船用空氣壓縮機(jī)故障現(xiàn)象及維護(hù)管理

1、船用空氣壓縮機(jī)故障現(xiàn)象及維護(hù)管理前言：隨著現(xiàn)在航運(yùn)業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)于船舶機(jī)械的要求也越來越高，不僅僅表現(xiàn)在船舶主機(jī)上，一些輔助機(jī)械對(duì)整條船舶，尤其是在遠(yuǎn)洋航行中也起到了至關(guān)重要的作用?？?壓機(jī)是船舶的必備輔助機(jī)械，因?yàn)樗谴蠅嚎s空氣的唯一來源，決定了船舶主機(jī)的啟 動(dòng)，和一些輔機(jī)及氣動(dòng)機(jī)械的運(yùn)行等?？諌簷C(jī)的安全可靠運(yùn)行是船舶安全運(yùn)行的必備條件，而空壓機(jī)運(yùn)行過程中由于運(yùn)動(dòng)部件磨損導(dǎo)致泄漏，潤滑不良等等原因會(huì)引起空壓不能正常工作，從而影響船舶的運(yùn)行。現(xiàn)代船舶大多數(shù)采用的是活塞式空壓機(jī)，下面就通過對(duì)船用空氣壓縮機(jī)運(yùn)行中常見故障現(xiàn)象的分析，結(jié)合自身學(xué)習(xí)和船上經(jīng)驗(yàn)，指出空氣壓縮機(jī)停車和運(yùn)行管理中應(yīng)注意的

2、關(guān)鍵問題，并對(duì)空氣壓縮機(jī)易損件的檢修提出建議。一、空氣壓縮機(jī)壓縮空氣作用用于壓縮空氣的機(jī)械稱為空氣壓縮機(jī)?？諌簷C(jī)產(chǎn)生的壓力一般為 0.2Map以上。本章討論的是船上普遍采用的活塞式空壓機(jī)。壓縮后的空氣稱為壓縮空氣，儲(chǔ)存于空氣瓶中 的壓縮空氣，船員俗稱冷氣。壓縮空氣在船上主要用于一下幾個(gè)方面：1、壓力在2.4422.942Map的壓縮空氣供主機(jī)起動(dòng)與換向；2、壓力在0.98Mpa左右的壓縮空氣用作大、中型柴油機(jī)操縱和換向機(jī)構(gòu)的動(dòng)力；3、壓力在3.92Mpa左右的壓縮空氣用作操縱離合器，剎車、填充壓力水柜、鳴放汽笛吹洗機(jī)件和海底閥等。空壓機(jī)是消耗機(jī)械能的機(jī)械，必須依靠原動(dòng)機(jī)（電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)）拖動(dòng)。

3、船上的空壓機(jī)一般為間歇性運(yùn)行，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間往往不能超過1h,原動(dòng)機(jī)多為電動(dòng)機(jī)。大中型柴油機(jī)船舶上，通常配備 23臺(tái)空壓機(jī)。某些中小型船舶上，柴油機(jī)的自由端配備由曲軸上偏心輪驅(qū)動(dòng)的空壓機(jī)。二、活塞式空壓機(jī)的工作原理1 .理想工作循環(huán)1所謂理想工作循環(huán)，即不考慮工作循環(huán)中的泄漏，氣流流經(jīng)閥和管路時(shí)的壓力損失 以及氣流作不等速運(yùn)動(dòng)的慣性影響，并假設(shè)空氣與缸壁等無熱交換，壓縮過程中空氣的 溫度不變，壓縮后的空氣全部排出氣缸。如圖所示，當(dāng)活塞 2在氣缸1中從死點(diǎn)a向右移動(dòng)時(shí)，活塞 2左邊的氣缸容積 增大，缸內(nèi)形成真空，大氣中壓力為P1的空氣就壓開吸氣閥 3,等壓進(jìn)入氣缸一直到活 塞移到右死點(diǎn)6為止。這

