Контроль поршневых воздушных компрессоров среднего и высокого давления

Контроль поршневых воздушных компрессоров среднего и высокого давления

Эффективная и безопасная эксплуатация поршневых воздушных компрессоров среднего (обычно от 1,6 до 10 МПа) и высокого (свыше 10 МПа) давления требует строгого и систематического контроля их технического состояния и рабочих параметров. Такой контроль позволяет выявить дефекты на ранней стадии, предотвратить аварийные ситуации, обеспечить соответствие производительности и качества сжатого воздуха требованиям технологических процессов, а также оптимизировать затраты на обслуживание и ремонт. Данная статья охватывает ключевые аспекты контроля этих ответственных агрегатов.

1. Объекты испытаний (Контроля)

Объектами контроля и испытаний являются как компрессор в целом, так и его основные узлы и системы:

• Компрессорный блок целиком: Производительность (подача), потребляемая мощность, удельный расход энергии, уровень шума и вибрации, температура корпусных деталей.
• Цилиндро-поршневая группа (ЦПГ):
  • Цилиндры: Износ поверхности (эллипсность, конусность), состояние зеркала (царапины, задиры), герметичность рубашки охлаждения.
  • Поршни: Износ юбки поршня, поршневых колец и канавок под них, состояние стопорных устройств.
  • Поршневые кольца: Износ по высоте и толщине, упругость, состояние замков.
  • Шатуны и крейцкопфы: Состояние подшипников скольжения (зазоры), параллельность оси шатуна оси цилиндра, состояние крейцкопфных башмаков.
• Клапанный узел: Состояние тарелок клапанов (износ, деформация, трещины), седла клапанов, пружин (упругость, отсутствие остаточной деформации, коррозии), герметичность клапанов в закрытом состоянии.
• Коленчатый вал и подшипники: Состояние коренных и шатунных подшипников (радиальные и осевые зазоры), соосность шеек коленвала, отсутствие трещин и усталостных повреждений.
• Система охлаждения:
  • Воздушная: Эффективность радиаторов (охладителей), чистота ребер, работа вентиляторов.
  • Водяная: Герметичность рубашек цилиндров и охладителей, эффективность теплообмена (температурный напор), состояние трубопроводов и насосов, чистота каналов.
• Система смазки: Работоспособность насосов, чистота фильтров, герметичность системы, состояние масла (вязкость, кислотное число, наличие воды и примесей).
• Система регулирования и защиты: Исправность и точность срабатывания регуляторов производительности (дросселирование, холостой ход, отключение), предохранительных клапанов (давление срабатывания, герметичность), датчиков и реле (температуры, давления, уровня масла).
• Воздушные и масляные фильтры: Степень загрязнения, целостность фильтрующих элементов.
• Межступенчатые и концевые охладители: Герметичность трубных пучков (воздушные/водяные полости), эффективность теплообмена (температура воздуха на выходе), чистота внутренних поверхностей со стороны воздуха.
• Воздухосборники (ресиверы): Состояние внутренней поверхности, отсутствие коррозии, герметичность, исправность предохранительных клапанов, манометров и дренажных устройств.
• Трубопроводы и арматура: Герметичность соединений, отсутствие вибрации, состояние запорной и регулирующей арматуры.

2. Область испытаний (Контроля)

Контроль проводится на различных этапах жизненного цикла компрессора:

• Приемочные испытания (после изготовления или капитального ремонта):
  • Проверка соответствия паспортным данным (производительность, давление, мощность).
  • Испытание на герметичность всех систем.
  • Проверка работы системы регулирования и защиты.
  • Измерение уровня шума и вибрации.
  • Холодная обкатка и пробный пуск под нагрузкой.
• Периодические (регламентные) испытания в процессе эксплуатации:
  • Контроль основных рабочих параметров (давление на ступенях, температура воздуха, масла и воды, ток двигателя).
  • Оценка производительности (подачи) и удельного расхода энергии.
  • Проверка срабатывания защитных устройств (пробные отключения).
  • Анализ масла на наличие продуктов износа и других загрязнений.
  • Визуальный и инструментальный контроль доступных узлов.
• Контроль после ремонта (текущего или среднего): Фокусируется на проверке отремонтированных или замененных узлов (клапанов, вкладышей подшипников, сальников и т.д.), герметичности после сборки.
• Диагностика при возникновении неисправностей: Локализация источника посторонних шумов, вибрации, падения производительности, повышения температуры или расхода масла, утечек воздуха или охлаждающей жидкости.
• Экспертный контроль (при продлении ресурса или после аварии): Глубокий анализ состояния ответственных деталей (дефектоскопия валов, шатунов, крышек), оценка остаточного ресурса.

