本发明提供了基于频谱分析和能量算子包络的往复压缩机气阀故障诊断方法，包括：获取往复式压缩机及其组成的系统运行时的气阀原始振动信号，并进行快速傅里叶变换获得气阀振动频谱信号；基于气阀振动频谱信号，分别计算不同频段的振动能量，并获取低频段和高频段的能量比值；根据气阀振动频谱信号不同频段的能量比值判断气阀是否存在故障；进一步根据能量算子包络的气阀振动信号特征对故障类别进行分类。本发明提供的方法能够很好地实现往复式压缩机气阀的故障判别和分类，具有较强的通用性和普适性。