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通过测试数据分析空压机的故障原因

   【压缩机网】一、引言
 
  说到空压机的数据,首先,跟大家一起来看一下,对于空压机而言都有哪些数据?哪些数据是可以直接测试、读出来?哪些数据又是不能直接测试、读出来的?对于一般的直连往复活塞式空压机而言,其工作的条件参数有:温度、湿度、海拔、电压、频率等;其工作的性能参数有:电流、功率、排气量、能耗、比功率等。
 
  顾名思义,工作的条件参数就是要使空压机正常工作的一些条件,主要是外部的一些。例如世界各地不同国家和地区电压和频率的差异,以及电压和频率允许的波动范围,超出这个范围空压机将不能正常使用。工作的性能参数就是指空压机在正常工作的状态下,所会展现的一些和性能相关的数据。例如电流可以表达出空压机的负载情况和实际运行的效率,排气量可以表达出空压机的压缩空气的能力,比功率可以表达出空压机在做功和消耗方面一个平衡关系。
 
  这些性能参数有的可以通过监测设备直接测试读出数据,有的则还需要进一步的计算,有的甚至还要结合上条件参数的影响。下面我们会结合几个比较实际的案例来跟大家一起学习一下,通过异常的参数数值来诊断空压机的问题。
 
  二、案例解析
 
  1、案例一
 
  案例一的具体现象描述如下:空压机运行声音不正常,呈现“上气不接下气”状运行状态,电流和功率持续增大,最终空压机被憋死,停机。
 
通过测试数据分析空压机的故障原因
 
  对于这种现象,需要先查看一下空压机的运行电压值是否正常,因为不同国家和地区的电网电压,有时候会出现不同的波动,导致空压机处于一种低电压或者叫做欠电压的状态下工作。在这种状态下,空压机运行之初为了保证运行所需的足够动力,会在电压不足的状态通过拉升电流来补偿(通过公式P=UI可得,功率一定时,电压变小,自然要增大电流)。但是,当电流增加超过平衡点,还未能满足需求的时候,就会直接将空压机憋死。所以,在国际标准中对于空压机启动电压的波动范围有明确的标准要求,一般对于电压大于等于220V的国家和地区,低电压启动标准为U±15%;对于电压大于等于100V的国家和地区,低电压启动标准为U±10%。通过这个要求大家也可以看出另外一个问题,电压的基准基数大的,可以浮动的范围就大;基准基数小的,可以浮动的范围就小,这个应该很好理解就不多做解释了。这个问题的具体解决措施,就是按照空压机的使用要求,匹配上正确的电压。
 
  如果查看空压机运行的电压是正常的,那么导致案例一这种参数现象的,就是空压机电机的定、转子在运行过程中干涉了,通常也叫做“电机擦芯”。这个问题主要是由于空压机的装配问题导致的,再进一步具体到哪个问题,就需要逐个排除了。例如:电机转子的轴承不好,电机端盖螺钉锁固不牢,电机转子外圆直径过大,定子内圆直径过小等等诸多。这个问题的具体解决措施就是更换电机组件。
 
  2、案例二
 
  案例二的具体现象描述如下:空压机运行声音良好,呈现“较为轻松”状运行状态,电流和功率稳定,但比正常运行时数值偏小,同时空压机打气时间偏长。
 
  对于这种现象,需要先查看一下空压机各处连接部位是否有漏气的现象。空压机运行过程中漏气,就相当于实际做功减少了,但是实际消耗却没变,因为气体是被压缩之后又漏掉的。同时,在压缩空气的过程中,压力越高冲击出气的气体会越多,直到达到一个平衡点为止。如果这个平衡压力点,在停机压力之前,那么空压机将出现一直不能自动停机的情况;如果这个平衡压力点在停机压力之后,那么空压机只是打气时间会比较长,但最终还是能停机。常见的漏气位置和原因有:片被空气中的杂质阻隔,不能正常开合密封;卸荷管路被杂质阻隔,不能正常开合密封;高压管路运行一段时间之后出现松动漏气;其他管路件密封连接处密封不良漏气等。由于管路的密封不良导致的漏气,就要通过肥皂泡沫水去刷洗各个连接部位去一一排查了。但如果都没问题,那就有可能是头内部的问题了,有可能是片被空气中的杂质阻隔,也有可能是阀片断裂,更甚者是连杆或者活塞环的问题等等。这样,解决措施就只能是拆开头内部再进一步详细排查了。
 
  上述案例一和案例二都属于通过电压、电流、功率等可以直接读取的数据参数,来分析判断空压机问题的例子。下面再给大家介绍两个需要通过结合各项参数进一步分析、计算的例子。
 
