牛明田 任明宏 王玉文

（1．海军驻426厂军事代表室 大连 116005）（2．海军工程大学动力工程学院 武汉 430033）

1 引言

空压机是空气压缩机的简称，是一种压缩并且运送空气的机械，是将原动机的动力能转变为气体压力的工作机，有“通用机械”之称［1～4］。船用空压机作为船舶动力系统最重要的辅助机械之一，担负着为全船提供高压空气的重要职能。高压空气在船舶上主要用于柴油机的启动、气动碟阀、汽笛等，因此，船用空压机可靠性的好坏直接影响船舶的安全运行。

2 船用空压机的基本结构

由于船舶上的空间狭窄，安装的设备繁多，这就要求机械设备必须结构紧凑，因此，目前船舶上广泛使用的是活塞式空压机。活塞式空压机是利用活塞在气缸内往复运动，周期性地改变气缸的工作容积，以完成对空气的吸入、压缩和排出的一种空压机［5～7］。活塞式空压机一般由三部分组成［8］：

1）基本部分

该部分主要包括机架、机身、曲轴箱、曲轴、连杆等等，其作用是固定整个机体、传递动力以及连接各个零部件。

2）气缸部分

该部分主要包括气缸、气阀、活塞、活塞环以及安装在气缸上的排量调节等部分，其作用是构成工作容积和防止气体泄漏。

3）辅助部分

该部分主要包括冷却器、油气分离器、安全阀、油泵、水泵、各种控制器、传感器、仪表以及各种管路系统，其作用是保证空压机的正常工作。

图1是某型船用空压机的结构简图。该空压机为立式、单列、三级、级差式、水冷高压空气机。整个空压机机组由电动机通过三角皮带传动，然后曲轴带动级差活塞上下运动，使空气从一级进气阀进入一级气缸，经压缩后由一级排气阀排出，再由管路经二级进气阀进入二级气缸，再次被压缩后由二级排气阀排出，最后由管路经三级进气阀进入三级气缸，完成压缩后的高压空气由三级排气阀排出，经管路送入高压空气瓶储存起来。

图1 某型船用空压机的结构简图

3 船用空压机的故障特点

船舶长期处于海上航行或者锚泊状态，恶劣的工作环境使得船用空压机的故障表现出以下三个特点。

1）易产生金属疲劳断裂故障。

船舶上高温、高湿、高振动的机舱环境，使得船用空压机的部件比非船用空压机更容易出现金属疲劳断裂现象。

2）冷却装置故障率高。

船用空压机是使用海水冷却，海水的腐蚀作用使得海水泵腐蚀严重，故障频发。

3）启动过于频繁，自动控制系统故障频发。

由于船舶使用高压空气的量比较大，空压机频繁启停，导致自动控制系统故障率高。

4 船用空压机的故障分析

在某船舶单位的调研中，获得该单位四条船上共八台空压机近两年的故障数据，每台空压机均已累计工作2000小时以上。从调研的数据来看，严重故障记录共68次，其中进气阀故障14次，排气阀故障12次，自动控制系统故障10次，海水泵故障7次。由此可见，各级进排气阀、自动控制系统和海水泵是空压机故障率最高、可靠性最薄弱的部件。现将空压机的常见故障现象以及其可能故障原因和故障排除方法归纳如下。

1）空压机排气量降低，压力下降。

可能的故障原因及排除方法：

（1）若进气管或活门盖发热，则可能为进气阀漏气，需检查气阀气密性，研磨或者更换阀片，同时检查弹簧弹力和密封垫圈密封性；

（2）若排气温度高，则可能为排气阀漏气，需检查气阀气密性，研磨或者更换阀片，同时检查弹簧弹力和密封垫圈密封性；

（3）其他情况，则可能为活塞环不密封，需检查调整或更换活塞环。

2）自动控制系统无法启动或者无法停止。

可能的故障原因及排除方法：

（1）油压控制器、气压控制器、水压控制器失效，需检查或更换；

（2）控制电路板失效，需检查或更换。

3）冷却水压力不足报警，无法启动或者自动停机。

可能的故障原因及排除方法：海水泵故障，需更换海水泵。

4）曲轴箱内发出异常响声。

可能的故障原因及排除方法：

（1）连杆螺钉螺帽松动，需及时拧紧；

（2）轴瓦间隙过大，需调整轴瓦间隙以及检查拧紧大端轴承连接螺钉或者直接更换轴瓦。

5）气缸内发出异常响声。

可能的故障原因及排除方法：

（1）气缸余隙过小，需检查调整；

（2）气阀损坏，需检查或更换发出响声的气阀；

（3）活塞内球形轴承间隙过大，需调整间隙或拧紧连接螺钉。

6）气缸内突然发出强烈冲击声。

可能的故障原因及排除方法：

（1）零件损坏，需检查并清除零件碎片，必要时更换缸套；

（2）杂物或水进入气缸，需检查并清除杂物并及时打开泄放阀排除油水。

7）轴承过热。

可能的故障原因及排除方法：

（1）轴承与轴颈间的径向间隙过小，需调整至正常间隙；

（2）油量不足，需检查油面及时添加滑油；

（3）油温过高，需检查冷却水供应系统。

5 结语

在论述船用空压机基本功能、基本结构以及所处工作环境的基础上，总结了船用空压机的故障特点。根据某单位的船用空压机的故障记录，归纳出船用空压机常见故障现象以及相应的故障原因和故障排除方法，为快速查明故障部位、及时排除故障打下了坚实的基础。

［1］于艳飞．空压机性能检测试验台的设计与实现［D］．成都：西南交通大学，2012．

［2］于乃辉．五轴联动加工中心可靠性试验与评估方法研究［D］．长沙：国防科学技术大学，2011．

［3］刘春和，陆祖建．武器装备可靠性评定方法［M］．北京：中国宇航出版社，2009：96-105，292-301．

［4］梁晓锋．以顶层参数为目标的舰船可靠性关键性技术研究［D］．上海：上海交通大学，2011．

［5］陈炳锟．数控机床可靠性试验设计及评估方法研究［D］．长春：吉林大学，2011．

［6］Jiang R，Murthy D．A study of Weibull shape parameter：Properties and significance［J］．Reliability Engineering and System Safety，2011，96（12）：1619-1626．

［7］Emad E，Abdallah W．A new approach for parameter estimation of finite Weibull mixture distributions for reliability［J］．Applied Mathematical Modelling，2013，37（4）：1800-1810．

［8］朱振华．修理工不同情形下几类可修系统的可靠性分析［D］．秦皇岛：燕山大学，2011．