Chap 4 往复压缩机故障分析和管道振动
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
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④ 地脚螺松松动，运动部件连接不牢，基础刚性不好，底座不均匀
下沉
机
⑤ 联轴器对中不良，或机体基础与电动机底座不均匀下沉
体
⑥ 主轴承间隙过大或轴瓦磨损
振
动
⑦ 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
⑧ 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
2021/（3/146）设计不合理、材质不良、工热业处装备理故不障诊合断要技求术 ，探伤不及时等
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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）活塞材质不良、铸件质量低劣，强度达不到要求。
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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。
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：
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4.1.3 压缩机故障振动分析
1. 振动故障
① 气缸与底座调整不良，连接螺栓松动
பைடு நூலகம்
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。
引起应力集中，产生腐工蚀业装疲备劳故障破诊坏断。技术
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4.1.2 压缩机主要零部件的机械故障
• 弹簧变形时与弹簧孔壁发生摩擦磨损，强度下降而断裂
气
• 弹簧从阀片全闭到全启，其载荷由预压缩力变化到最大
阀
压缩力，承受脉动循环载荷，引起疲劳破坏
弹
簧
• 介质对弹簧表面腐蚀，产生麻点、凹坑，引起应力集中，
气
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
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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
（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。
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② 气缸与活塞环磨损或间隙太大
③ 气缸余隙太小，活塞在往复运动中碰撞阀座，发出沉闷的
气
金属撞击声和振动
缸 振
④ 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
动
⑤ 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
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⑥ 压缩机运行中曾中断供水，阀门、缸壁、活塞温度迅速上
气阀故障
往复式压缩机有60%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。
（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=(0.05～0.09)d(d为曲拐销直径)，其表面粗糙度不大于 0.4。
⑨ 活塞杆弯曲或活塞杆连接螺母松动
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⑩ 活塞杆负载过大，工连业杆装备轴故承障损诊断坏技术
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4.1.3 压缩机故障振动分析 1. 振动故障 基 ①压缩机机体振动引起基础振动 础 ②基础结构薄弱，与机体或管道某一部分发生共振 振 动 ③由压缩机振动等原因产生基础下沉
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。
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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
1.活塞的位移、速度和加速度
xr[1(co)s(1co2s)]
4
xdxr(s insi2 n)
dt
2
xdx r2(c o sco2s)
dt
2.曲柄连杆机构的旋转惯性力和往复惯性力
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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。
阀 片 损 坏
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• 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，
Fr mrr2
F I m s x m s r2 (c o cs 2 o )s
一阶往复惯性力: FI1msr2cos
二阶往复惯性力: FI2msr2co2s
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4.1.3 压缩机故障振动分析 1. 振动故障
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。
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
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4.1.3 压缩机故障振动分析
1. 振动故障 ① 往复惯性力和力矩没有平衡好
② 曲轴中心线与机身滑道中心线不垂直
③ 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
（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5000～8000小时，未对连杆螺栓进行磁粉探伤和残余变形测