狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)在壓縮機(jī)故障判斷的應(yīng)用研究

摘 要：中國(guó)特色社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的高度發(fā)展，離不開發(fā)達(dá)的工業(yè)體系的支持，近幾年我國(guó)的工業(yè)建設(shè)取得了新的突破，各種各樣的高新科技取代傳統(tǒng)的勞動(dòng)力資源，成為新的工業(yè)發(fā)展驅(qū)動(dòng)力。而壓縮機(jī)則是比較具有代表性的一種工業(yè)設(shè)備，其在化工生產(chǎn)等方面發(fā)揮了不容忽視的積極作用。因此，越來(lái)越多的業(yè)內(nèi)人士開始就壓縮機(jī)的故障判斷技術(shù)進(jìn)行研究，并就狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的起源發(fā)展、壓縮機(jī)等常見故障加以分析。

關(guān)鍵詞：狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù);壓縮機(jī)故障判斷;氣閥泄漏

0 引言

壓縮機(jī)是一種將低壓氣體轉(zhuǎn)變成高壓氣體的、從動(dòng)的流體設(shè)備，它能夠?qū)崿F(xiàn)高效的氣體轉(zhuǎn)換和制冷功能等，在我國(guó)工業(yè)化生產(chǎn)中扮演著不容忽視的重要角色，但是在實(shí)際的使用中，由于使用頻率較高、使用方法不當(dāng)?shù)榷喾N原因，壓縮機(jī)不可避免地會(huì)出現(xiàn)某些零部件故障，導(dǎo)致其無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而影響到工業(yè)生產(chǎn)的順利進(jìn)行。為了對(duì)壓縮機(jī)故障進(jìn)行有效判斷，可引入狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保其問(wèn)題能第一時(shí)間得到解決。

1 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的起源與發(fā)展

設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)本身具有一定的先進(jìn)性，在各種工業(yè)設(shè)備、尤其是壓縮機(jī)設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)測(cè)中能夠發(fā)揮積極作用。目前來(lái)看，我國(guó)大部分工廠的設(shè)備維護(hù)仍停留在傳統(tǒng)階段，由人工進(jìn)行檢查和例行維護(hù)，但是這種方法本身缺乏針對(duì)性，壓縮機(jī)設(shè)備的故障類型、故障所在位置、故障是否能夠處理等，都是一片空白，需要工作人員憑借經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷，這顯然不符合工業(yè)現(xiàn)代化要求。同時(shí)，在這種維護(hù)模式下，無(wú)故障部位也需要被多次拆卸，因此很容易造成不必要的機(jī)械性磨損，最終性能很可能比檢修前更差。另外，這種不必要的維修，還會(huì)造成人力物力等方面的浪費(fèi)，也不利于企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，在這種情況下對(duì)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用勢(shì)在必行。另外，設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展歷程也值得我們進(jìn)行研究：首先是人工離線檢測(cè)階段，在這個(gè)階段中，工作人員需要借助監(jiān)測(cè)儀表等對(duì)壓縮機(jī)設(shè)備進(jìn)行人工檢測(cè)，并且結(jié)合自己的工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)故障情況進(jìn)行判斷，這種監(jiān)測(cè)方法顯然難以處理復(fù)雜設(shè)備。而后進(jìn)入了單機(jī)集中式在線監(jiān)測(cè)階段，在這一階段中，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由一臺(tái)計(jì)算機(jī)運(yùn)行，負(fù)責(zé)信號(hào)采集處理、特征提取識(shí)別等，這種監(jiān)測(cè)技術(shù)一般用在比較重要的設(shè)備上。存在使用成本高、監(jiān)測(cè)能力有限、監(jiān)測(cè)周期長(zhǎng)等不足之處。此后監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)入了分布式在線監(jiān)測(cè)階段，這種監(jiān)測(cè)手段由多臺(tái)計(jì)算機(jī)運(yùn)行，初步形成了診斷網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)整體性能得到了提升，但是仍然存在技術(shù)難度大、投資多的問(wèn)題。最后就是現(xiàn)階段普遍應(yīng)用的遠(yuǎn)程分布式在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，它以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，能夠?qū)崿F(xiàn)異地遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)診斷，系統(tǒng)運(yùn)行效率得到了提升，在未來(lái)?yè)碛泄饷鞯陌l(fā)展前景。

