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压缩机气阀故障诊断案例分享

2021/04/09 9:49:39

压缩机气阀的运动规律是气缸内压力、管路压力、气阀弹簧力、阀片开启高度、阀片重量等综合因素作用的结果。因此综合研究分析各个作用力与气阀弹簧力及气阀运动的关系,有助于查找气阀故障的原因和选择合适的气阀弹簧。为了便于分析气阀中的一些故障问题,最好是把压缩机示功图上气缸内的压力变化、管路内的压力变化以及阀片运动曲线画在同一张图上进行比较,有利于对几种典型故障作出判别。

【案例】某厂压缩机为4缸双作用两级压缩对称平衡型结构,转速600 ~900r/min,冲程7in,I级缸径22in,II级缸径12.5in,每个缸曲轴端和缸头端各有2个吸气阀和2个排气阀,气阀为环状阀。压缩气体为油气伴生气。

图1 气阀阀罩温度

8个气阀的温度柱状图清晰表明缸头端的排气阀比曲轴端的排气阀温度约高15℃,而4个吸气阀的温度差约2℃。初步判断缸头端的排气阀漏气,吸气阀正常。但由于气阀阀罩受表面油漆剥落、油污、日照、风吹等影响,可能出现误差。下面从缸内压力变化及超声波波形两方面进行分析。

由气体的过程方程pVn=常数,知lgp+nlgV=常数,这是一个斜率为n,变量为lgp和lgV的线性方程。n是压缩和膨胀过程的过程指数,它的值由气体的组分、压力及温度所决定。图2为缸内压力的lgp-lgV曲线,其中上边曲线为缸头端,下边曲线为曲轴端。ne表示膨胀的过程指数,nc表示压缩的过程指数,n是ne和nc的比值。

正常情况下,膨胀过程指数ne和压缩过程指数nc相等,n值应该等于1。在膨胀过程中,气体通过排气阀漏入气缸内,并与气缸余隙中残留的气体一起膨胀,造成气缸内压力比正常时要高,这就使活塞需要更远的行程才能使缸内压力低于吸气阀的开启压力,导致斜率ne值变小;而压缩过程中,气体继续通过排气阀漏入气缸内,使气缸内压力上升较快,排气阀能较早打开,导致斜率nc值变大。而n=ne/nc值也随之小于1。当n值小于0.95时,表明排气阀漏气。图2中缸头端的n值是0.87,表明排气阀漏气严重。

图3和图4为这台压缩机同一气缸在不同时间所测的8个气阀的超声波波形。图中,上半4条曲线是缸头端4个阀的超声波波形,下半部分4条曲线是曲轴端4个阀的超声波波形;左半部分是排气阀,右半部分是吸气阀。图3中,对应吸气、排气时间均有明显的波峰出现,而其他部分波形幅值很低,这是正常的。图4中左上角的排气阀3HD1 (表示3#缸缸头端排气阀)在整个膨胀、吸气、压缩、排气过程中,基线变宽,在整个作功过程中都存在气体噪声,表明这个气阀漏气,而缸头端的另一排气阀和两个吸气阀也受干扰,波形基线有所变宽。

根据测试分析结论,停机进行检修。检查发现曲轴端3HD1排气阀内圈阀片缺损一块。

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