往复式压缩机工（gōng）作时，曲轴带动连杆，连杆带（dài）动活塞，活塞（sāi）做上下运动。活（huó）塞运动（dòng）使气缸内（nèi）的容积发生变化，当（dāng）活塞向下运动的时候，汽缸容积增大，进气阀打开（kāi），排（pái）气阀（fá）关闭，空气被吸进来，完成进气过程。

当活塞（sāi）向上运动的时候，气缸容积减小，出气阀打（dǎ）开，进气阀关闭，完成压缩过程（chéng）。通常活塞上有活塞环来密封气（qì）缸和活塞之间的间隙，气缸内（nèi）有润滑油润滑活塞环。

由于往复压缩机结构的复杂性，所以出现故障的（de）零部件较多，引起故障的原因不一。往复压缩机（jī）特征参数信号主要（yào）包括热力信（xìn）号、振（zhèn）动信号（hào）以及噪声信号等，其中热力信号又包（bāo）括（kuò）各部件温度、排气量、排气压力、气缸内压力等。

通过对特征信号的监测分析，识别判断压缩机的故障类型，是故（gù）障诊断技术的核心思想。

往复式压缩机6大部件结构

往复式压缩机是容积式压（yā）缩机的一种，其主要部件包括气缸、曲柄连杆机构、活塞组件、填料（也就是压缩机的密封件）、气阀、机身与（yǔ）基础、管（guǎn）线及附属的设备等。

1、气缸

气缸（gāng）是（shì）压缩机主（zhǔ）要零部件之（zhī）一（yī），应有良（liáng）好的表面以利于润滑（huá）和耐磨，还应具有良好（hǎo）的导热性（xìng），以便于使摩擦产生的热能以（yǐ）最快的速度散（sàn）发出去；

还要有足够大的气流通道面积及（jí）气阀安装面积，使阀腔容积达到恰好（hǎo）能降低气（qì）流的压力脉动幅度，以保证气阀正常工作并降低功（gōng）耗。余（yú）隙（xì）容积应（yīng）小些，以提高压缩机的效率。

2、曲柄连杆机（jī）构

该机构包括十字头（tóu）、连杆、曲轴、滑导等——它是主要（yào）的运转和传动部件件（jiàn），将电机的圆周运动经（jīng）连杆（gǎn）转化为活塞的往复运动，同时它（tā）也是（shì）主要的受力部件。

3、活塞组件

主要有活塞头、活塞环、托瓦和活塞杆。活塞的（de）形（xíng）状和尺寸与（yǔ）气缸有（yǒu）密切关系，分为双作用和单作用活塞。活塞环用以密封气缸内的高压（yā）气体，防止其从活（huó）塞和气缸之间的间隙泄漏。

托瓦的作用顾名思义是起支撑活塞的作用，所以托瓦也是易（yì）损件，托瓦材质的好坏也直接影响压缩机的使用寿命。

4、填料

活塞杆填料主要用于密（mì）封气缸内座与活塞杆之间的间隙，阻止气体沿活塞（sāi）杆径向泄漏。填料环的（de）制（zhì）造及安装涉及（jí）“三个间（jiān）隙”。

分别为轴向间隙（保证（zhèng）填料环（huán）在环槽内能自由浮（fú）动），径向间隙（xì）（防止由于活塞（sāi）杆的下沉使填料环受压造成变形或者损坏）和切向间隙（用于补偿填（tián）料环（huán）的磨损）。目前平（píng）面填料（liào）多（duō）为“三六（liù）瓣型”和“切（qiē）向切口三瓣型”。

5、气阀

气阀是压缩机最主要的组件，同时也是（shì）最容易损坏的零件。其设计的好坏会直接影响到压缩机的排气量、功耗（hào）及运转可靠性。

好（hǎo）的气阀应（yīng）具有（yǒu）以下特点：高效节能（占轴功率的3%～7%），气密性与动作及时（shí）性完（wán）美结合，寿命长（一般（bān）实际寿命（mìng）8000h），形成的余（yú）隙容（róng）积小，噪音低，温升小，可翻新使用。目前气阀的材质分为金属和非金属（shǔ），就目前的情况看，非（fēi）金属材料阀片的应（yīng）用越来（lái）越广泛。

6、管线（xiàn）和附属设备

压（yā）缩机的管（guǎn）路（lù）和出（chū）入缓（huǎn）冲器的设计是（shì）否合理，将直接影响机组的振动（dòng）情况。

往复式压缩机5大故障诊断监测办（bàn）法

目前，往复式（shì）压缩机的故障诊断监测方法主要有以下几种：

1、热力性能监测法

温度是往复压（yā）缩机较为敏感的特（tè）征参数，监测温度的变化可以了解压缩机内部零部件的工作状态，如（rú）排气阀（fá）漏气，在吸气过（guò）程会出现倒吸现象，导致气（qì）阀温度升（shēng）高；活塞杆拉（lā）伤，填料函的温度也会升（shēng）高等。

