李奇，彭文，張晞，嚴(yán)軍

（1.合肥通用機(jī)械研究院壓縮機(jī)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(jī)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(jī)械研究院壓縮機(jī)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(jī)組在生產(chǎn)、調(diào)試過程中發(fā)生的故障，分析故障特性機(jī)理，給出解決方案。關(guān)鍵詞：串聯(lián)式空氣壓縮機(jī)；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(jī)領(lǐng)域在高壓力參數(shù)中一種新機(jī)型，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、振動(dòng)小、噪聲低。但這種串聯(lián)式壓縮機(jī)組仍屬工程系統(tǒng)中復(fù)雜的機(jī)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(jī)與活塞式壓縮機(jī)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(jī)故障存在著相關(guān)聯(lián)故障和非關(guān)聯(lián)故障，在壓縮機(jī)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(yàn)、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(jī)多年的生產(chǎn)實(shí)踐，總結(jié)該型機(jī)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(jī)械設(shè)備故障特性及其分類

機(jī)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(yùn)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(jī)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(jī)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(gè)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(yùn)轉(zhuǎn)，但影響產(chǎn)品的加工質(zhì)量，如加工精度達(dá)不到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備性能達(dá)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(shí)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(jì)時(shí)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(jì)強(qiáng)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(huì)危及作業(yè)安全的隱蔽功能故障。

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

2 壓縮機(jī)調(diào)試時(shí)的故障現(xiàn)象、原因分析及處理措施

壓縮機(jī)是一種復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備，零部件多達(dá)幾百種，從不同的故障現(xiàn)象可以歸屬到上述的多種機(jī)械故障類型并加以分析，壓縮機(jī)故障特性具有一般機(jī)械所屬的故障特性，一個(gè)現(xiàn)象可能涉及到多個(gè)零部件，在使用運(yùn)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(jī)械設(shè)備現(xiàn)有幾種分類原則以及壓縮機(jī)本身特性，螺桿活塞串聯(lián)壓縮機(jī)調(diào)試故障類型見表1。

表1 螺桿活塞串聯(lián)壓縮機(jī)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(jìn)行必要的滲漏試驗(yàn)，但裝上壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后頻繁出現(xiàn)壓力高于正常值。拆檢氣閥密封良好、時(shí)有鎖緊螺母松動(dòng)，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(gè)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(shí)不僅是要檢查氣閥組件本身裝配質(zhì)量，同時(shí)應(yīng)注意氣閥的正確安裝。

（2）露點(diǎn)高。開機(jī)后壓縮機(jī)供氣露點(diǎn)達(dá)不到要求值。檢查干燥裝置工作時(shí)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(jī)殼體溫度偏高。調(diào)試中曾經(jīng)出現(xiàn)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)殼體溫度達(dá)90℃，該電機(jī)設(shè)計(jì)為內(nèi)通風(fēng)結(jié)構(gòu)，進(jìn)出風(fēng)道阻塞嚴(yán)重時(shí)，電機(jī)熱量不能被及時(shí)帶走，造成通風(fēng)不良、熱量過高。后經(jīng)過通風(fēng)口改進(jìn)設(shè)計(jì)，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(dòng)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(bào)警顯示。機(jī)組采用變頻或軟啟動(dòng)加PLC控制，程序設(shè)計(jì)中對傳感器出現(xiàn)短路、斷路進(jìn)行報(bào)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(shí)也可能會(huì)出現(xiàn)傳感器故障報(bào)警，而控制系統(tǒng)本身正常。機(jī)組中電磁閥有時(shí)不動(dòng)作故障，多數(shù)情況下是因?yàn)榻泳€時(shí)電磁閥連接接頭線路虛接或錯(cuò)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(dòng)參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤。造成機(jī)組首次開機(jī)無法啟動(dòng)，原因是控制系統(tǒng)參數(shù)是根據(jù)出廠模擬試驗(yàn)設(shè)備設(shè)置的參數(shù)，試驗(yàn)后應(yīng)針對實(shí)際機(jī)組的電機(jī)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(jī)。

2.3 電機(jī)及拖動(dòng)

（1）電機(jī)軸端滲油。電機(jī)軸承設(shè)計(jì)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(shí)際難以控制操作填充量，油脂加入過量開機(jī)后容易軸端滲出大量油脂，需要一定時(shí)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(jìn)。

（2）電機(jī)過熱。電機(jī)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(jìn)、另一端出，進(jìn)風(fēng)口面積不夠時(shí)，風(fēng)阻過大影響通風(fēng)，電機(jī)會(huì)過熱。后經(jīng)改進(jìn)進(jìn)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(jī)加載后活塞機(jī)振動(dòng)異常帶動(dòng)螺桿機(jī)振動(dòng)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(yàn)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(jī)

（1）視油鏡芯破裂。壓縮機(jī)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(jī)玻璃，不銹鋼接頭密封采用是橡膠圈密封并有定位限止臺(tái)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(jī)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?jiān)鼫粼跉忾y密封面使氣閥失去密封作用，壓力會(huì)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(huì)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(jī)，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(jī)

（1）螺桿機(jī)加載失敗。該型機(jī)前置螺桿做為前級增壓，依靠進(jìn)氣閥打開給空壓機(jī)加載，而加載控制是通過氣動(dòng)電磁閥動(dòng)作實(shí)現(xiàn)，氣源由螺桿機(jī)本身建立控制氣控制，壓力如果不能及時(shí)建立，進(jìn)氣閥打不開即加載失敗，這時(shí)進(jìn)氣閥動(dòng)作失靈或控制電磁閥動(dòng)作失靈時(shí)有可能導(dǎo)致加載失敗，應(yīng)及時(shí)檢查進(jìn)氣閥和電磁閥動(dòng)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(dá)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(shí)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(shí)際調(diào)試時(shí)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(shí)如果憋勁還會(huì)引起螺紋咬死現(xiàn)象，損壞部件本體會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，應(yīng)加以避免和防范。列管式冷卻器中焊接點(diǎn)一但泄漏將影響空壓機(jī)正常運(yùn)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(jī)的高壓多級壓縮必須通過定時(shí)級間排污才能夠保障機(jī)組安全運(yùn)行，傳統(tǒng)的空壓機(jī)采用手動(dòng)方式解決，但頻繁高壓現(xiàn)場操作安全性差、勞動(dòng)強(qiáng)度大。為此，空壓機(jī)增加了自動(dòng)排污設(shè)計(jì)，但自動(dòng)排污系統(tǒng)涉及有多個(gè)電磁閥、氣動(dòng)閥，出廠試驗(yàn)時(shí)動(dòng)作正常，但空壓機(jī)裝配配管中含有雜質(zhì)不可避免，高壓空氣排污吹除時(shí)會(huì)從死角中帶出雜質(zhì)滯留在閥芯密封面上而導(dǎo)致氣動(dòng)閥、電磁閥失效，電磁閥有時(shí)連續(xù)更換后仍然燒損，這時(shí)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(shí)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(dòng)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(dòng)閥調(diào)試前應(yīng)檢查密封情況、正常動(dòng)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(dòng)作或不動(dòng)作。在調(diào)試中要根據(jù)具體情況循序檢查電磁閥、氣動(dòng)閥動(dòng)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(jī)機(jī)組由若干零部件組成，零部件質(zhì)量直接關(guān)系到整機(jī)質(zhì)量，能夠獨(dú)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(jī)調(diào)試時(shí)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(jì)標(biāo)有擰緊力矩的螺栓要嚴(yán)格控制。

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

（4）加強(qiáng)外購配件供應(yīng)商服務(wù)，有問題及時(shí)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