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1、2019/10/20,工业装备故障诊断技术,1,往复压缩机的故障类型 热力学参数异常 主要零部件故障 振动异常 示功图及阀片运动规律的测量与故障分析 气流压力脉动与管道振动,2019/10/20,工业装备故障诊断技术,2,2019/10/20,工业装备故障诊断技术,3,2019/10/20,工业装备故障诊断技术,4,2019/10/20,工业装备故障诊断技术,5,压缩机故障一般都是在设计、制造、安装和操作中产生的问题。曾有人对某化工厂使用的往复式压缩机故障率进行调查，发现属于设计缺陷产生的故障仅占6%；属于零件制造质量低劣的故障占46%；属于不遵守操作规程造成的故障占40%；属于安装检修质量不
2、符合要求的故障占8%。 往复式压缩机的故障种类虽多，但从反映故障状态的监测参数（征兆参数）上可分为两大类：一类故障征兆表现在机器的热力参数变化上，如机器的排气量变化，吸、排气压力变化，各部分温度变化以及油路、水路故障所表现出来的热力参数变化。另一类故障征兆表现在机器的动力性能参数变化上，如压缩机主要零部件的缺陷、磨损、损坏和断裂故障所表现出来的机器振动和不正常声音，还有各种原因引发的管道振动。,2019/10/20,工业装备故障诊断技术,6,1.传递动力部分曲轴、连杆、十字头、活塞销、活塞等零部件的故障。 2.气体的进出及其密封部分气缸、进气和排气阀门、弹簧、阀片、活塞环、填料函及排气量调节装
3、置等部分的故障。 3.辅助部分包括水、气、油三路的各种冷却器、缓冲器、分离器、油泵、安全阀及各种管路系统方面的故障。,2019/10/20,工业装备故障诊断技术,7,4.1 往复式压缩机的故障类型与故障原因,4.1.1 压缩机热力参数异常及其故障原因,吸、排气压力不正常 吸气压力低 吸气压力高 排气压力低 排气压力高 压力不稳定,温度不正常 吸气温度高 排气温度高 气缸过热 轴承过热 活塞杆过热 曲轴两端盖发热,排气量降低 压缩机的各级吸气阀漏气 气缸内泄漏与外泄漏 吸气受阻 系统外泄漏 冷却器效率低 压缩机转速降低,2019/10/20,工业装备故障诊断技术,8,气阀故障 往复式压缩机有60
4、%以上的故障发生在气阀上，据某石化公司炼油厂对循环氢压缩机的故障统计，气阀故障引起的停机次数占总停机次数的85%以上。气阀一旦发生故障，马上影响压缩机的产气量，降低效率，浪费能源。阀件破损后碎块落入气缸，引起气缸拉毛，活塞和活塞环损坏，带来更为严重的问题。,疲劳破坏由于阀片承受着频繁的撞击载荷和弯曲交变载荷，阀片容易产生疲劳破坏。 阀片磨损环状阀片与导向块工作面之间产生的摩擦磨损，可减弱阀片强度，降低使用寿命。 阀片材料缺陷材料夹渣、夹层、裂纹等缺陷引起阀片应力集中。 介质腐蚀压缩介质本身有腐蚀性或介质中含有水份，工作时冲刷阀片，破坏阀片表面保护膜，在阀片局部地方出现腐蚀麻点和空洞，引起应力集
5、中，产生腐蚀疲劳破坏。,阀 片 损 坏,4.1.2 压缩机主要零部件的机械故障,2019/10/20,工业装备故障诊断技术,9,弹簧变形时与弹簧孔壁发生摩擦磨损，强度下降而断裂 弹簧从阀片全闭到全启，其载荷由预压缩力变化到最大压缩力，承受脉动循环载荷，引起疲劳破坏 介质对弹簧表面腐蚀，产生麻点、凹坑，引起应力集中，加速弹簧疲劳破坏 材质不符合要求，弹簧的加工、热处理有缺陷,气 阀 弹 簧 损 坏,4.1.2 压缩机主要零部件的机械故障,2019/10/20,工业装备故障诊断技术,10,4.1.2 压缩机主要零部件的机械故障,阀座密封面不平，表面粗糙度达不到要求 密封面被碰伤 阀片变形、破裂 阀
