全无油润滑压缩机可靠性分析

引言

　　目前，随着技术进步，全无油润滑往复活塞压缩机，因其采用密封脂润滑及自润滑材料，对压缩介质无污染，结构较为简单，成本不高，所以应用领域越来越广泛。例如目前有高中低压的氧气、氦气、六氟化硫气、天然气、氮气、二氧化碳气、氢气、空气等气体介质的全无油润滑往复活塞压缩机。据统计资料显示，从能源角度来看，仅空气压缩系统电能消耗就占工业能耗的8～10%左右，可见压缩机用途之广泛。因此，全无油润滑往复活塞压缩机作为压缩机家族的一分子，以其所具有的优点，越来越被广大用户所接受，市场占有率逐年提高，成为一种通用设备。实践证明，通用技术设备——全无油润滑往复活塞压缩机，在工艺流程中可以担负重要作用，使用可靠性被用户所认可。那么如何提高全无油润滑往复活塞压缩机的可靠性，就成为全无油润滑往复活塞压缩设计制造及使用者面临的一大课题。

　　一、全无油润滑往复活塞压缩机的可靠性及故障

　　1、全无油润滑往复活塞压缩机的可靠性

　　在机械工业中，可靠性是指在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力，它包含了设计的可靠性、可维修性和耐久性等几大因素。对一种机械产品而言，它的可靠性越高越好，可靠性越高意味着无故障工作的时间越长。全无油润滑往复活塞压缩机，其可靠性是指在特定的工艺流程条件下，全无油润滑往复活塞压缩机运行时无故障工作的能力。评价这种能力有两种方式：一是平均无故障时间，二是平均无故障使用次数。由于全无油往复活塞压缩机的结构特点：零部件较多、旋转运动无稀油润滑、活塞密封件完全无润滑地往复直线运动，因此发生故障的概率也比较大，故障是全无油润滑往复活塞压缩机可靠性的最大影响因素。

　　2、全无油润滑往复活塞压缩机的故障

　　全无油润滑往复活塞压缩机，经过几十年的发展，技术趋于成熟，应用也比较广泛，全无油润滑往复活塞压缩机的故障分析如下：

　　全无油润滑往复活塞压缩机属于曲柄连杆机构的往复运动，与往复压缩机的故障相似，主要分为两类:机械性能故障和热力性能故障。机械性能故障主要有压缩机运行过程中的噪声过大，振动导常及机体过热等；热力性能故障主要有压缩机的压力、排气量、温度等热力学参数异常或超过压缩机的设定值等。

　　2.1 机械性能故障

　　(1)压缩机振动异常

　　压缩机的部件出现松动和磨损是引起压缩机异常振动的主要原因。压缩机在正常工作过程中会有一定的振动，只要振动幅度在一定范围内，则这种振动是正常的；如果振动幅度超过一定值，则就属于振动异常。当压缩机的运行时间过长时，各部件不可避免地会出现松动和磨损的现象，这样就会使各部件的连接不好，出现使机组不再维持平衡的惯性力及较大幅度的气流脉动，最终使振动加剧。

　　全无油润滑往复活塞压缩机旋转运动副采用的是密封的滚动轴承，其密封的润滑脂往往是一次性的，并且相较于滑动轴承，其承载能力弱，一但这些轴承损坏，则压缩机的振动往往明显加剧。

　　(2)压缩机噪声异常

　　压缩机是一种高噪设备，是一种综合性的机械噪声源。从性质上讲，它包含了机械性噪声和空气动力性噪声两种类型。全无油润滑往复活塞压缩机运行过程中的机械噪声，主要是气缸内的敲击声及曲柄连杆机构的运动副轴承损环而出现的磨擦声。敲击声又分为正常的敲击声和非正常的敲击声。正常的敲击声有调节器动作产生的敲击声、阀门开启产生的敲击声等;非正常的敲击声是气缸内的敲击声、机身内部的敲击声等。气缸内的敲击声产生的主要原因有气缸进水、气缸内有异物、活塞歪斜、活塞与活塞杆的配合出现松动、气缸和活塞支承环磨损严重等;机身内的敲击声产生的主要原因有十字头与滑道的间隙过大、曲轴的平衡铁出现松动、曲轴的紧固件出现松动、十字头销与十字头体的配合间隙过大等。

　　全无油润滑往复活塞压缩机，气缸全无油润滑，采用自润滑的密封及活塞支承材料，相较于金属密封环，气缸与活塞间的间隙要大很多，其磨损后也会影起压缩机运行噪声明显异常。

　　压缩机飞轮安装不当或联轴器的装配不好、轴与飞轮的配合松动时也会引起其它部件的敲击异常。

　　设计时，压缩机变型使用，若活塞力较大，飞轮矩过小，引起旋转不均匀度过大，也会产生敲击声。这种情况一般新机器就会出现。

　　(3)压缩机过热

　　压缩机在工作的过程中由于不断对压缩介质进行压缩做功，因此导致产生的热量较多，冷却水或冷风虽然可以带走一部分热量，但由功耗大产生的热量多，加之换热器受限，压缩过程产生的热量不可能完全被冷却水或凉风带走，这就导致活塞、气缸、气阀等部件的温度偏高，使机体的温度经常维持在高温状态，而高温会给压缩机的正常运行带来危害。如果压缩机气缸的排气温度在260℃以上时，非金属的自润滑密封环可能会直接气化，从而致压缩机完全失效，如果在这样的情况下，压缩机没及时停止还在继续运行，压缩机活塞直接与气缸相接触产生干摩擦，零部件急剧磨损，严重时甚至会引起爆炸和撞缸事故。压缩机机体过热产生的原因较多，主要有冷却水不足、级间冷却效果不好、不良、活塞杆弯曲、零部件间摩擦过大等。所以，一般地，全无油润滑往复活塞压缩机的级压缩比不能取得太大。

