往復(fù)壓縮機(jī)故障診斷方法研究獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

往復(fù)壓縮機(jī)故障診斷方法研究獲獎(jiǎng)科研報(bào)告摘要：往復(fù)壓縮機(jī)是壓縮機(jī)的一種類型，其具有高頻運(yùn)行的特點(diǎn)，通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，往復(fù)壓縮機(jī)出現(xiàn)故障一般是由于高耗損引起的，如果不及時(shí)采取措施進(jìn)行處理，故障的影響會(huì)增加，而且會(huì)降低企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。為了保證往復(fù)壓縮機(jī)正常的運(yùn)行，需要結(jié)合故障原因，總結(jié)出有效的故障診斷及處理方法，從而及時(shí)的消除故障。

關(guān)鍵詞：往復(fù)壓縮機(jī)；故障；診斷；方法；問(wèn)題

引言

往復(fù)壓縮機(jī)是天然氣輸運(yùn)、石油煉制、乙烯化工、煤化工、化肥工業(yè)等工業(yè)生產(chǎn)重點(diǎn)裝備，其運(yùn)行安全保障與往復(fù)壓縮機(jī)故障診斷與預(yù)測(cè)技術(shù)息息相關(guān)。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易損零部件多，出現(xiàn)故障的概率大，且不易發(fā)現(xiàn)，常常給生產(chǎn)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至?xí)斐扇藛T傷亡。因此，為保障我國(guó)往復(fù)壓縮機(jī)安全、可靠、高效、長(zhǎng)期運(yùn)行，開(kāi)展往復(fù)式壓縮機(jī)故障診斷方法及技術(shù)研究有著重大意義。

1、常見(jiàn)的故障識(shí)別方法

1.1典型故障試驗(yàn)研究方法

往復(fù)壓縮機(jī)的故障類型較為復(fù)雜，而且故障的發(fā)生不可預(yù)測(cè)，在任何一臺(tái)往復(fù)壓縮機(jī)的使用周期內(nèi)，都有較大的可能會(huì)發(fā)生故障，所以，選擇一臺(tái)壓縮機(jī)來(lái)進(jìn)行故障模擬試驗(yàn)，可以在一定程度上降低人力、物力以及財(cái)力。

在對(duì)往復(fù)壓縮機(jī)進(jìn)行故障診斷時(shí)，所包含的試驗(yàn)方法有許多種，但是總的來(lái)說(shuō)，可以將其分為以下幾個(gè)步驟。（1）建立試驗(yàn)臺(tái)，模擬往復(fù)壓縮機(jī)的事故發(fā)生。（2）通過(guò)對(duì)以下幾種信號(hào)的處理：第一，振動(dòng)信號(hào)；第二，位移信號(hào)；第三，熱力信號(hào)等。特別是需要對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行處理，對(duì)其與故障本身有關(guān)的振動(dòng)特性進(jìn)行提取。（3）編寫(xiě)相關(guān)算法，對(duì)自動(dòng)診斷以及預(yù)警技術(shù)進(jìn)行深入的研究。（4）對(duì)智能化故障診斷在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

1.2信號(hào)分析處理方法

在往復(fù)壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，其部件之間的相互耦合使得故障呈現(xiàn)以下幾種特性：一種是非線性特性，另一種則是調(diào)頻特性。這就導(dǎo)致對(duì)故障特征信號(hào)的分析以及處理變得異常困難。經(jīng)過(guò)不斷的研究，得出了以下幾種信號(hào)處理分析方法。

1.2.1時(shí)頻分析法

時(shí)頻分析法指的是通過(guò)在時(shí)間軸上來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，它屬于一種傳統(tǒng)的故障信號(hào)分析法，能夠?qū)⑿盘?hào)的特征直觀的表現(xiàn)出來(lái)。頻譜分析指的是將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)轭l域信號(hào)，經(jīng)過(guò)傅里葉變換分解，分解為單一的諧波信號(hào)，這對(duì)穩(wěn)態(tài)信號(hào)的處理有著較好的效果。故此，在旋轉(zhuǎn)機(jī)械領(lǐng)域，這種信號(hào)處理分析的方法應(yīng)用較為廣泛。