4、是吸氣過程，在 PV（圖上如直線a-b）所示。當(dāng)活塞2改變運(yùn)動(dòng)方向從右死點(diǎn)向左移動(dòng)時(shí)，吸氣閥 3關(guān)閉，活塞2左邊的氣缸 容積減小，氣體受到壓縮，壓力升高，直到活塞左移至點(diǎn)c,缸內(nèi)壓力上升至 P2為止,這是等溫壓縮過程，如曲線 b-c所示。當(dāng)活塞由點(diǎn) c繼續(xù)左移時(shí)，排氣閥 4開啟，空氣等壓排出氣缸，直至活塞左移至 死點(diǎn)d為止，這是等壓排氣過程，如直線c-d所示。至此，空壓機(jī)已完成一個(gè)工作循環(huán)。 只要活塞不斷在缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，空氣就不斷被吸人、壓縮和排出。由于P-V圖上吸氣、壓縮和排氣過程線所圍成的面積abcd表示空壓機(jī)一個(gè)理想循環(huán)所消耗的壓縮功，故圖1有理論示功圖之稱。以上討論的理想工作循環(huán)是耗

5、功最小而排氣量最大的工作循環(huán)。H圖i單臺(tái)空壓機(jī)的理論示功圖氣缸；2活塞；3吸氣閥；4排氣閥2 .實(shí)際工作循環(huán)空壓機(jī)實(shí)際工作循環(huán)與理想工作循環(huán)的主要差別在于：(1)有余隙容積。所謂余隙容積指的是活塞排氣沖程結(jié)束時(shí)，缸內(nèi)的剩余容積。圖2活塞式空壓機(jī)的實(shí)際示功圖即活塞位于上死點(diǎn)時(shí)缸蓋與活塞頂之間的容積。活塞式空壓機(jī)必須有余隙容積，以免曲柄連桿機(jī)構(gòu)受熱膨脹或連桿軸承松動(dòng)等，引起活塞撞擊氣缸蓋，或空氣中的水蒸汽被壓縮時(shí)會(huì)凝結(jié)成水，產(chǎn)生“液擊”而造成機(jī)損事故。由于余隙容積的存在，排氣過程結(jié)束時(shí)，缸內(nèi)就會(huì)殘留一部分壓縮空氣。如圖 2所示，當(dāng)痞塞從左死點(diǎn)右移時(shí)，殘存在余隙VO中的壓縮空氣就沿曲線 4-1膨脹，

6、直至活塞右移至點(diǎn)1缸內(nèi)壓力低于大氣壓時(shí)，新鮮空氣才壓開吸氣閥進(jìn)入氣缸。于是，在吸氣沖程中就多了一個(gè)膨脹過程，吸氣過程由a-b縮短到1-b,吸氣容積相應(yīng)地由 Vh減小到Vs，顯然，余隙容積 Vo越大，膨脹過程越長，吸氣容積越小。所以，為了提高空壓機(jī)的排氣量，應(yīng)盡量減小余隙容積。運(yùn)轉(zhuǎn)中，空壓機(jī)的余隙容積會(huì)因軸承的磨損、連桿彎曲變形或更換較厚的氣缸墊床而變大。為了便于測(cè)檢，余隙容積常用余隙容積高度來表征。余隙容積高度指的是活塞位于缸蓋端的死點(diǎn)位置時(shí)，活塞頂與缸蓋間的距離。船用小排量空壓機(jī)，余隙容積高度一般為0.5mm1.8mm為了比較不同類型的空壓機(jī)，常采用相對(duì)余隙容積，它是余隙容積與氣缸工作容積的

7、比值。(2)有阻力損失?？諝饬鹘?jīng)吸人濾器、吸排氣閥和管路時(shí)均有阻力損失，且與氣流速度3的平方成正比。吸人端的阻力損失， 使吸氣閥開啟延遲， 膨脹過程延長，吸氣壓力降低，氣缸的吸氣量將由于吸氣行程的縮短和吸氣比容的增大而減?。慌懦龆说淖枇p失勢(shì)必使排氣壓力升高，不但會(huì)使膨脹過程延長，而且壓縮耗功將隨之增大。圖中2中，1-2實(shí)際吸氣過程線，3-4為實(shí)際排氣過程線。點(diǎn) 1出現(xiàn)波谷，點(diǎn)3出現(xiàn)波峰，這是啟閥 時(shí)需克服氣閥彈簧力和閥片慣性力之故.(3)空氣與氣缸壁等有熱交換。由于空氣與缸內(nèi)存在著溫差，進(jìn)入氣缸的新鮮空氣因吸熱而膨脹，比容增大，吸氣量減小，使排氣量降低，這部分損失稱為預(yù)熱損失。圖3三種不同壓

