往復壓縮機故障診斷技術現狀與發展趨勢

朱承軍

（青海鹽湖機電裝備技術有限公司，青海 格爾木 816000）

1 故障診斷技術的現狀與應用

1.1 往復壓縮機故障診斷技術

往復式壓縮機的診斷過程也和其他設備的故障診斷過程是一樣的，包括了三個步驟：首先是信號檢測，信號檢測作為往復式壓縮機診斷的第一步，是整個過程的一個基礎，也是一個極其重要的步驟，對于診斷的準確性起到了關鍵性的作用；其次第二個步驟是特征提取，最后一個步驟就是選擇以及狀態識別。目前往復式壓縮機的監測方法有很多，但是使用頻率最高的主要有工程熱參數法。該方法的參數主要是包括壓力值、溫度值以及流量值等等參數。其次就是振動監測分析方法，沖擊振動分析方法，噪聲監測分析方法，氣體泄漏監測方法，磨損位移監測方法，油液分析方法等。

目前，由于相關技術發展的局限性，使得往復式壓縮機的振動信號仍然處于一個非常復雜的狀態，而復雜的振動信號就會給故障特征提取和選擇帶來非常大的困難。時域特征提取、頻域特征提取以及時頻域特征提取是往復式壓縮機主要的提取方式，具有非常重要的使用價值，因為在設備運行的時候，檢測的信號不是非常穩定，環境當中存在的噪音對檢測的干擾非常大，降低了檢測的質量和效率，不能提供故障診斷證明，降低了設備的使用價值。

綜上所述，我們可以得出往復式壓縮機的故障是非常復雜的，所以在對其進行描述和識別的時候，不能只是局限于一些單一的特征，要對其進行多方面的考慮；但是，往復式壓縮機存在較多局限性，不能進行單獨使用，也不能進行故障方面的檢測，多種信號檢測技術被整合，將特征提取方法與狀態識別方法相結合將成為往復式壓縮機故障診斷領域的一個趨勢。

1.2 往復壓縮機故障系統

以Dynalco，GE Bently，Prognost和賀爾碧格為代表的美國公司已經開發出用于工業用途的在線往復式壓縮機監控系統。可以監測活塞桿負載，氣缸動壓等信號。在我國的很多著名的大學里，例如西安交通大學，浙江大學，北京化工大學，合肥通用機械研究所都對往復式壓縮機的失效機理有著濃厚的興趣并進行了深入的研究。此外，還開發了一些在線監測和分析系統。Prognost系統的代表，美國Dynalco 9260 CR系統（圖2014卷42，第一流體機械371），丹麥B？3540監控系統和Bentley 3300監控系統，北京化工大學研究團隊開發的BH5000R往復壓縮機充分實現了在線監測系統的可靠性和實用性。國內外石化和其他能源行業使用最廣泛和先進的壓縮機組振動互鎖停機保護系統，已從賓利的7200型擴展到目前的GE Bently 3500系統，警報和緊急聯鎖停車保護已經用于振動幅度。

（1）不可能根據故障和損壞的類型對報警和停止值進行分類，并且報警和聯鎖關閉不是目標。

（2）因為這個保護系統存在無法區分虛假信號的弊端，所以導致誤報和聯鎖停車是不可避免的。根據2010年1月近30家煉油廠的安全檢查統計，重點渦輪壓縮機振動聯鎖保護的實際投資率僅為78%；不同之處在于往復式壓縮機的振動保護聯鎖投資率僅為35%。為了使得在連續生產的情況下的生產損失得到最大限度的控制以，經常會采取的解決措施，就是在實際操作中手動將振動聯鎖保護解除，或者可以采取放大報警振幅的措施，這會帶來很大的安全隱患。

2 技術發展趨勢

近年來，隨著科技的發展，人工智能技術也得到了迅速發展，成為人們關注的重點技術，并已應用到實際項目中，使設備維護技術達到了智能化的高度。設備的智能故障診斷具有非常廣泛的應用前景。但由于往復式壓縮機結構復雜，激振源眾多，針對目前的研究現狀和上述研究數據，計算機技術應用不充分，專家系統和神經網絡技術在人工智能領域的初步應用，故障診斷技術目前僅處于整合和向第四階段過渡的第三階段。到目前為止，還沒有像旋轉機械那樣成熟的診斷系統。只有經驗性的方法或思想被用來確定和測試特征參數，然后驗證實驗結果是不夠的，沒有找到最佳的特征參數。與實際應用還有一定的距離，這與行業往復式壓縮機的重要地位不相稱。

往復式壓縮機存在的問題，降低了運行效率，比如說，排氣不足，排氣溫度異常，排氣壓力異常，噪音異常，過熱，活塞和活塞桿損壞以及軸瓦磨損等，這些都是設備存在的典型問題，需要采取有效措施及時解決，不僅僅是采用一些檢測技術就能夠解決的問題，還需要進行深入的研究分析，爭取找到最好的解決方案。只有對設備故障源和故障定位的準確診斷，各種參數的精確測量和故障信號識別才是技術難點。

如今，隨著人們生活水平的不斷提高，往復壓縮機的故障診斷將朝著網絡化，智能化，多源信息融合的方向發展。在實時在線診斷領域，應開發特殊的新型集成傳感器和用于往復壓縮機故障診斷的觀察器。運用現代信號處理方法和智能理論，找到振動信號間相互干擾最小的最佳測量點，實現故障自動診斷。越來越多的相關領域的研究專家在國家大力的支持推動下給予了智能方面更多的關注度，隨著發展腳步越來越快，自動故障診斷成為可能。

目前，在線往復式壓縮機狀態監測系統更注重機組部件的工作狀態，忽略了機器運行期間的流體機械Vol 42。No.1，2014的過程量及過程參數。未來，進氣量和排氣量、包裝溫度、冷卻水溫度和軸承溫度等過程量將被引入到監控系統中。將會投入更大的專業資源區對不同數據和故障之間的內在關系進行更深入的研究，從而實現單元多源的信息融合。這一舉措將往復壓縮機故障診斷的準確性得到大限度的提高，從而達到防止重大事故發生的目的。它通常由系統監控模塊，系統診斷模塊和系統保護模塊組成。在系統設計過程中，應根據壓縮機的實際條件和運行條件選擇代表運行條件和適合監測的參數。為了能夠提高檢測故障技術水平，必須要進行智能系統的使用，提高專業水平和積累大量的實踐經驗，才能有效的提高系統診斷的能力。應充分利用計算機及其軟件技術和專家知識和經驗使診斷系統智能化，使普通技術人員使用診斷系統所獲得的結果達到診斷專家的水平。神經網絡，專家系統，決策支持系統和數據挖掘技術可為實施人工智能診斷提供技術支持。由于往復式壓縮機故障診斷技術將在未來不斷更新和優化，因此會有更多新技術進入市場。對相關檢驗人員也提出了更高的要求，檢查人員必須對其具體技術有透徹的了解，才能有效地運用實際的故障診斷過程，并使其發揮最大的作用，使故障得到及時的檢測和處理。

3 結語

在當今社會，隨著科學技術的不斷發展，人們的生活水平越來越高，對工業企業的需求也越來越高。特別是對于工業生產過程中的一些重要設備，相關技術人員還應該繼續在未來的產業發展中探索更先進的技術來診斷設備的故障。以此來推動自身行業的可持續發展。