使（shǐ）用（yòng）温度监测方法时，传感器可置于机体外侧，不需改变壳体结构，操作（zuò）方便。

往（wǎng）复压缩机一个运动周期包括吸气、压缩、排气、膨胀4 个过程（chéng），压力在4 个过程中（zhōng）呈周期性变化，缸内压力（lì）变化曲线可（kě）直接反应压缩机是否正常运行。如吸气（qì）阀泄漏，吸气过程压力延长，排气过程缩短，膨胀过程曲（qǔ）线也会下移。

由于压力测（cè）点位于缸内（nèi），在（zài）缸盖或壳体（tǐ）其它位置要预留安装孔（kǒng），这是压力监测（cè）的需要特别注意的地方。

2、振动监测（cè）法

振动信号（hào）也是往复压缩机故障诊断的一个敏感特征参数，如气阀损坏（huài）、活塞杆下沉、十字头螺栓松动、连杆（gǎn）磨损等大多数故障均伴随着振动信号的异常。

基于越来越（yuè）成熟的信号分析技术，对往复压缩机非稳态振动信号的研（yán）究工作也越来越多，如通过加（jiā）速度传感器（qì）测十字头滑道（dào）箱、汽缸侧壁（bì）、汽（qì）缸盖、轴承等处的振动信号来诊断动力性故障，是一（yī）种比较有效的方法。

3、位移监测法

往复压缩机活（huó）塞杆断裂通常会引起（qǐ）其他零部件的破坏（huài），严（yán）重时甚至会引起机组爆炸。活塞杆断（duàn）裂是瞬间发生的，断裂之前的裂纹监测非常困难，只能对断裂部位做事后分析，目前还没有可靠有效的（de）诊断预警方法。通过（guò）安装（zhuāng）位移传感器，监（jiān）测活塞杆的（de）沉降量，间接了解活（huó）塞（sāi）环、十字头等的磨损状况，可以作为一种辅助手段（duàn）。

4、油液监测法（fǎ）

油液监测（cè）是通过对压缩机润滑油进行油液分（fèn）析，检测样品内磨损颗粒的大小、形状（zhuàng）、成分等，是（shì）一种比较理（lǐ）想的辅助手段。如用铁谱分析、光谱分析、颗粒计数等监测空压机运动副的磨损情况等。有学者通（tōng）过检测油（yóu）品中的铜元素含量，发现（xiàn）大头瓦碎裂，成功避免了事故的发生。

5、噪声监测法

噪声信号中有机械设备运行的信号，也包含周围环境及其它噪声源的（de）信号，因此，噪声监测在往复压缩机故障（zhàng）诊断中也可以作（zuò）为一（yī）种可靠的辅助（zhù）手（shǒu）段。结合先进的噪（zào）声传感器，分离提取典型故障噪声信号，是往复压缩机故障诊断领（lǐng）域未来研究的一个热点和难点。

往复（fù）压缩（suō）机故障种类（lèi）繁多，一个故障会引起多个特征参数的变化，因（yīn）此（cǐ）在故障诊断过程中应该综合考虑多参数之间的关联性（xìng），以便（biàn）更精确地识别故障类型（xíng）。此外，人工智能系统和神经网络技术也越来越多的应用在往复压缩机故障诊断系统中，使故（gù）障诊断技术达到了智能化的高（gāo）度。

按往复压缩机引起事故的零部件不同分类，各类故障所（suǒ）占的比（bǐ）例如下图所示。其中，吸、排气阀故障概率最高，达到36%；其（qí）次，填（tián）料函、连（lián）杆、活塞杆（gǎn）等引（yǐn）起的事故所占比例也挺高。

表1给（gěi）出了常见故障类（lèi）型（xíng）及所采用监测诊断方法，为往（wǎng）复压缩机故障诊断提供一个参考。

往复式压缩机10大常见故障及处理办法（fǎ）

1、吸（xī）气阀泄露或者密封垫片（piàn）损坏

吸气阀泄漏或（huò）者密封垫片损坏主（zhǔ）要表现为：

(1)温升高，阀盖发热；(2)对应的排气阀温度（dù）升高；(3)阀所在（zài）级与（yǔ）前一级间压力升（shēng）高；(4)压缩机排气（qì）量下降；(5)进气温度升高。

气体经过压缩后温度上升，吸气阀泄漏或者密封垫片损坏后，高温气体（tǐ）返（fǎn）回进（jìn）气腔，造成阀温升高，进气（qì）温度上升，从而再次被压缩后排气温度升高。另外（wài），压缩后的气体（tǐ）回流造成前面压（yā）力升高（gāo），压力越升高排气量下降就越多。