2 常見的故障與判斷方法

2.1 氣閥泄漏故障

氣閥出現(xiàn)泄漏的原因比較多，在壓縮機(jī)設(shè)備（尤其是往復(fù)式壓縮機(jī)）中，氣閥泄漏一般不是由機(jī)械運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的，因而其泄漏的外在表現(xiàn)一般為高頻振動(dòng)，在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，氣閥測(cè)量參數(shù)應(yīng)選取36～40kHz這個(gè)范圍以及5.6～40kHz這個(gè)范圍。高頻信號(hào)具有頻率高、波長(zhǎng)比較短的特點(diǎn)，因此它在傳播中能夠集中朝向、對(duì)外界干擾不敏感，在氣閥發(fā)生泄漏的情況下，高頻振動(dòng)信號(hào)即可感知到撞擊信號(hào)的變化。氣閥在開啟的情況下不會(huì)被判定為泄漏，是因?yàn)闅怏w可大量自由地通過(guò)氣閥，而泄漏一般發(fā)生在關(guān)閉和重啟這個(gè)過(guò)程中，最明顯、最嚴(yán)重的泄漏則在其承受最大壓力差的時(shí)候發(fā)生。氣閥排氣的時(shí)候，吸氣閥容易發(fā)生泄漏;而氣閥進(jìn)氣的時(shí)候，排氣閥最容易發(fā)生泄漏，根據(jù)這個(gè)規(guī)律就不難判斷氣閥的泄漏故障。

2.2 活塞環(huán)泄漏

活塞環(huán)一旦發(fā)生泄漏，其振動(dòng)及超聲波圖像比較明顯，和氣閥泄漏的圖像有著極其明顯的差異。其在波形圖上基線會(huì)呈現(xiàn)間歇性的變寬趨勢(shì)，在活塞環(huán)兩側(cè)壓力持平的情況下，一般不會(huì)發(fā)生泄漏，而兩側(cè)壓力差較大的時(shí)候，比較容易出現(xiàn)泄漏問(wèn)題。

2.3 連桿軸瓦磨損故障

在雙作用壓縮機(jī)當(dāng)中，由于活塞兩側(cè)的壓力存在一定的差異，因此活塞桿會(huì)受力，活塞、十字頭、連桿等在這個(gè)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生往復(fù)式慣性，在之后壓縮機(jī)的做功過(guò)程中，活塞桿將會(huì)交替受到氣壓、摩擦力等產(chǎn)生的拉力和壓縮力，進(jìn)而完成整個(gè)壓縮過(guò)程。在壓縮機(jī)和介質(zhì)的參數(shù)都得到完整收集時(shí)，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將自動(dòng)計(jì)算出活塞桿受力曲線、受力反向角數(shù)據(jù)。根據(jù)零線位置來(lái)看，活塞桿的受力曲線呈現(xiàn)零線以下為拉力、零線以上為壓縮力的特點(diǎn)，在十字頭和襯套、曲軸銷與連桿大頭瓦之間的縫隙太大的情況下，活塞桿受到反向力時(shí)就必然會(huì)產(chǎn)生沖擊，縫隙越大其沖擊的幅度越大。因此，在對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，觀察十字頭低頻高頻振動(dòng)曲線、并將之與活塞桿的受力曲線進(jìn)行對(duì)比，就能夠判斷出連桿的大小頭是否保持在固定位置，進(jìn)而確定連桿軸瓦是否出現(xiàn)了磨損。

