分析為壓閥蓋螺栓用力過緊，造成氣閥變形，閥片壓死空氣沒有出處，壓力聚增。后按說明書要求力距擰緊壓閥蓋螺栓，異?，F(xiàn)象基本消除。

2.2 自動控制系統(tǒng)

（1）調(diào)試中常出現(xiàn)溫度傳感器、壓力傳感器故障報警顯示。機組采用變頻或軟啟動加PLC控制，程序設(shè)計中對傳感器出現(xiàn)短路、斷路進行報警顯示?？刂葡到y(tǒng)分內(nèi)部接線和現(xiàn)場接線，在線路有干擾時也可能會出現(xiàn)傳感器故障報警，而控制系統(tǒng)本身正常。機組中電磁閥有時不動作故障，多數(shù)情況下是因為接線時電磁閥連接接頭線路虛接或錯接。因此，在電器接線中應(yīng)認(rèn)真檢查接線，按接線圖確保接線正確、可靠、緊固。

（2）控制器啟動參數(shù)設(shè)置錯誤。造成機組首次開機無法啟動，原因是控制系統(tǒng)參數(shù)是根據(jù)出廠模擬試驗設(shè)備設(shè)置的參數(shù)，試驗后應(yīng)針對實際機組的電機參數(shù)重新調(diào)整設(shè)置參數(shù)，多數(shù)在重新調(diào)整參數(shù)設(shè)置后可以正常開機。

2.3 電機及拖動

（1）電機軸端滲油。電機軸承設(shè)計為滾子軸承，說明書中有潤滑油加注量要求，但沒有標(biāo)明軸承潤滑脂具體加注量，實際難以控制操作填充量，油脂加入過量開機后容易軸端滲出大量油脂，需要一定時間的跑合后不再滲油，另外油密封結(jié)構(gòu)過于簡單，軸伸控制間隙和結(jié)構(gòu)有待改進。

（2）電機過熱。電機采用轉(zhuǎn)子自扇式內(nèi)部冷卻方式，冷卻風(fēng)從軸的一端進、另一端出，進風(fēng)口面積不夠時，風(fēng)阻過大影響通風(fēng)，電機會過熱。后經(jīng)改進進風(fēng)口格柵結(jié)構(gòu)，增加通流面積后溫度得到控制。

（3）開機加載后活塞機振動異常帶動螺桿機振動異常。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)皮帶沒有上緊到位，安裝皮帶需要一定的漲緊度，操作難以控制，往往憑經(jīng)驗漲緊、使用皮帶漲緊檢測儀控制皮帶安裝的漲緊度是根本的解決方法。

2.4 活塞機

（1）視油鏡芯破裂。壓縮機高壓段采用柱塞泵注油潤滑，柱塞每轉(zhuǎn)一圈注油一次，注油情況可從視油鏡觀察，調(diào)試中鏡體容易破裂，泄漏導(dǎo)致無法正常注油。經(jīng)拆檢視油鏡芯觀察多為縱向裂紋，該視油鏡芯為有機玻璃，不銹鋼接頭密封采用是橡膠圈密封并有定位限止臺階，擰緊過度鏡體受力過大導(dǎo)致破裂，更換后問題得以解決。

（2）氣閥損壞。壓縮機氣閥屬精密裝配件，除裝配不當(dāng)損壞氣閥外，若管路吹除不徹底，有夾渣殘留在閥腔通道，吹除中一旦氣閥工作殘渣滯留在氣閥密封面使氣閥失去密封作用，壓力會偏高，裝配前需要保持管路系統(tǒng)的清潔度。

（3）填料漏氣。填料屬精密件需要很高的安裝要求，否則密封件會很快失效，曾出現(xiàn)過量的泄漏導(dǎo)致曲軸箱漏氣嚴(yán)重，大量油污從呼吸閥冒出，呼吸閥失去作用，甚至油標(biāo)被漏氣沖出，無法繼續(xù)開機，拆檢后發(fā)現(xiàn)有雜物滯留填料密封環(huán)中，清除后恢復(fù)正常。

