浅谈如何延长CO2压缩机气阀运行周期

武金辉

摘要：压缩机是国民经济各部门必不可少的设备，应用十分广泛。压缩机绝大多数的故障发生在气阀上，分析了气阀所发生的各类故障及其发生的原因，并提出了合理的防治措施，从而延长了气阀的寿命，增大压缩机的产气量，降低功率消耗，提高了经济效益

关键词：压缩机气阀

引言

气阀是往复压缩机关键部件，若气阀发生故障会导致往复压缩机的排气压力、温度和排气量等参数无法满足工艺要求。因此，需要研究气阀故障诊断方法，进行气阀故障预警和诊断。国内已有很多往复压缩机故障诊断方法研究人员对气阀故障做了很多研究工作：张思阳等人采用EMD方法对故障信号进行分解、重构，以及样本熵分析，提取出了气阀故障的故障信息[1]；黄卫东等人提出了基于示功图分析的气阀故障诊断方法，并通过对比正常工作时和故障发生时的示功图，实现了往复压缩机气阀故障诊断[2]；徐丰甜等人针对气阀故障发生时同气缸上同类气阀正常工作时温度走势一致，故障气阀与正常气阀温度走势不一致，采用主成分分析（PCA）从气阀温度数据中提取气阀故障特征参数，实现了气阀故障的异常检测[3]。本文在前人研究成果的基础上，对气阀故障中故障气阀准确定位方法进行研究，建立了能够在气阀故障时进行故障气阀定位的气阀故障诊断模型，提高了往复压缩机气阀故障诊断的自动化程度。

一、气阀的结构

气阀是压缩机的重要部件之一。只有气阀正常工作，才能保证压缩机实现吸气、压缩、做功、排气4个工作过程。气阀性能的好坏，直接影响到压缩机的产气量和功率消耗，阀片的寿命更是关系到压缩机连续运转期限的重要因素。气阀的结构形式极多，但不论哪一种气阀，几乎都由阀座、弹簧、阀片和阀盖等基本零件构成。其中，阀座设有气体通道，它是气阀其他零件的安装基体；弹性元件，多数为弹簧；闭合元件即通常所称的阀片，它是阀座通道的密封元件；阀盖，即阀片的升程限制器，起限制闭合元件升程的作用；紧固元件，包括螺栓和螺母。

二、气阀故障信号及诊断

1.气阀故障主要表现为阀片损坏、弹簧折断和气阀漏气方面，其实这3种故障常常是互为因果的。阀片损坏，可导致气阀漏气；弹簧折断，使得阀片对阀挡和阀座的冲击速度和撞击力增大，导致阀片碎裂。因此，利用阀片冲击力的变化、气阀有否产生泄漏等特征参数，来判断阀片和弹簧故障，是当前研究利用振动信号诊断气阀故障的主要方法之一。

2.温度信号。包括吸气腔温度、排气腔温度、缸内气体温度、阀体温度和缸体温度等信号。这些信号中，由于阀体温度和缸体温度对故障的反应惯性大，变化缓慢，同时容易受到外界环境以及运行时间的影响，其信号对于故障诊断不是理想的信号。在压缩机稳定运行达到相对热平衡后，吸、排气腔的气体温度变化不大，容易测量，而且对故障的反应较为敏感，应作为故障监测的特征信号。鉴于此，在压缩机运行现场，配置了红外线测温仪,严密观测气阀的温度变化，气缸内气体温度变化。

3.振动和声音信号。利用振动信号诊断故障，是当前应用比较多的方法。振动信号监测方便，信号处理方法也较完善；但由于往复压缩机的振动信号成分较为复杂，干扰因素多，因此需在信号测点布置、信号处理、特征提取方面作综合考虑。噪声信号，通常都是作为有害信号在系统设计时加以排除。机器噪声中包括大量的机器状态信息，往复压缩机气阀是冲击、敲击噪声的主要来源之一，冲击和敲击噪声信号，必然带有阀片运行状态信息，通过对噪声信号进行分离及分析，可以了解设备运行状态，对设备进行状态监测及故障诊断。由于气阀故障引起压缩机温度、压力、振动等信号偏离正常状态,通过这些信号的监测和分析，就可以对压缩机气缸系统进行状态监测和故障诊断。