3 狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)在壓縮機(jī)故障判斷的應(yīng)用

3.1 壓縮機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)原理

往復(fù)式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，其中包含許多零部件，假如僅僅借助頻譜分析技術(shù)，那么頻譜圖像將會(huì)十分多變，出現(xiàn)許多連續(xù)的寬帶譜線，出現(xiàn)故障的頻譜圖像將會(huì)被背景噪聲所掩蓋，很難順利地找到并判斷故障情況，再加上頻譜分析技術(shù)并不能有效判斷氣體泄漏，因此在壓縮機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)中，這種分析技術(shù)并不適用。和旋轉(zhuǎn)設(shè)備故障有所差異，往復(fù)壓縮機(jī)的測(cè)試手段更加豐富，往往通過(guò)對(duì)信號(hào)波形是否在正常位置出現(xiàn)進(jìn)行判斷來(lái)確定故障情況?？筛鶕?jù)壓縮力吸氣、壓縮、排氣流程是否和氣閥開合狀態(tài)保持一致，得出故障情況及存在位置。

3.2 鍵相信號(hào)選取

選取鍵相信號(hào)是往復(fù)式壓縮機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)工作的基礎(chǔ)，不同氣缸的相對(duì)位置不會(huì)發(fā)生改變，因此可選取與驅(qū)動(dòng)力最近的氣缸作為基礎(chǔ)缸，以此為參考找到基礎(chǔ)缸的上止點(diǎn)位置，而后在飛輪上打出直徑8mm、深度6mm的孔洞，并將電渦流傳感器安裝到這個(gè)孔洞上，在飛輪旋轉(zhuǎn)到電渦流傳感器位置的時(shí)候，傳感器內(nèi)部會(huì)形成交變電流，在數(shù)據(jù)采集設(shè)備的作用下傳送到系統(tǒng)，進(jìn)而開始周期性的采集數(shù)據(jù)。

3.3 檢測(cè)點(diǎn)布置

首先，壓力傳感器的布置比較簡(jiǎn)單，一般來(lái)說(shuō)在氣缸兩側(cè)對(duì)應(yīng)的縫隙處，會(huì)設(shè)有通氣孔，大型進(jìn)口壓縮機(jī)和我國(guó)自主生產(chǎn)的壓縮機(jī)都是如此。在設(shè)備出廠的時(shí)候此孔洞是堵住的，在測(cè)定壓力的時(shí)候可將堵絲更換成壓力測(cè)定閥，并將壓力傳感器與這個(gè)閥門連接起來(lái)。在對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行歸零以后，以獲取到的鍵相信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)，連續(xù)多次采集周期性做功圧力曲線，測(cè)試結(jié)束以后可關(guān)閉測(cè)壓閥、拆卸傳感器，接著對(duì)下一個(gè)氣缸進(jìn)行測(cè)定。另外，振動(dòng)和超聲波傳感器的布置也比較重要，同樣是將傳感器設(shè)置在氣閥的閥罩上，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行測(cè)量和采集，最終即可獲得傳感信號(hào)。最后，目前溫度傳感器也逐漸得到了應(yīng)用，其安裝及測(cè)量方式與振動(dòng)傳感器類似，因此不再贅述。

4 結(jié)語(yǔ)

壓縮機(jī)是工業(yè)生產(chǎn)中十分常見的輔助類從動(dòng)設(shè)備，它具有極其可觀的使用價(jià)值，因此廣受業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注和重視。從實(shí)際的應(yīng)用情況及維護(hù)情況來(lái)看，目前我國(guó)的壓縮機(jī)故障判斷方法還不夠先進(jìn)，因而可以引進(jìn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)，通過(guò)壓力傳感器、溫度傳感器、超聲波傳感器等設(shè)備，通過(guò)獲取鍵相信號(hào)，判斷壓縮機(jī)的氣閥、活塞等是否存在故障狀況，并及時(shí)定位其故障位置做出應(yīng)對(duì)，從而確保壓縮機(jī)能夠繼續(xù)順利的運(yùn)行。

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作者簡(jiǎn)介：

馬貞海（1982- ），男，漢族，四川省成都市青白江區(qū)人，工程師，主要從事化工機(jī)械檢維修類技術(shù)管理工作。