6、隙通道有异物卡住 气体温度高，润滑油易变成碳渣卡住封面。石油气压缩机，温度和压力越高，聚合物积碳越严重，碳渣粘着在阀片和阀座上，使气阀漏气 弹簧力过小 弹簧端面与轴线不垂直 阀座、阀片严重磨损,气 阀 漏 气,2019/10/20,工业装备故障诊断技术,11,活塞杆断裂 往复式压缩机的活塞杆断裂事故也较常见，据报导约占重大事故的25%左右，活塞杆断裂，不仅损坏活塞和气缸，而且还由于其它零部件的连锁性破坏，使易燃、易爆或有毒气体向外泄漏，带来人员伤亡、生产装置毁坏等一系列严重事故。活塞杆发生断裂的地方多数是在活塞连接处与十字头连接处，其原因一般是： （1）活塞杆的螺纹由于螺纹牙型圆角半径小，应力
7、集中严重，容易在循环载荷下产生裂纹和断裂。因此对大型压缩机须用滚压加工，用以消除应力集中。 （2）退刀槽、卸荷槽、螺纹表面的粗糙度达不到要求，容易产生表面裂纹。 （3）活塞杆的材质和热处理有问题，例如存在粗晶、魏氏体组织、偏析以及强度和塑性不符合要求。 （4）连接螺纹松动或连接螺纹的预紧力不足。 （5）某一级因其他故障原因而严重超载。 （6）活塞杆跳动量过大。 （7）工艺气体腐蚀。,2019/10/20,工业装备故障诊断技术,12,连杆螺栓断裂 连杆螺栓在工作时承受很大的交变载荷和几倍于活塞力的预紧力，因此对它不仅要求具有足够的静强度，更重要的是要有较高的耐疲劳能力。对其结构形状、应力集中情况
8、和装配精度等方面都有严格要求。连杆螺栓断裂的原因有： （1）连杆螺栓拧得太紧或太松。拧得太紧，螺栓承受过大拉力而折断；宁得太松，工作时螺母松动，连杆大头瓦在连杆体内晃动，螺栓承受过大的冲击力而折断。 （2）开口销折断引起连杆螺栓松动、断裂。 （3）连杆螺栓疲劳断裂。 （4）连杆螺栓的材质、锻压、热处理、加工、探伤和装配有问题。 （5）连杆大头瓦过热，活塞卡住或超负荷运转，连杆螺栓因承受过大应力而折断。 （6）运动部件出现故障，对连杆螺栓产生较大冲击载荷。 （7）长期使用达50008000小时，未对连杆螺栓进行磁粉探伤和残余变形测量。如果螺栓有万分之一以上残余变形者均应报废。,2019/10/2
9、0,工业装备故障诊断技术,13,曲轴断裂 曲轴承受较大的交变载荷和摩擦磨损，对疲劳强度和耐磨性要求较高。曲轴多数发生拐臂处断裂，曲轴断裂的原因有： （1）压缩机地基与电动机基础发生不均匀沉降，使联轴器严重不对中，曲轴承受巨大的附加载荷。 （2）压缩机超载或在紧急停机时产生的剧烈冲击。 （3）安装不正确或工作中气缸轴线发生变化，与曲轴轴线不垂直，使曲轴承受附加弯矩。 （4）轴瓦在曲轴上装配不良，支承面贴合不均，间隙过小，轴承发热，轴颈拉沟、咬住或弯曲变形。 （5）轴颈与曲拐过渡圆角是最严重的应力集中点，该处最容易发生疲劳断裂。圆角半径一般取r=(0.050.09)d(d为曲拐销直径)，其表面粗糙
10、度不大于0.4。 （6）设计不合理、材质不良、热处理不合要求，探伤不及时等,2019/10/20,工业装备故障诊断技术,14,活塞卡住、咬住或撞裂 （1）润滑油质量低劣，注油器供油中断，发生干摩擦，因摩擦发热，阻力增大被卡住、咬住。 （2）气缸冷却水供应不足，或气缸过热状态下突然通冷却水强烈冷却，使气缸急剧收缩（抱缸），把活塞咬住。 （3）气缸带液（例如，制冷压缩机吸入蒸发器中的液体造成“冲缸”；压缩机吸入气体太潮湿，气体被压缩后有水份析出，发生气缸“水击”），可撞裂活塞，甚至击破气缸。 （4）气缸与活塞间隙太小。 （5）气缸内掉入活塞螺母、气阀碎片等坚硬物，活塞撞击时碎裂。 （6）活塞材质不
11、良、铸件质量低劣，强度达不到要求。,2019/10/20,工业装备故障诊断技术,15,4.1.3 压缩机故障振动分析,往复式压缩机由于存在旋转惯性力、往复惯性力及力矩，将会引起机器和基础的振动。除了这种机械运动引起的振动之外，往复式压缩机由于间歇性吸气和排气，气流的压力脉动还会引起管路振动。如果气流脉动频率恰好与气柱或管道自振频率相同，就会产生管道共振，这种共振将带来严重的后果，不仅引起压缩机和基础、管道各连接部分松动，严重时甚至会振裂管道。 压缩机机体振幅的大小与机器的结构型式有关。我国现行往复式压缩机机械振动测量与评价标准（GB/T7777-87）是通过对压缩机机体外表面不同高度和不同方向