　　全无油润滑往复活塞压缩机，目前受轴承承载能力所限，基本装机功率不会太大。所以就冷却方式来讲，有不少是风冷型的机器，对于风冷型的压缩机，就要注意使用环境温度及风扇和换热器的运行状况。一但通风不良，压缩机温度急剧上升易导致故障出现。

　　2.2 热力性能故障

　　(1)气量不正常

　　气量不正常是指压缩机处理工作介质的进气量或排气量与正常工作时的值相差较大。引起压缩机气量不正常的原因比较多，这是因为，由克拉珀龙方程可知，气量、压力、温度等各个热力学参数之问都是相互影响的，任何一个热力学参数发生改变都会引起气量的变化。总的来看，引起压缩机气量不正常的原因主要有压缩机气阀密封变差，压缩机活塞密封环及填料密封环等密封件磨损过大而失效，以及气缸、连接管道等密封不好发生泄漏。

　　(2)级间压力不正常

　　全无油润滑往复活塞压缩机，根据不同工况，有单级与多级压缩，这可以节省压缩机的能耗，还可以提高压缩机的性能。多级压缩，级间冷却的工作形式，在正常的工作过程中，后一级的进气应力应约等于前一级的排气压力，如果压缩机中的任何一级的压力参数出现异常都会导致整个压缩机的各级间压力出现异常的现象，通常来说，产生级间压力不正常的原因主要有活塞坏磨损、气阀等部件损坏。如某级排气压力升高，则是后一级气阀出现故障。

　　(3)排气压力异常

　　排气压力出现的异常情况主要是压缩机的排气压力降低，压缩机压缩后的气体量不能满足正常的流量需求，压缩机达不到设计的气量要求。如果不是因为工艺改变，用气量增加，当排气压力降低时，很有可能是压缩机出现了故障。这些故障的原因与气量不正常及级间压力不正常的原因有些相似，主要也是密封环与气阀故障。

　　(4)排气温度异常

　　在压缩机工作过程中有时会出现排气温度增高的现象，出现这种情况最可能的原因是压缩机的级间冷却效果出现恶化，这样就会使下一级的排气温度升高，不仅影响了压缩机的效率，而且也危害了压缩机的正常运行。在排气温度出现异常的情况下，应综合考虑压力、温度、气量等各参数之间的关系，找出问题的根源。

　　二、提高全无油润滑往复活塞压缩机可靠性的方法探讨

　　上文对压缩机中可能产生的故障进行了分析，要提高全无油润滑往复活塞压缩机工作的可靠性，最关键的是对这些故障进行预防，在出现故障的情况下能迅速找出故障的原因，及时排除故障。

　　(1)做好故障的预防工作

　　由于全无油润滑往复活塞压缩机用于工艺流程，一旦出现故障，会影响整个工艺系统的进行；又由于全无油润滑往复压缩机是改型设计以应对特殊工况，因此必须要加强全无油润滑往复活塞压缩机故障的预防工作。

　　应从设计的角度把控故障率，即优选压缩机结构方案，严格控制压缩机的活塞力，严格控制压缩机的转速。压缩机的离心力与旋转速度的平方成正比例，转速的提高对压缩机的振动、压缩机的换热等都会产生明显的影响，从而导致压缩机的可靠性降低。

　　零部件结构要进行设计与计算，严选零部件的抗疲劳及抗磨损强度。机械零件的强度受材料的性能、尺寸、表面质量及工作时间等影响，均为随机变量。机械零件的应力受载荷工况、应力集中、工作温度、润滑状态等也都是随机变量，它们都呈一定的分布状态，设计中其安全系数都要大于1。

　　全无油润滑往复活塞压缩机设计时，要综合考虑压缩机的可维修性。为了能以最少的人力、物力和时间，而又不要求较高的操作水平，取得最好的维修效果。

　　应对全无油润滑往复活塞压缩机在运行过程中可能出现的故障及原因进行汇总，比如对容易磨损的零部件进行定期更换以防止压缩机效能下降。同时，应加强压缩机的检修工作，采用先讲的检测技术对压缩机的运行状态进行检测监控，如采用压力与温度传感器结合PLC控制进行故障判断及维护提示。

　　(2)做好压缩机故障的诊断工作

　　压缩机在运行过程中不可避免地要出现故障，如果能对故障进行及时排除则会在很大程度上提高压缩机运行的可靠性。排除故障的前提是找出故障，如前面所述，压缩机故障的类型和原因较为复杂，这给故障的诊断带来了困难。为了提高全无油润滑往复活塞压缩机故障诊断的效率，结合压缩机工作流程，可以采用故障树分析法，对故障进行诊断。故障树本质上是一幅逻辑关系图，在这幅图中以逻辑关系的形式将压缩机的故障和引起故障的原因进行层层表示出来，当压缩机出现故障时，根据故障的表现，结合故障树并借助PLC等示出的数据进行分析，可以很方便地找出故障，这是目前系统工程中最常用的一种故障诊断方法。

　　三、结语

　　本文对全无油润滑往复活塞压缩机运行中常出现的故障及可靠性进行了介绍，希望能为从事压缩机运行和修的工作人员提供一些参考。

　　参考文献

　　郁永章：《容积式压缩机技术手册》

　　《浅谈天然气压缩机的可靠性》