8、縮過程不功圖1-等溫壓縮；2-多變壓縮；3-絕熱壓縮(4)壓縮過程不是等溫。雖然空壓機(jī)采用了冷卻措施，然而氣缸中的空氣總是來不及得 到充分的冷卻(特別是高速大缸徑的空壓機(jī))，所以實(shí)際壓縮過程是介于等溫和維熱之間 的多變過程。冷卻情況好的，接近于等溫；冷卻情況差的接近于絕熱。圖3示出了三種壓縮過程的示功圖。顯然，多變壓縮過程使壓縮耗功增加。用水或空氣冷卻氣缸的目的 之一，就是使壓縮過程盡量趨近于等溫，以減小壓縮耗功，提 高空壓機(jī)的效率。有泄漏損失。由于氣閥和活塞環(huán)等密封性能不好，空壓機(jī)工作時(shí)，空氣總會(huì)通過活塞環(huán)和氣閥等不嚴(yán)密處泄漏，這些泄漏只能盡量減小，而不可能消除。實(shí)際壓縮耗功總是大于理論從以

9、上討論可知，空壓機(jī)的實(shí)際排量總是小于理論排量，耗功；空壓機(jī)的實(shí)際循環(huán)包括膨脹、吸氣、壓縮和排氣四個(gè)過程，在活塞一個(gè)往復(fù)沖程 內(nèi)完成。由于圖2所示的實(shí)際循環(huán)各過程線圍成的面積1234 ;表示一個(gè)工作循環(huán)的壓縮耗功，所以圖2有實(shí)際示功圖之稱?？諌簷C(jī)實(shí)際示功圖可用示功器測(cè)出?？諌簷C(jī)的實(shí)際 體積流量與理論體積流量（單位時(shí)間活塞掃過的容積）之比，稱為輸氣系數(shù)?？諌簷C(jī)排氣壓力與吸氣壓力之比，稱為壓縮比（或壓力比）。三、活塞式空壓機(jī)的結(jié)構(gòu)1、氣閥。氣閥是空壓機(jī)的重要部件。空壓機(jī)正是靠氣閥的控制，吸氣、壓縮、排氣和膨脹過 程才得以交替地連續(xù)進(jìn)行。氣閥工作的好壞直接影響空壓機(jī)的排氣量、排氣溫度、功率 消耗和運(yùn)行

10、的可靠性?；钊娇諌簷C(jī)一般均采用彈簧壓載的自動(dòng)閥，氣閥的啟閉靠氣缸 內(nèi)與吸、排氣腔的壓差。常用的氣閥按閥片的形狀可分為環(huán)片閥、球面蝶形閥。氣閥主 要由閥座、閥片、彈簧（和升程限制器）等組成。閥座用于支承閥片，其上開有由閥片控制開關(guān)的氣流通道。為了保證氣密性，要求 與閥片的配合面平整光滑無傷痕。閥座要承受閥片的沖擊，故通常采用銅、鑄鐵、合金 鑄鐵、稀土球墨鑄鐵或鍛鋼等耐沖擊的材料制造。閥片一一交替地啟閉閥座通道，控制 氣體進(jìn)出氣缸。閥片是開關(guān)氣流通道的重要零件，又是易損件。工作中除了受氣流推力、彈簧力和 慣性力的作用而周期地與閥座和升程限制器沖擊外，在閥關(guān)閉期間還承受壓向閥座的空 氣壓力，因而易

