【壓縮機網】引言
目前，隨著技術進步，全無油潤滑往復活塞壓縮機，因其采用密封脂潤滑及自潤滑材料，對壓縮介質無污染，結構較為簡單，成本不高，所以應用領域越來越廣泛。例如目前有高中低壓的氧氣、氦氣、六氟化硫氣、天然氣、氮氣、二氧化碳氣、氫氣、空氣等氣體介質的全無油潤滑往復活塞壓縮機。據統計資料顯示，從能源角度來看，僅空氣壓縮系統電能消耗就占工業能耗的8～10%左右，可見壓縮機用途之廣泛。因此，全無油潤滑往復活塞壓縮機作為壓縮機家族的一分子，以其所具有的優點，越來越被廣大用戶所接受，市場占有率逐年提高，成為一種通用設備。實踐證明，通用技術設備——全無油潤滑往復活塞壓縮機，在工藝流程中可以擔負重要作用，使用可靠性被用戶所認可。那么如何提高全無油潤滑往復活塞壓縮機的可靠性，就成為全無油潤滑往復活塞壓縮設計制造及使用者面臨的一大課題。
一、全無油潤滑往復活塞壓縮機的可靠性及故障
1、全無油潤滑往復活塞壓縮機的可靠性
在機械工業中，可靠性是指在規定的條件下和規定的時間內完成規定功能的能力，它包含了設計的可靠性、可維修性和耐久性等幾大因素。對一種機械產品而言，它的可靠性越高越好，可靠性越高意味著無故障工作的時間越長。全無油潤滑往復活塞壓縮機，其可靠性是指在特定的工藝流程條件下，全無油潤滑往復活塞壓縮機運行時無故障工作的能力。評價這種能力有兩種方式：一是平均無故障時間，二是平均無故障使用次數。由于全無油往復活塞壓縮機的結構特點：零部件較多、旋轉運動無稀油潤滑、活塞密封件完全無潤滑地往復直線運動，因此發生故障的概率也比較大，故障是全無油潤滑往復活塞壓縮機可靠性的最大影響因素。
2、全無油潤滑往復活塞壓縮機的故障
全無油潤滑往復活塞壓縮機，經過幾十年的發展，技術趨于成熟，應用也比較廣泛，全無油潤滑往復活塞壓縮機的故障分析如下：
全無油潤滑往復活塞壓縮機屬于曲柄連桿機構的往復運動，與往復壓縮機的故障相似，主要分為兩類:機械性能故障和熱力性能故障。機械性能故障主要有壓縮機運行過程中的噪聲過大，振動導常及機體過熱等；熱力性能故障主要有壓縮機的壓力、排氣量、溫度等熱力學參數異常或超過壓縮機的設定值等。
2.1 機械性能故障
(1)壓縮機振動異常
壓縮機的部件出現松動和磨損是引起壓縮機異常振動的主要原因。壓縮機在正常工作過程中會有一定的振動，只要振動幅度在一定范圍內，則這種振動是正常的；如果振動幅度超過一定值，則就屬于振動異常。當壓縮機的運行時間過長時，各部件不可避免地會出現松動和磨損的現象，這樣就會使各部件的連接不好，出現使機組不再維持平衡的慣性力及較大幅度的氣流脈動，最終使振動加劇。
全無油潤滑往復活塞壓縮機旋轉運動副采用的是密封的滾動軸承，其密封的潤滑脂往往是一次性的，并且相較于滑動軸承，其承載能力弱，一但這些軸承損壞，則壓縮機的振動往往明顯加劇。
(2)壓縮機噪聲異常
