往復(fù)壓縮機(jī)故障診斷方法研究

王晉

（遼陽石化公司烯烴廠，遼寧 遼陽 111003）

在石油煉制、化肥工業(yè)等生產(chǎn)中，往復(fù)壓縮機(jī)是其中的重點(diǎn)裝備，該設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定與否會(huì)直接影響到該行業(yè)的生產(chǎn)效率。往復(fù)壓縮機(jī)的運(yùn)行是否安全穩(wěn)定，與其故障診斷以及預(yù)測技術(shù)有著密切的關(guān)系，由于該設(shè)備的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，易損零部件比較多，這使得該設(shè)備的故障發(fā)生概率也比較大，一旦發(fā)生故障，就會(huì)帶來較大的經(jīng)濟(jì)損失?；诖耍瑖@往復(fù)壓縮機(jī)故障診斷方法進(jìn)行研究具有重要。

1 常見的故障識(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，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，但是總的來說，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)測系統(tǒng)進(jìn)行開發(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在時(shí)間軸上來對(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。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。

1.2.3 PCA 信號(hào)處理方法

所謂PCA 分析法，指的是通過建立數(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)特征值的變化量來判斷故障。

1.3 常見的監(jiān)測診斷方法

往復(fù)壓縮機(jī)的特征參數(shù)信號(hào)主要包括振動(dòng)信號(hào)、熱力信號(hào)、噪聲信號(hào)等。在這之中熱力信號(hào)又包括排氣壓力、排氣量等等。對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測分析，可以幫助判斷故障的主要類型。當(dāng)前，較為常見的故障診斷監(jiān)測方法有以下幾種。

1.3.1 熱力性能監(jiān)測法

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，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)，這樣就無需改變殼體結(jié)構(gòu)，操作起來也非常的方便。

往復(fù)壓縮機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中包括吸氣、壓縮、排氣、膨脹等。在這四個(gè)過程中，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)壓力變化曲線來反映。例如，如果吸氣閥出現(xiàn)泄漏的情況，那么其吸氣的過程壓力就會(huì)有所延長，其排氣過程就會(huì)有所縮短，而且膨脹過程曲線也會(huì)發(fā)生變化。因?yàn)閴毫y點(diǎn)在缸內(nèi)，所以在缸蓋或者其他的位置處要預(yù)留安裝孔，在運(yùn)用壓力監(jiān)測之時(shí)，需要注意這一點(diǎn)。

1.3.2 噪聲監(jiān)測法

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)，還有其他噪聲源的信號(hào)。故此，在往復(fù)壓縮機(jī)的故障診斷中，噪聲監(jiān)測也可作為一種輔助手段。通過對(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)測法

所謂油液監(jiān)測，指的是將重點(diǎn)放到壓縮機(jī)潤滑油，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，檢測其大小、形狀等，這種監(jiān)測方法較為理想。例如，用鐵譜分析、光譜分析等方法來對(duì)壓縮機(jī)的磨損情況進(jìn)行監(jiān)測。

1.3.4 振動(dòng)測試

在往復(fù)式壓縮機(jī)的故障診斷中，振動(dòng)測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，都可以通過振動(dòng)信號(hào)反映出來。通過對(duì)振動(dòng)信號(hào)的合理分析，可以幫助檢測人員獲得壓縮機(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，在檢測過程中，只能夠?qū)⑵渑c其他方法相配合運(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。故此，如果對(duì)壓縮機(jī)的滾動(dòng)軸承來進(jìn)行故障檢測，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 檢測工況參數(shù)

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

2 發(fā)展趨勢

現(xiàn)如今，以下幾種故障的診斷技術(shù)已經(jīng)取得了較大的發(fā)展，技術(shù)變得越來越成熟，如活塞環(huán)磨損、氣閥故障、活塞桿沉降等。但是，在往復(fù)壓縮機(jī)的內(nèi)部，有一些零部件的故障診斷較為困難，例如曲軸連桿的斷裂故障就很難識(shí)別，另外活塞桿的斷裂故障也難以診斷。有相關(guān)文獻(xiàn)提出，可以用監(jiān)測曲軸逆向荷載的這種方法，來實(shí)現(xiàn)對(duì)活塞桿運(yùn)行狀態(tài)的判斷，但是這種方法的可靠性不足。故此，當(dāng)前對(duì)往復(fù)壓縮機(jī)的故障診斷研究還不夠全面?，F(xiàn)如今，有的科研單位與石化企業(yè)的聯(lián)系還不是非常的密切，許多研究方法都處在實(shí)驗(yàn)室的模擬階段，石化企業(yè)的故障案例數(shù)據(jù)沒有得到有效的利用，未能形成系統(tǒng)的知識(shí)數(shù)據(jù)庫。故此，需要加強(qiáng)科研單位與石化企業(yè)的交流合作，這樣就有助于故障案例知識(shí)庫的建立，也有助于典型故障診斷規(guī)范的形成。

3 結(jié)語

綜上所述，往復(fù)壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，零部件較多，所以發(fā)生故障的概率也較大，而一旦發(fā)生故障會(huì)對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)造成較大的影響。因此，就需要采取相應(yīng)的診斷方法。來對(duì)往復(fù)壓縮機(jī)的故障進(jìn)行診斷。但是對(duì)各種特征信號(hào)的分析處理的方法有著一定的局限性，所以可以結(jié)合大量的故障案例數(shù)據(jù)庫，然后再將多種分析方法有機(jī)的結(jié)合起來，開發(fā)智能診斷系統(tǒng)，這樣就可以提高故障診斷的準(zhǔn)確率。