  3、案例三
 
  案例三的具体现象描述如下:根据空压机的电机功率,排气的压力以及冷却方式等,对应标准GB19153-2009,得出的能效指数比国家标准要求的偏低。
 
  空压机效率不达标的现象一般分两种情况,第一种是设计初期在进行样机测试的时候出现,第二种是空压机使用了一段时间之后出现的。要解决效率不达标的问题,就要降低比功率的数值,根据比功率的计算公式(比功率=输入功率P÷容积流量Q  单位:kW/(m3/min))得出:要么保持输入功率不变,提高容积流量;要么保持容积流量不变,降低功率消耗。但大多情况下,我们都是在保持输入功率不变的前提下,想办法提高容积流量,来降低比功率数值,提高能源的利用效率。下面我们就针对上述两种效率不达标的情况,分别作出原因分析和整改措施的制定。
 
  第一种情况:在设计初期进行样机测试的时候出现比功率数值不达标。这种情况一般表现为设计的理论排气量和样机的实测(在7公斤时)排气量之间有差异。一般是由于参与压缩气体的零件的加工误差、设计累计公差、装配精度等原因所导致的。所以在设计的时候一定要预留足够的系数,来保证实测的样机比功率数值达标。另外,这里需要给大家介绍一下,理论排气量的简易计算公式,因为下面我们所制定的提升排气量的措施,大都是基于这个公式而推导出来的。
 
通过测试数据分析空压机的故障原因
 
  解决措施为:1)减小连杆顶面与阀板之间的余隙; 2)加大曲轴的的偏心距;3)改善电机特性,提高电机的转速;4)保持曲轴的的偏心距不变,增大气缸的直径。以上几种措施都可以有效的提高样机的实测排气量,其中第一种措施操作最为简单方便。
 
  第二种情况:在空压机批量使用过程中,出现比功率数值不达标。这种情况的原因就比较多,比较复杂了,一般常见的原因和解决措施如下表1所示。
 
通过测试数据分析空压机的故障原因
 
 
  通过表1可以看出,“维护保养不及时”是空压机出现比功率数值不达标的主要因素。常言道:“三分使用,七分保养”,可见后期的维护保养是非常重要的。至于其他的不良因素,只要购买的是正规厂家的空压机,相对出现的几率还是会低一些的。
 
  4、案例四
 
  案例四的具体现象描述如下:如表2所示的,是一台串激往复活塞式无油机按照电阻法测试出来的温升数据值,试验结果是高电压时定子线圈温升超标,不合格。
 
通过测试数据分析空压机的故障原因
 
  对于这个现象,我们不能只看到实验的结果,还要仔细分析各组数据之间的差异。从数据上来看,不光试验是不合格的,而且高低电压之间的温升数值相差不大。
 
  如果出现高电压的温升数值远远高于低电压的温升数值的现象,我们可以推断出,这台空压机在高电压工作时,运行产生的发热量大于自身的散热能力。再详细的原因例如空压机泵头组件的出风口设计小了,不能将由于转速升高而增加的风量顺畅的排放出去。延伸一下,如果出现高电压的温升数值远远低于低电压温升数值的现象,我们可以推断出,这台空压机的进风量少了。有可能是进风口尺寸小了,也有可能是风扇产生的风量小了,总之是吹到定转子组件身上的冷却风少了。再如出现高、低电压的温升数值基本相等,但是都超出标准限值要求的现象,我们可以推断出,这台串激电机的电磁方案设计有问题。虽然说,高、低电压的温升数值基本相等是一种较优的方案设计,但是,那是要在满足限值前提下的。对于此类问题更详细的解读,请见《串激往复活塞式无油机温升问题的分析解决》这篇论文。
 
  三、结语:
 
  通过以上几个案例希望大家能够学会,怎么通过直观易得的条件参数和间接计算求得的性能参数,来分析判定出空压机的大致问题方向。然而,通过以上的案例大家也不难看出,条件参数和性能参数是相互影响,相互变化的,有时也会同时出现。仔细、认真、谨慎的去分析所得到数据,一直是解决问题的正确方法。
 
  参考文献
  [1]JB/T 8934-1999. 直联便携式往复活塞空气压缩机[S].1999
  [2],鲍文政.活塞式压缩机排气量故障的分析与排除[J]. 机械,2008(S1)
  [3],军超.往复活塞式压缩机常见故障的分析[J]. 化工装备技术,2007(04)
  [4]温彩霞.空压机排气量测量结果的不确定度分析[J].压缩机技术.2012(03) [5],陈兴卫,阎德春.交流电机温升的计算方法[J].防爆电机,2009(03)
  [6],凌文星.电机温升分析研究[J].机电技术,2010(03)

来源:本站原创

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