壓縮機是一種高噪設備，是一種綜合性的機械噪聲源。從性質上講，它包含了機械性噪聲和空氣動力性噪聲兩種類型。全無油潤滑往復活塞壓縮機運行過程中的機械噪聲，主要是氣缸內的敲擊聲及曲柄連桿機構的運動副軸承損環而出現的磨擦聲。敲擊聲又分為正常的敲擊聲和非正常的敲擊聲。正常的敲擊聲有調節器動作產生的敲擊聲、閥門開啟產生的敲擊聲等;非正常的敲擊聲是氣缸內的敲擊聲、機身內部的敲擊聲等。氣缸內的敲擊聲產生的主要原因有氣缸進水、氣缸內有異物、活塞歪斜、活塞與活塞桿的配合出現松動、氣缸和活塞支承環磨損嚴重等;機身內的敲擊聲產生的主要原因有十字頭與滑道的間隙過大、曲軸的平衡鐵出現松動、曲軸的緊固件出現松動、十字頭銷與十字頭體的配合間隙過大等。
全無油潤滑往復活塞壓縮機，氣缸全無油潤滑，采用自潤滑的密封及活塞支承材料，相較于金屬密封環，氣缸與活塞間的間隙要大很多，其磨損后也會影起壓縮機運行噪聲明顯異常。
壓縮機飛輪安裝不當或聯軸器的裝配不好、軸與飛輪的配合松動時也會引起其它部件的敲擊異常。
設計時，壓縮機變型使用，若活塞力較大，飛輪矩過小，引起旋轉不均勻度過大，也會產生敲擊聲。這種情況一般新機器就會出現。
(3)壓縮機過熱
壓縮機在工作的過程中由于不斷對壓縮介質進行壓縮做功，因此導致產生的熱量較多，冷卻水或冷風雖然可以帶走一部分熱量，但由功耗大產生的熱量多，加之換熱器受限，壓縮過程產生的熱量不可能完全被冷卻水或涼風帶走，這就導致活塞、氣缸、氣閥等部件的溫度偏高，使機體的溫度經常維持在高溫狀態，而高溫會給壓縮機的正常運行帶來危害。如果壓縮機氣缸的排氣溫度在260℃以上時，非金屬的自潤滑密封環可能會直接氣化，從而致壓縮機完全失效，如果在這樣的情況下，壓縮機沒及時停止還在繼續運行，壓縮機活塞直接與氣缸相接觸產生干摩擦，零部件急劇磨損，嚴重時甚至會引起爆炸和撞缸事故。壓縮機機體過熱產生的原因較多，主要有冷卻水不足、級間冷卻效果不好、不良、活塞桿彎曲、零部件間摩擦過大等。所以，一般地，全無油潤滑往復活塞壓縮機的級壓縮比不能取得太大。
全無油潤滑往復活塞壓縮機，目前受軸承承載能力所限，基本裝機功率不會太大。所以就冷卻方式來講，有不少是風冷型的機器，對于風冷型的壓縮機，就要注意使用環境溫度及風扇和換熱器的運行狀況。一但通風不良，壓縮機溫度急劇上升易導致故障出現。
2.2 熱力性能故障
(1)氣量不正常
氣量不正常是指壓縮機處理工作介質的進氣量或排氣量與正常工作時的值相差較大。引起壓縮機氣量不正常的原因比較多，這是因為，由克拉珀龍方程可知，氣量、壓力、溫度等各個熱力學參數之問都是相互影響的，任何一個熱力學參數發生改變都會引起氣量的變化。總的來看，引起壓縮機氣量不正常的原因主要有壓縮機氣閥密封變差，壓縮機活塞密封環及填料密封環等密封件磨損過大而失效，以及氣缸、連接管道等密封不好發生泄漏。
(2)級間壓力不正常
全無油潤滑往復活塞壓縮機，根據不同工況，有單級與多級壓縮，這可以節省壓縮機的能耗，還可以提高壓縮機的性能。多級壓縮，級間冷卻的工作形式，在正常的工作過程中，后一級的進氣應力應約等于前一級的排氣壓力，如果壓縮機中的任何一級的壓力參數出現異常都會導致整個壓縮機的各級間壓力出現異常的現象，通常來說，產生級間壓力不正常的原因主要有活塞壞磨損、氣閥等部件損壞。如某級排氣壓力升高，則是后一級氣閥出現故障。
(3)排氣壓力異常