11、于磨損和變形。為了保證氣密性，要求配合面光滑平整無傷痕。閥片一 般采用強(qiáng)度高、韌性好、耐磨和耐腐蝕的合金鋼制造，加工中要經(jīng)淬火和回火處理，其 厚度一般為0.8mm-3mm為了提高耐沖擊強(qiáng)度，閥片的兩面均經(jīng)研磨。彈簧的主要作用是使氣閥關(guān)閉及時(shí)，閥關(guān)閉后使閥片與閥座貼合更緊密，緩和閥片 與升程限制器的沖擊。氣閥工作時(shí)，彈簧周期地被壓縮和伸長，故多用具有較高疲勞強(qiáng) 度的高級(jí)彈簧鋼絲制造。升程限制器用以限制閥片的升程，并兼作閥片的導(dǎo)向和彈簧承座。閥片的升程對(duì)氣 閥的工作影響很大。升程過大，閥關(guān)閉時(shí)的沖擊就大，且關(guān)閉延遲；升程過小，氣流流 經(jīng)閥時(shí)的阻力損失就大。所以，使用管理中不要隨便改變氣閥的升程。2

12、、安全閥般空壓機(jī)各級(jí)均設(shè)置安為了防止空壓機(jī)的排氣壓力超過容許值而發(fā)生機(jī)損事故，全閥。安全閥的結(jié)構(gòu)如圖所示。 當(dāng)空壓機(jī)的排氣壓力超過閥的開啟壓力時(shí)，閥盤2升起,高壓空氣經(jīng)閥體9上的排氣口排至大氣；當(dāng)排氣壓力降低后，在彈簧 8的作用下，閥盤2落下而關(guān)閉。調(diào)整螺釘 4下旋，閥的開啟壓力升高；反之，開啟簧壓力降低。調(diào)整環(huán)10上旋，閥啟閉壓差增大；反之，壓差減小。安全閥的開啟壓力，一般高壓級(jí)比工作壓力高10%低壓級(jí)比工彳壓力高 15%空壓機(jī)出廠時(shí)，安全閥的開啟壓力已調(diào)整好， 并已鉛封，只要校驗(yàn)一下即可，不要隨便啟封調(diào)整。修理后的安全閥，必須泵壓試驗(yàn)，以確保安全。圖4 1 一止動(dòng)螺釘；2閥盤；3一頂桿4一

13、調(diào)整螺釘；5一鎖緊螺母；6鉛封；7彈簧座；8彈簧；9閥體；10-調(diào)整環(huán)；11閥座3、潤滑設(shè)備空壓機(jī)的潤滑目的在于減小相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的摩擦，帶走部分摩擦熱，增加氣缸壁和 活塞環(huán)間的氣密性。主要潤滑部位在主軸承、連桿大、小端軸承及活塞與氣缸壁之間。一級(jí)氣缸與活塞之間的潤滑有一下幾種方式：滴油杯式一一由設(shè)在吸氣口處滴油杯以46滴/min的速度將滑油滴入，由吸入帶入氣缸。此方式耗油量大。油霧吸入式通過一路與曲軸箱相通的細(xì)管吸入部分油霧潤滑一級(jí)氣缸。氣缸注油式一一用氣 缸注油器將滑油均勻送到缸壁的注油點(diǎn)。4、冷卻系統(tǒng)空壓機(jī)的冷卻包括氣缸冷卻、中間冷卻及壓后冷卻。冷卻的方式有風(fēng)冷和水冷兩種。船用空壓機(jī)多數(shù)采

14、用水冷，冷卻水可采用海水或淡水淡水冷卻腐蝕輕、維護(hù)管理方便，進(jìn)口水溫一般為 3645 C?？諌簷C(jī)的冷卻主要包括以下方面：(1)級(jí)間冷卻。級(jí)間冷卻效果越好， 降低排氣溫度和減少功耗的效果越顯著，故總是讓冷風(fēng)先通過級(jí)間冷卻器。(2)后冷卻。是為了減小最后排氣的比容，提高氣瓶儲(chǔ)氣量，減輕其氣壓降低程度；并使排氣中的油和水蒸氣冷凝而便于分離。(3)氣缸冷卻。空壓機(jī)工作溫度較高，氣缸和缸蓋都需要冷卻，以利于減少壓縮功，降低排氣溫度及避免滑油溫度過高。通常氣缸冷卻水溫不宜低于30 C,多串聯(lián)于級(jí)間冷卻和后冷卻之后。(4)滑油冷卻。使滑油保持良好的潤滑和氣密作用，有助于帶走摩擦面產(chǎn)生的熱量，并能減緩油氧化變