3. Методы испытаний (Контроля)

Для контроля состояния компрессора применяется комплекс методов:

• Визуально-измерительный контроль (ВИК):
  • Внешний осмотр на наличие утечек (воздуха, масла, воды), повреждений корпусов, ослабление крепежа.
  • Измерение зазоров (в подшипниках, поршневой группе, клапанах) нутромерами, щупами, микрометрами.
  • Проверка состояния поверхностей (задиры, коррозия, эрозия).
• Измерение рабочих параметров:
  • Давление: Манометрами (установленными стационарно и контрольными) на всасывании, ступенях сжатия, нагнетании, в масляной системе и системе охлаждения.
  • Температура: Контактными термометрами (термопарами, термосопротивлениями) или пирометрами на выходе ступеней, масла до/после охлаждения, воды охлаждения, подшипников, корпусов цилиндров.
  • Расход воздуха: Специальными расходомерами (диафрагмы, сопла Вентури, турбинные, вихревые) на линии нагнетания.
  • Электрические параметры: Ток и напряжение электродвигателя клещами и мультиметрами для расчета потребляемой мощности.
• Метод индикаторных диаграмм: С помощью механического или электронного индикатора давления снимается график зависимости давления в цилиндре от положения поршня. Анализ диаграммы позволяет оценить:
  • Герметичность клапанов (впускных и выпускных).
  • Правильность фаз газораспределения.
  • Величину вредного пространства.
  • Наличие утечек через поршневые кольца.
  • Индикаторную мощность цилиндра.
• Испытания на герметичность:
  • Под давлением: Компрессор или отдельный узел (охладитель, ресивер, трубопровод) нагнетается воздухом (или инертным газом) до испытательного давления и контролируется падение давления во времени. Применяется мыльный раствор для обнаружения точек утечки.
  • Вакуумный метод (для всасывающих систем): Создается разрежение и контролируется его рост во времени.
• Вибрационный анализ: С помощью виброметров и виброанализаторов измеряется уровень вибрации на подшипниковых узлах, картере, фундаменте. Спектральный анализ позволяет выявить дисбаланс, расцентровку, ослабление крепежа, износ подшипников, проблемы с зацеплением шестерен масляного насоса.
• Акустическая диагностика: Прослушивание стетоскопом или использование акустических эмиссионных датчиков для выявления стуков, скрежета, свиста, характерных для износа подшипников, клапанов, поршневых пальцев, утечек.
• Термография: Контроль температурных полей с помощью тепловизора для выявления перегревов подшипников, обмоток двигателя, мест плохого теплообмена в охладителях, утечек воздуха.
• Контроль качества сжатого воздуха: Анализ точки росы под давлением, содержания масла, твердых частиц с помощью специализированных пробоотборников и анализаторов (гигрометры, фотометры, счетчики частиц).
• Анализ масла: Лабораторный контроль физико-химических свойств (вязкость, кислотное число, водорастворимые кислоты, щелочь) и спектральный анализ на наличие металлов-примесей (Fe, Cu, Al, Cr и др.), указывающих на износ конкретных узлов.
• Неразрушающий контроль (НК): Применяется во время капитальных ремонтов или экспертного контроля:
  • Магнитопорошковый (МП) и ультразвуковой (УЗ) контроль для выявления трещин в ответственных деталях (коленвал, шатуны, крышки цилиндров).
  • Капиллярный контроль (ПВК) для выявления поверхностных дефектов.

4. Испытательное оборудование

Для реализации методов контроля используется широкий спектр оборудования:

• Контрольно-измерительные приборы (КИП):
  • Эталонные и контрольные манометры высокого класса точности (0.4, 0.6), датчики давления.
  • Контактные и бесконтактные термометры, термопары, тепловизоры.
  • Расходомеры воздуха (диафрагмы с дифманометрами, турбинные, вихревые).
  • Электроизмерительные приборы (ваттметры, амперметры, вольтметры, клещи).
• Диагностическое оборудование:
  • Индикаторы давления (механические с бумажной лентой, электронные с ПО для снятия и анализа диаграмм).
  • Виброметры и виброанализаторы с набором датчиков (акселерометров).
  • Анализаторы качества сжатого воздуха (точки росы, маслосодержания, чистоты).
  • Ультразвуковые течискатели, акустические эмиссионные системы.
• Оборудование для испытаний на герметичность:
  • Испытательные насосы (ручные, электрические) высокого давления.
  • Баки для создания противодавления.
  • Принадлежности для обмыливания.
• Лабораторное оборудование:
  • Приборы для анализа масла: вискозиметры, спектрометры, оборудование для определения кислотного числа и воды.
• Оборудование неразрушающего контроля:
  • Комплекты магнитопорошкового контроля (электромагниты, суспензии, УФ-лампы).
  • Ультразвуковые дефектоскопы с наборами преобразователей.
  • Комплекты капиллярного контроля (пенетранты, проявители).
• Вспомогательное оборудование: Калибраторы давления и температуры, комплекты щупов, нутромеры, микрометры и другой мерительный инструмент.

Заключение

Контроль поршневых компрессоров среднего и высокого давления – комплексный и обязательный процесс, обеспечивающий их надежную, безопасную и экономичную эксплуатацию. Сочетание визуально-измерительных методов, мониторинга рабочих параметров, инструментальной диагностики (индикаторные диаграммы, виброанализ, термография), анализа масла и сжатого воздуха, а также периодических испытаний на герметичность позволяет всесторонне оценить состояние агрегата. Использование соответствующего поверенного испытательного оборудования и квалифицированного персонала является залогом эффективного выявления дефектов, прогнозирования остаточного ресурса и предотвращения дорогостоящих простоев и аварий. Строгое соблюдение методик контроля и требований нормативной документации – основа длительной и безопасной работы ответственных компрессорных установок.