排氣壓力出現的異常情況主要是壓縮機的排氣壓力降低，壓縮機壓縮后的氣體量不能滿足正常的流量需求，壓縮機達不到設計的氣量要求。如果不是因為工藝改變，用氣量增加，當排氣壓力降低時，很有可能是壓縮機出現了故障。這些故障的原因與氣量不正常及級間壓力不正常的原因有些相似，主要也是密封環與氣閥故障。
(4)排氣溫度異常
在壓縮機工作過程中有時會出現排氣溫度增高的現象，出現這種情況最可能的原因是壓縮機的級間冷卻效果出現惡化，這樣就會使下一級的排氣溫度升高，不僅影響了壓縮機的效率，而且也危害了壓縮機的正常運行。在排氣溫度出現異常的情況下，應綜合考慮壓力、溫度、氣量等各參數之間的關系，找出問題的根源。
二、提高全無油潤滑往復活塞壓縮機可靠性的方法探討
上文對壓縮機中可能產生的故障進行了分析，要提高全無油潤滑往復活塞壓縮機工作的可靠性，最關鍵的是對這些故障進行預防，在出現故障的情況下能迅速找出故障的原因，及時排除故障。
(1)做好故障的預防工作
由于全無油潤滑往復活塞壓縮機用于工藝流程，一旦出現故障，會影響整個工藝系統的進行；又由于全無油潤滑往復壓縮機是改型設計以應對特殊工況，因此必須要加強全無油潤滑往復活塞壓縮機故障的預防工作。
應從設計的角度把控故障率，即優選壓縮機結構方案，嚴格控制壓縮機的活塞力，嚴格控制壓縮機的轉速。壓縮機的離心力與旋轉速度的平方成正比例，轉速的提高對壓縮機的振動、壓縮機的換熱等都會產生明顯的影響，從而導致壓縮機的可靠性降低。
零部件結構要進行設計與計算，嚴選零部件的抗疲勞及抗磨損強度。機械零件的強度受材料的性能、尺寸、表面質量及工作時間等影響，均為隨機變量。機械零件的應力受載荷工況、應力集中、工作溫度、潤滑狀態等也都是隨機變量，它們都呈一定的分布狀態，設計中其安全系數都要大于1。
全無油潤滑往復活塞壓縮機設計時，要綜合考慮壓縮機的可維修性。為了能以最少的人力、物力和時間，而又不要求較高的操作水平，取得最好的維修效果。
應對全無油潤滑往復活塞壓縮機在運行過程中可能出現的故障及原因進行匯總，比如對容易磨損的零部件進行定期更換以防止壓縮機效能下降。同時，應加強壓縮機的檢修工作，采用先講的檢測技術對壓縮機的運行狀態進行檢測監控，如采用壓力與溫度傳感器結合PLC控制進行故障判斷及維護提示。
(2)做好壓縮機故障的診斷工作
壓縮機在運行過程中不可避免地要出現故障，如果能對故障進行及時排除則會在很大程度上提高壓縮機運行的可靠性。排除故障的前提是找出故障，如前面所述，壓縮機故障的類型和原因較為復雜，這給故障的診斷帶來了困難。為了提高全無油潤滑往復活塞壓縮機故障診斷的效率，結合壓縮機工作流程，可以采用故障樹分析法，對故障進行診斷。故障樹本質上是一幅邏輯關系圖，在這幅圖中以邏輯關系的形式將壓縮機的故障和引起故障的原因進行層層表示出來，當壓縮機出現故障時，根據故障的表現，結合故障樹并借助PLC等示出的數據進行分析，可以很方便地找出故障，這是目前系統工程中最常用的一種故障診斷方法。
三、結語
本文對全無油潤滑往復活塞壓縮機運行中常出現的故障及可靠性進行了介紹，希望能為從事壓縮機運行和修的工作人員提供一些參考。
參考文獻
郁永章：《容積式壓縮機技術手冊》
《淺談天然氣壓縮機的可靠性》
來源：本站原創
