往復(fù)壓縮機(jī)故障診斷技術(shù)

邱梓航

（大慶油田天然氣公司油氣加工四大隊(duì)，黑龍江大慶 163000）

0 引言

API-11P 系列壓縮機(jī)多應(yīng)用于石油和天然氣上游企業(yè)，主要服務(wù)于天然氣的開(kāi)采、集輸和儲(chǔ)運(yùn)等，往復(fù)式壓縮機(jī)為一種重要的機(jī)械設(shè)備，它的性能和穩(wěn)定性直接關(guān)系到生產(chǎn)安全。由于引起往復(fù)式壓縮機(jī)故障的原因較多，本身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，零部件的數(shù)量又較多，壓縮機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生故障的可能性比較大，已經(jīng)成為生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行維修保養(yǎng)的重要機(jī)械設(shè)備。研究往復(fù)式壓縮機(jī)的故障診斷技術(shù)，對(duì)提升故障處理能力，保障企業(yè)的正常生產(chǎn)都有著極為重要的意義，同時(shí)也是很多科研人員攻關(guān)的重點(diǎn)。隨著數(shù)字化、信息化技術(shù)的不斷進(jìn)步，往復(fù)式壓縮機(jī)的診斷技術(shù)也日新月益，本文主要結(jié)合診斷技術(shù)的相關(guān)理論以及企業(yè)的維護(hù)保養(yǎng)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)該設(shè)備的診斷技術(shù)進(jìn)行深入探索。

1 往復(fù)式壓縮機(jī)故障診斷技術(shù)方法

1.1 故障特征監(jiān)測(cè)技術(shù)

對(duì)往復(fù)式壓縮機(jī)的運(yùn)行特征信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，主要是對(duì)壓縮機(jī)的噪聲、熱力特性、潤(rùn)滑油液、振動(dòng)情況和位置等進(jìn)行分析。往復(fù)式壓縮機(jī)內(nèi)部的熱力信號(hào)主要有內(nèi)部氣缸壓力、溫度、排氣壓力和排氣量等，如果排氣溫度值超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，可是由于壓縮系統(tǒng)、進(jìn)氣溫度和壓力比較高原因引起的，也有可能是排氣閥密封不嚴(yán)導(dǎo)致的漏氣，活塞桿受拉而出現(xiàn)損壞等導(dǎo)致的。而振動(dòng)信號(hào)多是指壓縮機(jī)產(chǎn)生非正常的振動(dòng)、氣閥部件產(chǎn)生損壞、連桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生磨損、活塞桿下沉等。對(duì)于位移信號(hào)，從活塞桿沉降監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行分析，從而判斷十字頭、活塞環(huán)的應(yīng)用和磨損狀況。因?yàn)槲灰凭哂型话l(fā)的性質(zhì)，比如活塞桿機(jī)構(gòu)出現(xiàn)斷裂，一般只用于事后進(jìn)行分析，生產(chǎn)企業(yè)的維護(hù)人員可以通過(guò)用手觸摸進(jìn)行感受或者觀測(cè)的手段，利用經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析。對(duì)于往復(fù)式壓縮機(jī)的響聲信號(hào)，是機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生故障時(shí)，維修保養(yǎng)人員根據(jù)響聲的情況進(jìn)行判斷和分析，比如產(chǎn)生敲擊聲，多是由于活塞和氣缸之間的距離過(guò)小，從而引起部位的相互撞擊或者零件產(chǎn)生松動(dòng)和斷裂。往復(fù)式壓縮機(jī)的油液信號(hào)，主要是對(duì)顆粒進(jìn)行分析、鐵譜和光譜分析來(lái)對(duì)磨損情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。對(duì)各種故障特征信號(hào)不斷進(jìn)行積累和總結(jié)，對(duì)于故障的判斷雖然有一定的作用，面對(duì)故障較為復(fù)雜的情況，采用經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須要把經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)為理論，采取定理的方法進(jìn)行診斷，可以提高故障診斷的準(zhǔn)確性和效率。

1.2 故障監(jiān)測(cè)智能化方法

把監(jiān)測(cè)到的往復(fù)式壓縮機(jī)特征信號(hào)和故障類(lèi)型轉(zhuǎn)換變?yōu)閷?duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系，有利于對(duì)故障情況進(jìn)行預(yù)警以及診斷。故障診斷的是否準(zhǔn)確與所采用的函數(shù)式有關(guān)。經(jīng)常采用3 個(gè)分析辦法。