2、排气阀（fá）泄漏或密封垫垫片（piàn）损坏

排气阀泄漏或者密封垫片损坏（huài）主要表现为：

(1)排气（qì）阀温度升高，阀片发热；(2)排气压力下（xià）降；(3)压缩机排气量下（xià）降（jiàng）。

由于排气阀泄漏或者密封垫片损坏。在气（qì）缸吸气过程中，部（bù）分压缩后的高温高压气体（tǐ）回流至气缸使混合气体温度升高，再次被压缩后温（wēn）度更高，回流还造成流量下降，排气压（yā）力下降。

3、负荷调节机构卡涩（sè）

负荷调节机（jī）构卡涩主要表现为：(1)负荷调节指示器不动作；(2)对应的进气阀温度升高，阀盖发热；(3)对应的排气阀温升高；(4)阀所在级与前一级间压力升高；(5)压缩机排气量下降；(6)进气温度（dù）升高。

负（fù）荷调节机构如果卡在泄荷的位置（zhì）会造成吸气阀泄漏；如（rú）果卡在加载位置上（shàng）则会造成压缩机负载启动，影响传动部件的使用寿（shòu）命。

4、活（huó）塞环常（cháng）见的故障（zhàng）有（yǒu）

(1)活塞环断裂；(2)活塞环涨死，失去弹性，不能膨胀；(3)活塞环过度（dù）磨损，间隙（xì）增大。

活塞环不能起到密封作用的主要表现（xiàn）形（xíng）式为：

(1)该级排气温度升高；(2)该级排气压力降低；(3)压缩机排气（qì）量下降。

对于双作用往复压（yā）缩机，即气缸（gāng）内一侧在（zài）压缩时（shí），另一侧在吸气（qì），当活塞（sāi）环损坏或者（zhě）涨死时，不能起到密封作（zuò）用，使得盖侧或轴侧被压缩（suō）的高压（yā）高温气体通过活塞环窜入轴侧（或盖侧（cè））低温低压（yā）气体（tǐ）中。

与吸入的低压温气体混合，混合之后气体温度升高，又由（yóu）于压缩气体通过活塞环互窜，使该级的排气压力下降，压缩机的排气也随之下降。

5、工（gōng）艺介质夹（jiá）带颗粒物

现场检查有时会发现在压缩机气缸及填料密封腔体中有大量沉积物。这些沉积物是由工艺介质夹带过来（lái）的微细固体粉尘或结焦的碳粒组成（chéng），其（qí）硬度往往很高。

其在（zài）密封腔处的沉积必然会造成密封填料严重的磨损，从而大大缩短填料（liào）密封环及活（huó）塞杆的使用寿命。通过调整工艺使压缩（suō）机参数达到设计要求，必要时可加气固分离器分离（lí）掉这些颗粒杂物，就可避免（miǎn）气缸与活塞环（huán）、活塞杆与填料摩擦副（fù）之（zhī）间的颗粒磨损。

6、活塞杆组合密封环紧箍力过大或弹簧失弹

往复式压缩机活（huó）塞杆与填料（liào）密封处于相对运动状态，填料环通过抱紧活塞杆来实现对介质的密封，填料环的抱紧力由弹簧及环径向压差来实现。

显然，弹簧的紧（jǐn）箍力越大，填料对活（huó）塞杆的抱紧力就越大，活塞杆与填（tián）料环的相对（duì）摩擦就会越严重，摩擦产（chǎn）生的热量就越多（duō），从而造成填料环使用初期温升非常高，磨损特别厉害。

由于填料环常用填充聚（jù）四氟乙烯制成，其热膨胀系数较大（dà），初始阶段（duàn）产生的摩擦热（rè）量若不能被及时带走，填料（liào）环热膨胀变形大，加上填料环弹簧（huáng）紧箍力大，摩（mó）擦磨（mó）损（sǔn）加剧，形成恶性循环。经过短短几天的剧烈磨损，当填料对活塞杆的抱紧（jǐn）力（lì）趋于减小（xiǎo）即（jí）摩擦力减小时填料环（huán）与活塞（sāi）杆之间的缝隙增大，介质泄漏量增加，最终密封失效。

解决办（bàn）法是在总（zǒng）体结构不变的前提下，更换活塞密封环调整活塞密封环与缸体（tǐ）之间的间隙或采用具有自润滑性能，耐磨性（xìng）能更好的材料制作活塞环和填料环（huán），再者可适（shì）当降低弹簧紧箍力（lì），设计引入间隙密封。