【壓縮機網】引言
目前，隨著技術進步，全無油潤滑往復活塞壓縮機，因其采用密封脂潤滑及自潤滑材料，對壓縮介質無污染，結構較為簡單，成本不高，所以應用領域越來越廣泛。例如目前有高中低壓的氧氣、氦氣、六氟化硫氣、天然氣、氮氣、二氧化碳氣、氫氣、空氣等氣體介質的全無油潤滑往復活塞壓縮機。據統計資料顯示，從能源角度來看，僅空氣壓縮系統電能消耗就占工業能耗的8～10%左右，可見壓縮機用途之廣泛。因此，全無油潤滑往復活塞壓縮機作為壓縮機家族的一分子，以其所具有的優點，越來越被廣大用戶所接受，市場占有率逐年提高，成為一種通用設備。實踐證明，通用技術設備——全無油潤滑往復活塞壓縮機，在工藝流程中可以擔負重要作用，使用可靠性被用戶所認可。那么如何提高全無油潤滑往復活塞壓縮機的可靠性，就成為全無油潤滑往復活塞壓縮設計制造及使用者面臨的一大課題。
一、全無油潤滑往復活塞壓縮機的可靠性及故障
1、全無油潤滑往復活塞壓縮機的可靠性
在機械工業中，可靠性是指在規定的條件下和規定的時間內完成規定功能的能力，它包含了設計的可靠性、可維修性和耐久性等幾大因素。對一種機械產品而言，它的可靠性越高越好，可靠性越高意味著無故障工作的時間越長。全無油潤滑往復活塞壓縮機，其可靠性是指在特定的工藝流程條件下，全無油潤滑往復活塞壓縮機運行時無故障工作的能力。評價這種能力有兩種方式：一是平均無故障時間，二是平均無故障使用次數。由于全無油往復活塞壓縮機的結構特點：零部件較多、旋轉運動無稀油潤滑、活塞密封件完全無潤滑地往復直線運動，因此發生故障的概率也比較大，故障是全無油潤滑往復活塞壓縮機可靠性的最大影響因素。
2、全無油潤滑往復活塞壓縮機的故障
全無油潤滑往復活塞壓縮機，經過幾十年的發展，技術趨于成熟，應用也比較廣泛，全無油潤滑往復活塞壓縮機的故障分析如下：
全無油潤滑往復活塞壓縮機屬于曲柄連桿機構的往復運動，與往復壓縮機的故障相似，主要分為兩類:機械性能故障和熱力性能故障。機械性能故障主要有壓縮機運行過程中的噪聲過大，振動導常及機體過熱等；熱力性能故障主要有壓縮機的壓力、排氣量、溫度等熱力學參數異常或超過壓縮機的設定值等。
2.1 機械性能故障
(1)壓縮機振動異常
壓縮機的部件出現松動和磨損是引起壓縮機異常振動的主要原因。壓縮機在正常工作過程中會有一定的振動，只要振動幅度在一定范圍內，則這種振動是正常的；如果振動幅度超過一定值，則就屬于振動異常。當壓縮機的運行時間過長時，各部件不可避免地會出現松動和磨損的現象，這樣就會使各部件的連接不好，出現使機組不再維持平衡的慣性力及較大幅度的氣流脈動，最終使振動加劇。
全無油潤滑往復活塞壓縮機旋轉運動副采用的是密封的滾動軸承，其密封的潤滑脂往往是一次性的，并且相較于滑動軸承，其承載能力弱，一但這些軸承損壞，則壓縮機的振動往往明顯加劇。
(2)壓縮機噪聲異常
