某型船用高压空压机活塞销座破裂等故障的原因分析和解决措施.docxVIP

通过一款船用高压空压机，在进行1000h可靠性试验过程中发生的活塞销座破裂等故障现象，并结合各零部件的损坏状态，深入分析故障产生的主要原因。

经现场勘验及对比分析，发现了故障产生的主要诱因，以及其它相关零部件损坏的原因和先后顺序。

在分析了主要原因的基础上，提出了解决问题的措施，后经试验验证，证明了解决措施的可行性和正确性。最后分析总结，进一步提出了此类问题优化改进的建议和途径。

不断归纳、总结类似的质量问题，为提高零部件的设计水平，尤其为空压机组合气阀的结构优化设计工作提供了参考和方法，具有一定的借鉴意义。

空压机原理图

一、引?言

压缩机是一种用于压缩气体借以提高气体压

力的机械，它的种类很多，用途极广，通过气缸容积周期性的变化，实现气体的吸进、压缩和排出，其主要运动件一般包括曲轴，活塞和连杆等部件，固定件一般包括曲轴箱，气缸（组合气阀），以及冷却器和安装支架等。

近年来，随着用户对空压机的安全性和可靠性提出越来越高的要求外，目前对空压机的外形尺寸和重量等物理指标也提出了较高要求，尤其是安装或换装空间相对较小的场合，有的已成为商务竞标成功与否的关键因素之一。

目前，高压往复活塞式空压机各级气阀的设计安装和工作方式对机组的外形、重量及结构形式有较大影响，为适应市场化需要，满足用户的特殊需求，进一步减小空压机的外形尺寸和重量等已势在必行，因此，有必要适时开展空压机组合气阀的设计工作。

组合气阀的设计结构多种多样，有的是借助于一个公共的阀板，通过空压机各级的流量、压力及流速等参数，将独立的进气阀和排气阀进行结构优化设计，做成组合式结构。

对于高压往复活塞式空压机，为提高排气量和比功率，气缸设计的上止点间隙一般较小，有的仅为1～2mm左右，但过小的上止点间隙可能导致一些不良后果，一般情况有：

一是压缩介质在气缸中部分液化而造成液击撞缸现象；

二是零部件破损脱落后进入气缸而发生异物撞缸等现象。

因此，不仅要合理设计气缸的上止点间隙，而且要尽量避免气阀等零部件破损后落入气缸。

目前，气阀的使用寿命直接影响整机的可靠性，同时气阀也是影响整台空压机可靠性的关键部件之一。

二、空压机故障现象及原因分析

1、空压机故障现象

发生故障的空压机采用水冷、四级压缩、单作用往复活塞式结构，按GB/T12929-2008船用高压活塞空气压缩机和该型空压机相关技术文件要求，按期开展了1000h的耐久性试验。

在运行至274h时，机组发生过载自动保护停机，经复位后重启，仍报警无法启动。

后操作人员自查，打开空压机一级气缸上的气缸盖，发现一级组合气阀进气侧的升程限制器已落入气缸内，且部分阀片变型、破损及脱落，同时一级活塞体顶部多处已变形、压损。

针对此现象，操作者随即切断电源，保护现场，技术设计主管人员第一时间赶到试验现场。

经进一步拆卸、检查，发现一级活塞销座和活塞销、一级连杆组件、曲轴平衡重等也有不同程度的损坏，进气升程限制器破裂为数段，气阀阀体局部受异物撞击，发生翘曲，变形严重，部分零件受损情况如图1所示。

图1升程限制器和气阀阀体

2、空压机故障原因分析

针对空压机出现的故障现象，分别查阅了一级气缸、活塞、连杆及组合气阀等零部件的设计图样，并重点对一级气缸、活塞及连杆等零部件的设计配合尺寸进行了逐一核查和复测，最后主要针对一级气缸的上止点间隙进行了核算。

经过反复核实，试验用的空压机一级气缸、活塞和连杆等零部件尺寸均满足设计图样的要求，零件加工和装配过程完全受控。

但在复查过程中，发现该机一级气阀为组合式结构，即内圆周侧为进气，外圆周侧为排气，进气阀片的升程限制器由沉头螺钉与锁紧螺母固定。

经进一步分析、梳理认为，机组运行过程中，在高温和高频振动等的综合作用下，螺母的锁紧力将会下降，逐步出现松动现象，导致升程限制器受撞击后分6段（图1为其中4段）先后脱落，当落入气缸后，因升程限制器的厚度大于气缸的上止点间隙，故升程限制器落入气缸后将与高速往复运动的一级活塞顶部发生严重的撞缸现象，最后导致与之相连接的一级活塞及连杆组件损坏，曲轴平衡重脱落，机组出现卡阻、报警停机的故障现象。

以下根据空压机故障现象，并结合一级组合气阀、活塞组件及曲轴平衡重等零部件的损坏状态，分别对其故障发生的过程和主要原因进行详细分析，具体如下。

（1）一级组合气阀

经查，一级进气阀片的升程限制器由6只开槽沉头螺钉（M4×25）和其配套的锁紧螺母M4固定，一级气缸的上止点实测余隙为1.4mm，升程限制器的厚度为4mm。

机组额定运行状态下，一级排气温度高达167℃，受此温度影响，锁紧螺母的强度和刚度将同步下降，导致螺母的锁紧力也趋于降低。

随着运行时间的延长，某个锁紧螺母松动后将在其对应位置先出现撞击现象（锁紧螺母实际安装时的扭矩也可能小于设定值），此撞击将加剧