1.2.2小波以及小波包分析

所謂小波分析，實(shí)際上就是時(shí)頻分析的延伸以及發(fā)展，即便是在不同的頻帶，不同的時(shí)刻，都可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的分離，這種分析法能夠有效的克服傅里葉變換的局限性。小波包分析指的是將頻帶劃分多層，并對(duì)沒(méi)有細(xì)分的高頻部分進(jìn)行分解，這樣就能夠使故障特征的提取變得更加細(xì)化。在對(duì)非穩(wěn)態(tài)信號(hào)的處理上，與傳統(tǒng)的時(shí)頻分析方法相比，小波包分析法更加的先進(jìn)，在往復(fù)壓縮機(jī)特征信號(hào)的處理上得到認(rèn)可。

1.2.3PCA信號(hào)處理方法

所謂PCA分析法，指的是通過(guò)建立數(shù)理模型，對(duì)特征信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行分解，以便得到其特征向量，再將其進(jìn)行排列，以尋求主特征向量。在對(duì)往復(fù)壓縮機(jī)氣閥進(jìn)行故障診斷時(shí)，主特征向量就是一個(gè)較為重要的參數(shù)，可以將其作為氣閥故障溫度變化的特征參數(shù)，然后根據(jù)這個(gè)特征值的變化量來(lái)判斷故障。

1.3常見(jiàn)的監(jiān)測(cè)診斷方法

1.3.1熱力性能監(jiān)測(cè)法

在往復(fù)壓縮機(jī)中，溫度是一個(gè)非常敏感的特征參數(shù)，對(duì)溫度的變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以幫助維修人員了解壓縮機(jī)內(nèi)部零件的工作狀態(tài)。例如如果排氣閥出現(xiàn)漏氣的現(xiàn)象，那么在吸氣的過(guò)程之中，就會(huì)出現(xiàn)倒吸的現(xiàn)象，這樣就會(huì)使氣閥的溫度不斷升高。在運(yùn)用溫度監(jiān)測(cè)這一方法之時(shí)，傳感器可以放在機(jī)體的外側(cè)，這樣就無(wú)需改變殼體結(jié)構(gòu)，操作起來(lái)也非常的方便。

往復(fù)壓縮機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中包括吸氣、壓縮、排氣、膨脹等。在這四個(gè)過(guò)程中，壓力呈周期性的變化，壓縮機(jī)是否處在一個(gè)正常的運(yùn)行狀態(tài)之中，可以由缸內(nèi)壓力變化曲線來(lái)反映。例如，如果吸氣閥出現(xiàn)泄漏的情況，那么其吸氣的過(guò)程壓力就會(huì)有所延長(zhǎng)，其排氣過(guò)程就會(huì)有所縮短，而且膨脹過(guò)程曲線也會(huì)發(fā)生變化。因?yàn)閴毫y(cè)點(diǎn)在缸內(nèi)，所以在缸蓋或者其它的位置處要預(yù)留安裝孔，在運(yùn)用壓力監(jiān)測(cè)之時(shí)，需要注意這一點(diǎn)。

1.3.2噪聲監(jiān)測(cè)法

在噪聲信號(hào)中，有機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的信號(hào)，這些信號(hào)不僅有周圍環(huán)境的信號(hào)，還有其它噪聲源的信號(hào)。故此，在往復(fù)壓縮機(jī)的故障診斷中，噪聲監(jiān)測(cè)也可作為一種輔助手段。通過(guò)對(duì)噪聲傳感器的運(yùn)用，對(duì)往復(fù)壓縮機(jī)中的典型故障噪聲信號(hào)進(jìn)行分離提取是今后故障診斷的研究熱點(diǎn)。