弹（dàn）簧的失弹大多是由于弹簧疲劳所导致（zhì），弹簧（huáng）质（zhì）量问题只占少数情况（kuàng），只能（néng）更换质量好些的弹簧。

7、填（tián）料（liào）密封盒冷却（què）水流量偏小

填料密封盒部（bù）位的温升主要是由于填料环与活塞杆剧烈摩擦引起的，这些摩擦热应被及时带走。实际上，由于填料密封盒用（yòng）水与缸套用水基本都采用并（bìng）联形式，填（tián）料（liào）密封处（chù）的压降大，因而导（dǎo）致填料（liào）盒冷却水流量不够，摩擦热不能被及时带（dài）走（zǒu），影（yǐng）响了填料的正常使用寿命。

因此，应适当（dāng）增大（dà）循环水压（yā）力及流量以使循环水及（jí）时带走活塞杆（gǎn）与填料环摩擦产（chǎn）生的热量。控制填料密封盒处的温度不大（dà）于（yú）60℃。

8、填（tián）料密（mì）封处注油量过小或过大

注油量（liàng）过大容易造成过多的油乳化，形（xíng）成沉积（jī）物；过小（xiǎo）则填料环（huán）润滑效果不好，磨损速度加快，影响使用（yòng）寿命。

注油量的确定除了按厂（chǎng）家的标准注入外（wài），还应该在试车初期，通过检查密封环处的运（yùn）行情况，确定一个合（hé）适的量（liàng）。试车结束后，打开检查填料处活塞杆上有无碳状物，以判断注油量的大小。

9、管路振动导致故障（zhàng）

引起往复压缩机及其（qí）管线振动的原因（yīn）主要有两类：一类是由机组振动的不平（píng）衡基础设计不当而引起。压缩机在组装过程中由于技术或质（zhì）量问题（tí）造成机（jī）组装配误差大，引起机组的平衡恶化（huà）产（chǎn）生振动。

压缩机基础（chǔ）质量太小也可（kě）引起压缩机本体振动。另一类是由管线内气流（liú）脉（mò）动引起活塞式压缩（suō）机吸气和排气的（de）间隙变化，可使（shǐ）气体产生脉动——压缩机管线（xiàn）内充满气体时形成气柱。该气柱是一个有连续质量的（de）弹（dàn）性振动系统，受到一定工况条件的（de）诱导就会发生（shēng）振（zhèn）动——在（zài）机组管系（xì）的弯头处气体运动方向会发（fā）生改变（biàn），从而使管线受到（dào）气体冲击力的作用。

系统管线弯头太多、管线受（shòu）到的冲击力就（jiù）会很大。如（rú）果弯头处缺少（shǎo）固定支点，将会产生剧烈振动。当（dāng）流体（tǐ）稳定流动时，管线不产生振动；但当流体运动（dòng）方向在管线断面突变处变化时，流体速度发生变化（huà），导致管线受力（lì）改变——使管线内局部压力变化（huà），产生一定的脉动，诱发振动（dòng）。

如果管内（nèi）有脉（mò）动存在，则管线（xiàn）内各部分的（de）压力不同，也会形成振源。由于管（guǎn）系内弯头（tóu）较多，流体在管线内不断地改变流动方向，对管线形成冲击；并且流（liú）体自身（shēn）的状态也发生变化——这些变化诱发的振动，其频（pín）率与管系（xì）固有频率重合时，则产（chǎn）生共（gòng）振。

消除（chú）共振（zhèn）最基本（běn）的方法是将气流脉动压力减小，并将其固定在允许的最小值之内，使激发（fā）频率不等（děng）于管路固有频率。具体方（fāng）法有：

(1)在紧靠压缩机每一级出入口处各设置一（yī）个缓冲罐（guàn），改变管系的气柱固有频率，破坏振源与管系振动频率的重合，并可降低气流脉动的幅值（zhí）。但（dàn）是缓冲罐容积设计不好也会引（yǐn）起（qǐ）振动，经验表明其应该比气缸行程容（róng）积大10倍，且尽量靠近气缸；

(2)在（zài）管系的适当位置，特别是管线的弯头处增设固定支撑，并在管线与支点间加垫硬橡胶板（bǎn）以改变支撑弹性并（bìng）改变管系的振动频率；

(3)在管线的适当位置增设孔板，以改变管系（xì）的振动频率，用孔板减振会（huì）伴有较大阻力损失，因此只用于已发生共振且无法改变截面的情况，其作用远不及缓冲罐的（de）作用。

10、撞缸

撞缸是往复机组的重大恶性事故，主要表现为缸体内发生巨（jù）大（dà）的撞击声，严重时导致机组多处损坏，如（rú）缸盖撞飞，大小头瓦断裂甚至发生爆炸。

撞（zhuàng）缸分为液击和金属撞（zhuàng）击两种，液击声音比金属撞击声要沉（chén）闷一些，但是后果一（yī）样（yàng）严重。防范措施主（zhǔ）要是（shì）规（guī）范日常操（cāo）作防止大（dà）量带液；加强巡检，发现异常声音及（jí）时排查（chá）。