壓縮機是一種高噪設備，是一種綜合性的機械噪聲源。從性質上講，它包含了機械性噪聲和空氣動力性噪聲兩種類型。全無油潤滑往復活塞壓縮機運行過程中的機械噪聲，主要是氣缸內的敲擊聲及曲柄連桿機構的運動副軸承損環而出現的磨擦聲。敲擊聲又分為正常的敲擊聲和非正常的敲擊聲。正常的敲擊聲有調節器動作產生的敲擊聲、閥門開啟產生的敲擊聲等;非正常的敲擊聲是氣缸內的敲擊聲、機身內部的敲擊聲等。氣缸內的敲擊聲產生的主要原因有氣缸進水、氣缸內有異物、活塞歪斜、活塞與活塞桿的配合出現松動、氣缸和活塞支承環磨損嚴重等;機身內的敲擊聲產生的主要原因有十字頭與滑道的間隙過大、曲軸的平衡鐵出現松動、曲軸的緊固件出現松動、十字頭銷與十字頭體的配合間隙過大等。
全無油潤滑往復活塞壓縮機，氣缸全無油潤滑，采用自潤滑的密封及活塞支承材料，相較于金屬密封環，氣缸與活塞間的間隙要大很多，其磨損后也會影起壓縮機運行噪聲明顯異常。
壓縮機飛輪安裝不當或聯軸器的裝配不好、軸與飛輪的配合松動時也會引起其它部件的敲擊異常。
設計時，壓縮機變型使用，若活塞力較大，飛輪矩過小，引起旋轉不均勻度過大，也會產生敲擊聲。這種情況一般新機器就會出現。
(3)壓縮機過熱
壓縮機在工作的過程中由于不斷對壓縮介質進行壓縮做功，因此導致產生的熱量較多，冷卻水或冷風雖然可以帶走一部分熱量，但由功耗大產生的熱量多，加之換熱器受限，壓縮過程產生的熱量不可能完全被冷卻水或涼風帶走，這就導致活塞、氣缸、氣閥等部件的溫度偏高，使機體的溫度經常維持在高溫狀態，而高溫會給壓縮機的正常運行帶來危害。如果壓縮機氣缸的排氣溫度在260℃以上時，非金屬的自潤滑密封環可能會直接氣化，從而致壓縮機完全失效，如果在這樣的情況下，壓縮機沒及時停止還在繼續運行，壓縮機活塞直接與氣缸相接觸產生干摩擦，零部件急劇磨損，嚴重時甚至會引起爆炸和撞缸事故。壓縮機機體過熱產生的原因較多，主要有冷卻水不足、級間冷卻效果不好、不良、活塞桿彎曲、零部件間摩擦過大等。所以，一般地，全無油潤滑往復活塞壓縮機的級壓縮比不能取得太大。
全無油潤滑往復活塞壓縮機，目前受軸承承載能力所限，基本裝機功率不會太大。所以就冷卻方式來講，有不少是風冷型的機器，對于風冷型的壓縮機，就要注意使用環境溫度及風扇和換熱器的運行狀況。一但通風不良，壓縮機溫度急劇上升易導致故障出現。
2.2 熱力性能故障
(1)氣量不正常
氣量不正常是指壓縮機處理工作介質的進氣量或排氣量與正常工作時的值相差較大。引起壓縮機氣量不正常的原因比較多，這是因為，由克拉珀龍方程可知，氣量、壓力、溫度等各個熱力學參數之問都是相互影響的，任何一個熱力學參數發生改變都會引起氣量的變化。總的來看，引起壓縮機氣量不正常的原因主要有壓縮機氣閥密封變差，壓縮機活塞密封環及填料密封環等密封件磨損過大而失效，以及氣缸、連接管道等密封不好發生泄漏。
(2)級間壓力不正常
全無油潤滑往復活塞壓縮機，根據不同工況，有單級與多級壓縮，這可以節省壓縮機的能耗，還可以提高壓縮機的性能。多級壓縮，級間冷卻的工作形式，在正常的工作過程中，后一級的進氣應力應約等于前一級的排氣壓力，如果壓縮機中的任何一級的壓力參數出現異常都會導致整個壓縮機的各級間壓力出現異常的現象，通常來說，產生級間壓力不正常的原因主要有活塞壞磨損、氣閥等部件損壞。如某級排氣壓力升高，則是后一級氣閥出現故障。
(3)排氣壓力異常