15、質(zhì)的速度。5、液氣分離器空壓機(jī)氣缸中排出的壓縮空氣含有油和水蒸氣，經(jīng)冷卻后就會(huì)凝結(jié)成液滴。油滴和水滴若隨空氣進(jìn)入下一級(jí)氣缸，就會(huì)粘附在氣閥上，使氣閥工作失常，壽命縮短；水滴沾附于缸壁上，會(huì)使?jié)櫥瑦夯?；管路中油滴的大量積聚，則有引起爆炸的危險(xiǎn)。若冷卻 后的壓縮空氣直接充人儲(chǔ)氣瓶，則會(huì)降低壓縮空氣的品質(zhì)。為此，各級(jí)冷卻器之后一般 都設(shè)氣液分離器，以分離壓縮空氣中的油和水。液氣分離器多為慣性式，壓縮空氣進(jìn)入分離器后，容積增大，流速降低，流向不斷改變；油分子比氣體分子質(zhì)量大，慣性大，撞擊分離器壁面后附在壁面，聚集而流到殼體下部空間。分離器和冷卻器都設(shè)有自動(dòng)和手動(dòng)的泄放閥，在工作中應(yīng)定時(shí)開啟，排放分 離

16、出來的油和水。四、空壓機(jī)的自動(dòng)控制與起停1、自動(dòng)開機(jī)和停機(jī)通常由裝在氣瓶上的壓力繼電器控制。例如一臺(tái)為2.45Mpa起動(dòng)，2.94Mpa停車；另一臺(tái)則2.35Mpa起動(dòng)，2.84Mpa停車。當(dāng)前者單獨(dú)工作不足以維持氣瓶壓力，氣壓降至2.35Mpa時(shí)，另一臺(tái)空壓機(jī)起動(dòng)加入工作。2、自動(dòng)卸荷和泄放起動(dòng)時(shí)常用卸載電磁閥控制壓縮空氣使第一級(jí)吸氣閥常開，或?qū)⒏骷?jí)冷卻器的泄放電磁閥打開，實(shí)現(xiàn)卸載起動(dòng)。3、自動(dòng)保護(hù)和報(bào)警(1)電機(jī)過載保護(hù)一一熱繼電器；(2)過電流保護(hù)一一過電流繼電器；(3)滑油低壓保護(hù)一一油壓繼電器；(4)排氣高溫保護(hù)一一溫度繼電器。五、空壓機(jī)常見故障分析1 .容積流量降低由于漏泄造成的流

17、量降低的原因有：(1) 閥片變形，磨損不均或接觸面有污物；(2) 閥座與閥孔結(jié)合面不嚴(yán)；(3) 閥彈簧斷裂、閥彈簧過弱以至關(guān)閉過遲；(4) 氣缸、活塞環(huán)磨損過大，以及活塞環(huán)卡死、斷裂或搭口轉(zhuǎn)到一起；(5) 缸蓋與缸體接觸不嚴(yán)及卸載閥漏泄等。(6) 空氣濾器臟堵或氣閥通道結(jié)炭過多；(7) 氣缸等冷卻不良使吸氣預(yù)熱損失過大。(8) 冷卻水流量不足或壓力太小。2 .級(jí)間壓力超過正常值或低于正常值(1)極差活塞式空壓機(jī)高壓缸排氣經(jīng)活塞環(huán)漏入低壓缸太多；(2)級(jí)間冷卻不良；級(jí)間壓力低于正常值的原因則往往是因?yàn)榧?jí)間氣體的外漏或前一級(jí)流量減少。3、排氣溫度過高高溫是空氣壓縮機(jī)常見的故障現(xiàn)象之一，造成空壓機(jī)高