2.5 螺桿機

（1）螺桿機加載失敗。該型機前置螺桿做為前級增壓，依靠進氣閥打開給空壓機加載，而加載控制是通過氣動電磁閥動作實現(xiàn)，氣源由螺桿機本身建立控制氣控制，壓力如果不能及時建立，進氣閥打不開即加載失敗，這時進氣閥動作失靈或控制電磁閥動作失靈時有可能導(dǎo)致加載失敗，應(yīng)及時檢查進氣閥和電磁閥動作情況。

（2）油壓偏低。調(diào)試中常出現(xiàn)油過濾器阻塞，阻力較大，阻塞后通過更換過濾器壓力達正常值，說明管路內(nèi)有不同程度的雜質(zhì)存在，裝配前對潤滑油管路系統(tǒng)清洗、吹除，同時要保證油冷卻器、油分離器的內(nèi)部的清潔，避免裝配中雜質(zhì)侵入。

2.6 冷卻系統(tǒng)

冷卻系統(tǒng)水路、氣路、油路接口較多，實際調(diào)試時大多在密封處泄漏。緊固件、密封墊裝配中稍有失誤就可能泄漏，大多在重新拆裝緊固后故障排除，接頭上緊時如果憋勁還會引起螺紋咬死現(xiàn)象，損壞部件本體會造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失，應(yīng)加以避免和防范。列管式冷卻器中焊接點一但泄漏將影響空壓機正常運行，焊接管束的焊接質(zhì)量應(yīng)通過表面探傷檢查，但內(nèi)部微孔隙缺陷很難通過超聲探測，損壞后一般只能通過更換解決。

2.7 排污裝置

空壓機的高壓多級壓縮必須通過定時級間排污才能夠保障機組安全運行，傳統(tǒng)的空壓機采用手動方式解決，但頻繁高壓現(xiàn)場操作安全性差、勞動強度大。為此，空壓機增加了自動排污設(shè)計，但自動排污系統(tǒng)涉及有多個電磁閥、氣動閥，出廠試驗時動作正常，但空壓機裝配配管中含有雜質(zhì)不可避免，高壓空氣排污吹除時會從死角中帶出雜質(zhì)滯留在閥芯密封面上而導(dǎo)致氣動閥、電磁閥失效，電磁閥有時連續(xù)更換后仍然燒損，這時需要拆檢閥體，由于電磁閥發(fā)生故障存在許多潛在的原因，所以被認(rèn)為是復(fù)雜且容易發(fā)生故障的裝置，但實際上許多故障是由于閥之外的原因引起的，分析原因多數(shù)為線圈受潮，引起絕緣不好而漏磁，造成線圈內(nèi)電流過大而燒毀，因此要防止水漏入電磁閥線圈。另外，電磁閥長期沒有動作，導(dǎo)磁鐵銹蝕或閥芯卡死均有可能引起線圈燒壞。電磁閥、氣動閥調(diào)試前應(yīng)檢查密封情況、正常動作才能保證應(yīng)有的功能。

2.8 干燥裝置

主要表現(xiàn)為控制閥誤動作或不動作。在調(diào)試中要根據(jù)具體情況循序檢查電磁閥、氣動閥動作情況才能得到正確的判斷和排除。

3 調(diào)試質(zhì)量控制

（1）空壓機機組由若干零部件組成，零部件質(zhì)量直接關(guān)系到整機質(zhì)量，能夠獨立調(diào)試的零部件將盡量在組裝前完成，只有保證所屬零部件的質(zhì)量可靠才能減少調(diào)試中的故障。

（2）空壓機調(diào)試時發(fā)生的故障大多是裝配不當(dāng)引起的，需要提高裝配質(zhì)量，嚴(yán)格執(zhí)行裝配工藝規(guī)程，特別是設(shè)計標(biāo)有擰緊力矩的螺栓要嚴(yán)格控制。

（3）加強控制系統(tǒng)接線過程的中間檢查，開機前應(yīng)檢查電磁閥控制電源、供電情況，一旦發(fā)現(xiàn)錯接、漏接和虛接現(xiàn)象及時糾正避免誤判。

（4）加強外購配件供應(yīng)商服務(wù)，有問題及時在調(diào)試中得到解決，不把潛在性故障帶給用戶。

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〔編輯 李波〕

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.01.12