往復(fù)壓縮機(jī)的故障種類比較多，一個(gè)故障就會(huì)導(dǎo)致多個(gè)特征參數(shù)發(fā)生變化。故此，在對(duì)往復(fù)壓縮機(jī)進(jìn)行故障診斷之時(shí)，需要對(duì)多參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行考慮，這樣就能夠?qū)收项愋瓦M(jìn)行精確的識(shí)別。除此之外，在往復(fù)壓縮機(jī)故障診斷系統(tǒng)中，人工智能系統(tǒng)也被應(yīng)用與其中，這樣就使得故障診斷技術(shù)取得了較大的發(fā)展，使其達(dá)到了智能化的高度。

1.3.3油液監(jiān)測(cè)法

所謂油液監(jiān)測(cè)，指的是將重點(diǎn)放到壓縮機(jī)潤(rùn)滑油，對(duì)其進(jìn)行油液分析，對(duì)樣品內(nèi)磨損顆粒進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)其大小、形狀等，這種監(jiān)測(cè)方法較為理想。例如，用鐵譜分析、光譜分析等方法來(lái)對(duì)壓縮機(jī)的磨損情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

1.3.4振動(dòng)測(cè)試

在往復(fù)式壓縮機(jī)的故障診斷中，振動(dòng)測(cè)試分析法是其中最為基本的一種手段，也是其中最有效的一種手段。壓縮機(jī)的連接件的是否松動(dòng)，其配合精度是否發(fā)生了變化，都可以通過(guò)振動(dòng)信號(hào)反映出來(lái)。通過(guò)對(duì)振動(dòng)信號(hào)的合理分析，可以幫助檢測(cè)人員獲得壓縮機(jī)狀態(tài)的豐富信息。

1.3.5鐵譜分析

在對(duì)壓縮機(jī)曲軸箱內(nèi)運(yùn)動(dòng)副的磨損情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，運(yùn)用鐵譜分析是一個(gè)不錯(cuò)的輔助方法。但是如果有許多個(gè)同種材質(zhì)的運(yùn)動(dòng)副都存在著磨損故障時(shí)，該方法就存在著一定的局限性，會(huì)難以對(duì)故障的部位進(jìn)行區(qū)分。故此，在檢測(cè)過(guò)程中，只能夠?qū)⑵渑c其它方法相配合運(yùn)用。

1.3.6沖擊脈沖法

在往復(fù)式壓縮機(jī)內(nèi)，通常具有多個(gè)沖擊振源，這些沖擊信號(hào)較為強(qiáng)烈，隨意會(huì)將一些相對(duì)弱小的脈沖信號(hào)進(jìn)行淹沒(méi)。故此，如果對(duì)壓縮機(jī)的滾動(dòng)軸承來(lái)進(jìn)行故障檢測(cè)，那么沖擊脈沖法則不能發(fā)揮功效，但是可以將其作為相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)本機(jī)的前后對(duì)比，一般可以將其用于同型號(hào)機(jī)組之間作類比判別。

1.3.7檢測(cè)工況參數(shù)

通過(guò)對(duì)壓縮機(jī)的以下幾方面參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如排氣壓力、潤(rùn)滑油量等，為查找壓縮機(jī)的有關(guān)部門(mén)的故障提供有用的信息。

2、發(fā)展趨勢(shì)

目前，活塞環(huán)磨損、填料函磨損、活塞桿沉降以及氣閥故障等診斷技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，但在往復(fù)壓縮機(jī)內(nèi)部，有些部件的故障診斷與識(shí)別有很大的困難，如活塞桿斷裂、曲軸連桿斷裂等，目前均沒(méi)有有效可行的方法。有文獻(xiàn)提出用監(jiān)測(cè)曲軸逆向載荷的方法判斷活塞桿的運(yùn)行狀態(tài)，但可靠性尚有不足。因此，現(xiàn)階段對(duì)往復(fù)壓縮機(jī)故障診斷研究的覆蓋面不全。

現(xiàn)階段，我國(guó)科研單位與大型石化企業(yè)聯(lián)系不夠密切，各種研究方法大多局限于實(shí)驗(yàn)室的模擬階段，石化企業(yè)的故障案例數(shù)據(jù)也沒(méi)有形成系統(tǒng)的知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。因此，加強(qiáng)科研單位與企業(yè)的合作，對(duì)建立往復(fù)壓縮機(jī)故障案例知識(shí)庫(kù)有