18、溫的原因很多，冷卻不良、空氣漏泄是其中兩個(gè)最重要的因素。冷卻不良既可能是冷卻水系統(tǒng)的原因，如水量不足、水泵損壞、進(jìn)機(jī)水溫過高等等 ，也可能是氣路因積炭臟堵而造成的。氣閥漏泄造成空氣在氣缸內(nèi)循環(huán)壓縮，導(dǎo)致高溫。氣閥漏泄導(dǎo)致空氣的循環(huán)壓縮，除排氣量減少，還會(huì)造成排氣溫度過高。特別是在進(jìn)出港期間，由于機(jī)動(dòng)用車頻繁，耗氣量大增，造成空氣壓縮機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn) ，若冷卻不良極易造成高溫。綜合 原因可能是：(1)氣閥泄漏；(2)氣缸或冷卻器冷卻不良。4、不正常的敲擊聲(1)機(jī)械敲擊一一軸承間隙大、氣缸余隙太小、連桿螺栓松動(dòng)、地腳螺栓或其他固定件 松動(dòng)、缸內(nèi)掉進(jìn)氣閥碎片或氣閥彈簧等。(2)油擊一一氣缸滑油過多。(3

19、)水擊一一冷卻水進(jìn)入缸內(nèi)， 或缸套冷卻水溫過低產(chǎn)生凝水，或前級(jí)凝水未及時(shí)泄放。(4)活塞環(huán)斷裂。六、空壓機(jī)實(shí)際運(yùn)行中的管理要點(diǎn)及維護(hù)保養(yǎng)管理要點(diǎn)：1 .起動(dòng)(1)一般性檢查一一底座及機(jī)身本身螺栓應(yīng)無松動(dòng)，無妨礙物影響運(yùn)轉(zhuǎn)，儀表和裝置正常。手動(dòng)盤車12轉(zhuǎn)，證實(shí)內(nèi)部無異常。(2)檢查曲軸箱油位一一油位應(yīng)保持在油尺的規(guī)定刻度內(nèi)。(3)供給冷卻水一一打開冷卻水系統(tǒng)各閥，并開冷卻水腔放氣旋塞， 直至有整股水流出。(4)全開通往氣瓶管路的截止閥。(5)打開低壓級(jí)手動(dòng)卸載閥或各級(jí)排氣端泄放閥。(6)按起動(dòng)按鈕起動(dòng)壓縮機(jī)一一注意轉(zhuǎn)向、起動(dòng)電流與聲音，如電流過大或聲音異常， 應(yīng)立即停機(jī)檢查。(7) 一切正常后將

20、空壓機(jī)轉(zhuǎn)換成自動(dòng)。2 .運(yùn)行國標(biāo)規(guī)定空壓機(jī)在下列使用條件下應(yīng)能正常工作：橫搖土 22.5 ;橫傾土 15° ;縱搖土 7.5° ;縱傾土 5° ;環(huán)境溫度 515C;冷卻水溫度最高進(jìn)水溫度30c或40C;進(jìn)入空壓機(jī)的空氣含有微量油霧、鹽霧，最大相對(duì)濕度為95%運(yùn)行中應(yīng)檢查以下方面：(1) 潤滑情況。(2) 冷卻情況。(3) 排氣和級(jí)間壓力表讀數(shù)。此外，若發(fā)現(xiàn)排氣管與泄放管有漏泄，或發(fā)現(xiàn)裝置有異常噪聲或振動(dòng)，應(yīng)查明原因并予 以修復(fù)。維護(hù)保養(yǎng)：3 .氣閥的維護(hù)主要是注意閥與座的氣密是否良好，以及閥的升程大小和彈簧的強(qiáng)弱。(1)級(jí)間氣壓偏高或偏低；(2)容積流量降低。檢修時(shí)應(yīng)注意：(1)氣閥組裝好后用煤油試漏，滴漏不得超過20滴/min。(2)吸排閥彈簧不要換錯(cuò)或漏裝。自由狀態(tài)彈簧高度允許誤差+2