（1）時(shí)頻分析法。采用時(shí)間分類(lèi)的方式把壓力故障信號(hào)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)，通過(guò)分析手段查找出故障信號(hào)的特征。而頻譜方法是把時(shí)間轉(zhuǎn)換到頻域，多應(yīng)用于比較穩(wěn)定的信號(hào)以及進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的機(jī)械設(shè)備。

（2）小波分析。該種方法是時(shí)頻分析法的改進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)頻帶和時(shí)間進(jìn)行再次的細(xì)分，多應(yīng)用于對(duì)往復(fù)式壓縮機(jī)信號(hào)進(jìn)行分析和處理。

（3）還有一些故障信號(hào)的分析辦法，在實(shí)際應(yīng)用中由于比較復(fù)雜，使用的效果并不是十分理想，還應(yīng)該不斷優(yōu)化和改進(jìn)。往復(fù)式壓縮機(jī)的故障診斷方式應(yīng)該結(jié)合信息技術(shù)、數(shù)字技術(shù)，充分把多領(lǐng)域先進(jìn)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，建立起故障診斷數(shù)據(jù)庫(kù)，精準(zhǔn)對(duì)壓縮機(jī)運(yùn)行信號(hào)進(jìn)行采集。當(dāng)前故障診斷監(jiān)測(cè)技術(shù)還不夠完善，對(duì)于壓縮機(jī)的特征信號(hào)分析還不夠準(zhǔn)確，內(nèi)部的程序算法還存在問(wèn)題，診斷的準(zhǔn)確率還需要提升。目前的故障診斷理論基礎(chǔ)還需要不斷改進(jìn)，科研人員還需要繼續(xù)探索和創(chuàng)新。

2 往復(fù)式壓縮機(jī)故障診斷實(shí)踐

2.1 排氣量不足

壓縮機(jī)的排氣量達(dá)不到性能指標(biāo)的要求，應(yīng)該用熱力信號(hào)方面的診斷技術(shù)進(jìn)行分析。導(dǎo)致該現(xiàn)象的主要原因如下。

（1）排氣管道尺寸縮小，長(zhǎng)度又比較大，空氣流動(dòng)的阻力會(huì)變大，或者因?yàn)橛臀蹎?wèn)題而產(chǎn)生堵塞，應(yīng)該及時(shí)給予解決。

（2）如果壓縮機(jī)運(yùn)行速度達(dá)不到要求，可能與所在地區(qū)的海拔高度、氣候條件有著很大的關(guān)系，環(huán)境氣壓的降低則管道的排氣量會(huì)隨之減少。

（3）壓縮機(jī)內(nèi)部的氣缸、活塞環(huán)等由于產(chǎn)生磨損或者在組裝過(guò)程中的間隙控制不合理，會(huì)對(duì)排氣量產(chǎn)生較大影響，應(yīng)該及時(shí)安排人員進(jìn)行維修，或者更換相應(yīng)零部件，再或?qū)﹂g隙進(jìn)行校正。

（4）壓縮機(jī)內(nèi)部的填料函如果沒(méi)有按著設(shè)計(jì)要求進(jìn)行安裝，會(huì)導(dǎo)致密封不嚴(yán)的問(wèn)題，密封件產(chǎn)生漏氣問(wèn)題會(huì)引起排氣量的減小，可以采用潤(rùn)滑劑進(jìn)行維護(hù)處理。

（5）壓縮機(jī)吸、排氣閥如果密封條件達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，就會(huì)出現(xiàn)漏氣的問(wèn)題，或者壓縮機(jī)內(nèi)部存有雜物，必須進(jìn)行及時(shí)的清理，同時(shí)應(yīng)該及時(shí)更換產(chǎn)生磨損或者損壞的氣閥。

（6）氣閥內(nèi)部的強(qiáng)簧如果調(diào)整的不到位，或者壓氣閥設(shè)置的存在問(wèn)題，必須對(duì)其進(jìn)行合理調(diào)節(jié)。

2.2 排氣溫度產(chǎn)生異常

壓縮機(jī)排氣溫度如果出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，應(yīng)該采用溫度信號(hào)診斷技術(shù)，引起溫度故障的原因如下。