12、上（X、Y、Z三个方向）进行振动测量，取其最大的振动速度有效值作为压缩机振动烈度的评定值。压缩机按不同结构型式分为四类，各类压缩机的振动烈度不允许超过中规定的极限值。对于天然气工业用的压缩机标准则以美国石油学会标准API618为基础。,2019/10/20,工业装备故障诊断技术,16,4.1.3 压缩机故障振动分析,往复式压缩机旋转惯性力和往复惯性力分析,2.曲柄连杆机构的旋转惯性力和往复惯性力,1.活塞的位移、速度和加速度,一阶往复惯性力:,二阶往复惯性力:,2019/10/20,工业装备故障诊断技术,17,4.1.3 压缩机故障振动分析,往复式压缩机由于存在旋转惯性力、往复惯性力及力矩，将
13、会引起机器和基础的振动。除了这种机械运动引起的振动之外，往复式压缩机由于间歇性吸气和排气，气流的压力脉动还会引起管路振动。如果气流脉动频率恰好与气柱或管道自振频率相同，就会产生管道共振，这种共振将带来严重的后果，不仅引起压缩机和基础、管道各连接部分松动，严重时甚至会振裂管道。 上述这些振动问题往往是设计、制造中产生的。另外，往复式压缩机由于安装和操作不当也会带来一些故障振动问题。经常可能发生振动的部位和原因：,1. 振动故障,2019/10/20,工业装备故障诊断技术,18,4.1.3 压缩机故障振动分析,1. 振动故障, 气缸与底座调整不良，连接螺栓松动 气缸与活塞环磨损或间隙太大 气缸余隙
14、太小，活塞在往复运动中碰撞阀座，发出沉闷的金属撞击声和振动 活塞和阀座上的螺栓螺母因松动而落入气缸，发生敲击振动 氨制冷压缩机和临界温度较低的气体容易发生气缸带液，在气缸内发生液体冲击 压缩机运行中曾中断供水，阀门、缸壁、活塞温度迅速上升，在高温下突然通入冷却水冷却气缸，使缸壁骤然冷却而抱住活塞，产生很大振动，甚至严重损坏缸体和活塞,气 缸 振 动,2019/10/20,工业装备故障诊断技术,19,4.1.3 压缩机故障振动分析,1. 振动故障,机 体 振 动, 往复惯性力和力矩没有平衡好 曲轴中心线与机身滑道中心线不垂直 对称平衡型压缩机机身的主轴承不同心，机身水平度不符合要求 地脚螺松松动
15、，运动部件连接不牢，基础刚性不好，底座不均匀下沉 联轴器对中不良，或机体基础与电动机底座不均匀下沉 主轴承间隙过大或轴瓦磨损 连杆大头和曲拐销之间间隙过大，曲拐销向反方向运动时对大头瓦产生撞击 十字上下滑板与十字头滑道间隙过大。具有浮动销的十字头，十字头销能在销孔中转动，虽然磨损均匀，但磨损后冲击和振动较大 活塞杆弯曲或活塞杆连接螺母松动 活塞杆负载过大，连杆轴承损坏,2019/10/20,工业装备故障诊断技术,20,4.1.3 压缩机故障振动分析,1. 振动故障,压缩机机体振动引起基础振动 基础结构薄弱，与机体或管道某一部分发生共振 由压缩机振动等原因产生基础下沉,基础振动,2. 噪声故障,
16、往复式压缩机运行过程中，各运动部件会发出有节奏的与转速一致的正常响声，有经验的工人能从不同响声中判断出压缩机运行是否正常。当响声有刺耳的噪声、撞击声和不规则的节奏时，他们可立即判定机器运转不正常，甚至能判断故障发生的大致部位。 常用的监测手段是用听棒测听机器各个部位，也可用机械故障听诊器，它是利用加速度传感器拾取的信号经过滤波、放大，通过耳机测听，比听棒有更高的灵敏度和信噪比。,2019/10/20,工业装备故障诊断技术,21,4.1.3 压缩机故障振动分析,振动和噪声故障,往复式压缩机由于运动部件机构复杂，零部件多，产生故障振动和故障声音是由多种原因产生的，而且各种激励力对机器外壳上某测点的振动响应，由于传输途径的干扰也往往难以识别故障。 往复式压缩机的故障频谱图不同于旋转机械，它除了工频成分之外，往往伴有许多高倍频成分，而且它们的幅值也较高。高倍频成分上的能量集中可能是反映出主