排氣壓力出現的異常情況主要是壓縮機的排氣壓力降低，壓縮機壓縮后的氣體量不能滿足正常的流量需求，壓縮機達不到設計的氣量要求。如果不是因為工藝改變，用氣量增加，當排氣壓力降低時，很有可能是壓縮機出現了故障。這些故障的原因與氣量不正常及級間壓力不正常的原因有些相似，主要也是密封環與氣閥故障。
(4)排氣溫度異常
在壓縮機工作過程中有時會出現排氣溫度增高的現象，出現這種情況最可能的原因是壓縮機的級間冷卻效果出現惡化，這樣就會使下一級的排氣溫度升高，不僅影響了壓縮機的效率，而且也危害了壓縮機的正常運行。在排氣溫度出現異常的情況下，應綜合考慮壓力、溫度、氣量等各參數之間的關系，找出問題的根源。
二、提高全無油潤滑往復活塞壓縮機可靠性的方法探討
上文對壓縮機中可能產生的故障進行了分析，要提高全無油潤滑往復活塞壓縮機工作的可靠性，最關鍵的是對這些故障進行預防，在出現故障的情況下能迅速找出故障的原因，及時排除故障。
(1)做好故障的預防工作
由于全無油潤滑往復活塞壓縮機用于工藝流程，一旦出現故障，會影響整個工藝系統的進行；又由于全無油潤滑往復壓縮機是改型設計以應對特殊工況，因此必須要加強全無油潤滑往復活塞壓縮機故障的預防工作。
應從設計的角度把控故障率，即優選壓縮機結構方案，嚴格控制壓縮機的活塞力，嚴格控制壓縮機的轉速。壓縮機的離心力與旋轉速度的平方成正比例，轉速的提高對壓縮機的振動、壓縮機的換熱等都會產生明顯的影響，從而導致壓縮機的可靠性降低。
零部件結構要進行設計與計算，嚴選零部件的抗疲勞及抗磨損強度。機械零件的強度受材料的性能、尺寸、表面質量及工作時間等影響，均為隨機變量。機械零件的應力受載荷工況、應力集中、工作溫度、潤滑狀態等也都是隨機變量，它們都呈一定的分布狀態，設計中其安全系數都要大于1。
全無油潤滑往復活塞壓縮機設計時，要綜合考慮壓縮機的可維修性。為了能以最少的人力、物力和時間，而又不要求較高的操作水平，取得最好的維修效果。
應對全無油潤滑往復活塞壓縮機在運行過程中可能出現的故障及原因進行匯總，比如對容易磨損的零部件進行定期更換以防止壓縮機效能下降。同時，應加強壓縮機的檢修工作，采用先講的檢測技術對壓縮機的運行狀態進行檢測監控，如采用壓力與溫度傳感器結合PLC控制進行故障判斷及維護提示。
(2)做好壓縮機故障的診斷工作
壓縮機在運行過程中不可避免地要出現故障，如果能對故障進行及時排除則會在很大程度上提高壓縮機運行的可靠性。排除故障的前提是找出故障，如前面所述，壓縮機故障的類型和原因較為復雜，這給故障的診斷帶來了困難。為了提高全無油潤滑往復活塞壓縮機故障診斷的效率，結合壓縮機工作流程，可以采用故障樹分析法，對故障進行診斷。故障樹本質上是一幅邏輯關系圖，在這幅圖中以邏輯關系的形式將壓縮機的故障和引起故障的原因進行層層表示出來，當壓縮機出現故障時，根據故障的表現，結合故障樹并借助PLC等示出的數據進行分析，可以很方便地找出故障，這是目前系統工程中最常用的一種故障診斷方法。
三、結語
本文對全無油潤滑往復活塞壓縮機運行中常出現的故障及可靠性進行了介紹，希望能為從事壓縮機運行和修的工作人員提供一些參考。
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