三、气阀弹簧损坏的主要原因

弹簧从阀片全闭到全启，其载荷由预压缩力变化到最大压缩力，承受脉动循环载荷，引起疲劳破坏。弹簧变形时与弹簧孔壁发生摩擦磨损，强度下降而断裂。介质对弹簧表面腐蚀，产生麻点、凹坑，引起应力集中，加速弹簧疲劳破坏。材质不符合要求，弹簧的加工、热处理有缺陷。气阀漏气的主要原因座密封面不平，表面粗糙度达不到要求。密封面被碰伤。阀片变形、破裂。阀隙通道有异物卡住。气体温度高，润滑油易变成碳渣卡住密封面。弹簧力过小。弹簧端面与轴线不垂直。阀座、阀片严重磨损。

四、气阀故障诊断方法

1.当前利用振动信号诊断气阀故障的主要方法之一是利用阀片冲击力的变化、气阀是否产生泄漏等特征参数来判断阀片和弹簧故障。监测气阀的故障信号，除了观察压缩机的热力参数变化之外，如压缩机各级吸、排气压力变化、气量变化、阀腔内温度变化以及压力脉动变化等，更主要的是从气阀工作过程中产生的动力性能变化来诊断故障。主要方法：在压缩机气阀阀盖上用传感器拾取振动信号或噪声信号，然后对信号进行分析处理和故障识别。在气阀阀室内用位移传感器拾取阀片运动规律信号，校核阀片运动规律。引出气缸的压力，作出气缸内的P－V示功图，从示功图的变化上判别气阀故障。测量吸、排气腔内的脉动压力和温度变化诊断气阀故障。

2.大修。磨损固然影响大，但是如果气质干净、腐蚀性较低、选材合理的话，气阀通常运行良好。气阀维修的方法通常是更换阀片、弹簧和其它易损件。修理的工作在工厂的车间或者合格的服务车间进行，那里有保证维修质量的设备和工具。目标主要是清理、检查、修复和确认气阀能够再次正常运行。高质量气阀的维修通常有3个不同的等级：更换内件（如果需要，修复主要组件）及一个主要的零件（阀座，阀盖，螺柱）更换完整的气阀采用不同气阀的组件，修复后组装在一起的解决方案是不可取的。

3.维修策略。（预防、预测、预判）由维修场地情况、工艺的重要性、监控和诊断系统来决定。气阀维修的目的是使它们恢复到原始的性能，同时达到部件费用最小化和降低MTTR（平均故障维修时间）的目的。平均故障维修时间关系到压缩机拆解、气阀维修进而影响到装置的可用性。拆卸气阀所需的时间取决于气阀的大小和控制系统。MTTR通常都很短，但是，如果仅仅是因为气阀的原因而停机，那就还得算上用于停机，开机和恢复到正常生产程序的所需的时间。改变气阀结构对于转速较高的压缩机，为了提高气阀耐用期，需采用较小的阀片开启高度，这样可以减小阀片的撞击速度，确保气阀及时关闭，改善气阀的运动频率特性。阀片开启高度降低后，气阀的流通缝隙面积将减小，气流阻力增大，补偿的方法是增加阀座的通道数、采用多环窄通道气阀。这样既可增大气流在阀隙中流通的面积，又可改善阀片的受力状态。

4.调整弹簧力。提高阀片寿命的措施，除了降低阀片开启高度之外，还需要采用特性较硬的弹簧或变刚性弹簧。使阀片在开启过程中增加其缓冲能力。对于转速较高的压缩机，阀片弹簧应采用钢丝直径较粗、中径较大，工作圈数较多，阀片全开后总变形量较小的弹簧，这样，弹簧的工作应力就较小，耐用期较长。同时因为阀片的撞击速度降低后阀片的寿命也得到了提高。但是气阀弹簧力也不能过强，否则气阀会过早关闭。弹簧力过强的极端情况，将导致气阀产生振颤现象。

结束语：

压缩机气阀对设备的性能和稳定性均很重要，在苛刻工况条件下，要求按照重载工艺来选择。精确的初始设计需要在不同工况下的仿真，它包括了流量控制工况和启动工况。先进技术的应用使设备的使用寿命延长，并降低了维修所带来的干扰，但需要严格按照生产厂家的规程和指导来进行修复。

参考文献

[1]谢雨田，严忠华，熊震宇.双梁桥式起重机主梁焊接工艺[J].电焊机，2016，40（5）:190-191.

[2]付荣柏.起重机钢结构焊接制造技术[M].北京：机械工业出版社，2017.[3]邵海.单梁桥式起重机的制造工艺[J].煤炭技术，2017，22（11）:15-16