（1）對(duì)壓縮機(jī)排氣溫度性能產(chǎn)生影響的因素有空氣壓縮指數(shù)、進(jìn)氣溫度等。中間冷卻器制冷溫度達(dá)不到要求，或者機(jī)體內(nèi)部的油污較為嚴(yán)重，會(huì)對(duì)壓縮設(shè)備的熱交換效率產(chǎn)生影響，從而引起排氣溫度的提高。

（2）壓縮機(jī)活塞口、氣閥出現(xiàn)漏氣問(wèn)題，會(huì)引起排氣溫度快速的提高，而且級(jí)間的壓力不會(huì)產(chǎn)生太大的改變，如果內(nèi)部的壓力值變大，也會(huì)使排氣的溫度顯著提升。

（3）壓縮機(jī)內(nèi)部冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生水垢，會(huì)導(dǎo)致排氣溫度變高，冷卻性能會(huì)不斷下降。所以，應(yīng)該對(duì)溫度的改變狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)的監(jiān)測(cè)，全面排查引起溫度改變的影響因素，針對(duì)具體的情況進(jìn)行分析。

2.3 異常聲響故障

壓縮機(jī)運(yùn)行聲音產(chǎn)生異常可采用聲響、熱力以及振動(dòng)方面的診斷進(jìn)行分析，引起該故障的主要原因有：壓縮機(jī)內(nèi)部的機(jī)械構(gòu)件存在缺陷形成的異常響聲，可以根據(jù)響聲的音色、頻率以及聲響的程度之間的差異情況，對(duì)其進(jìn)行初步的分析，同時(shí)采用切實(shí)有效的修理手段，準(zhǔn)確而高效的處理好存在的機(jī)械故障，比如，壓縮機(jī)內(nèi)部存在撞擊聲間，則有可能是因?yàn)榛钊c缸蓋相互間的空隙太小而引發(fā)的。而碰撞聲音和撞擊聲音有很大的不同，多是因?yàn)榛钊B桿機(jī)構(gòu)與活塞之間的連接不牢靠，或者緊固螺絲產(chǎn)生構(gòu)動(dòng)，對(duì)活塞的運(yùn)行造成的不利的影響，從而碰撞到氣缸蓋。而氣缸內(nèi)如果存在雜物的響聲，多是由于氣缸內(nèi)存有金屬顆粒、水分等雜質(zhì)而導(dǎo)致的。曲軸箱內(nèi)部的撞擊聲音多為機(jī)械構(gòu)件的間隙較大，相互間的磨損嚴(yán)重而產(chǎn)生的。閥腔內(nèi)部產(chǎn)生的敲擊聲音多是因?yàn)闅忾y閥片產(chǎn)生斷裂，達(dá)不到設(shè)計(jì)排氣量而引起的。必須要對(duì)聲音的特征進(jìn)行深入的分析判斷，應(yīng)用時(shí)常積累的豐富經(jīng)驗(yàn)，采取有效解決措施，可以快速有效解決故障。

2.4 潤(rùn)滑異常故障

往復(fù)式壓縮機(jī)出現(xiàn)潤(rùn)滑異常現(xiàn)象，可以采用溫度、熱力和振動(dòng)方面的診斷技術(shù)進(jìn)行分析和處理，如果油壓正常，壓縮機(jī)的軸瓦等部件產(chǎn)生了損壞，多是因?yàn)檩S頭油泵進(jìn)出管道安裝了旁路閥，采用此閥門(mén)可以對(duì)壓縮機(jī)組潤(rùn)滑系統(tǒng)的壓力進(jìn)行控制，潤(rùn)滑系統(tǒng)的壓力如果出現(xiàn)異常，則潤(rùn)滑油不會(huì)正常進(jìn)入到壓縮機(jī)內(nèi)部需要潤(rùn)油的部件內(nèi)部，各類(lèi)軸瓦、十字頭等由于干磨而損毀。

3 結(jié)束語(yǔ)

往復(fù)式壓縮機(jī)的故障診斷技術(shù)還存在著不足，應(yīng)該在實(shí)際應(yīng)用中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，把診斷經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)變成理論。還應(yīng)該與該領(lǐng)域內(nèi)的專(zhuān)家和學(xué)者不斷溝通和學(xué)習(xí)，交流故障診斷方面的研究成果，形成研究合力，推動(dòng)故障診斷技術(shù)的進(jìn)步。