往復壓縮機故障診斷方法研究

韓麗 李鎧名

摘要：往復壓縮機是壓縮機的一種類型，其具有高頻運行的特點，通過調查發現，往復壓縮機出現故障一般是由于高耗損引起的，如果不及時采取措施進行處理，故障的影響會增加，而且會降低企業的經濟效益。為了保證往復壓縮機正常的運行，需要結合故障原因，總結出有效的故障診斷及處理方法，從而及時的消除故障。

關鍵詞：往復壓縮機；故障；診斷；方法；問題

引言

往復壓縮機是天然氣輸運、石油煉制、乙烯化工、煤化工、化肥工業等工業生產重點裝備，其運行安全保障與往復壓縮機故障診斷與預測技術息息相關。但其結構復雜，易損零部件多，出現故障的概率大，且不易發現，常常給生產帶來巨大的經濟損失，甚至會造成人員傷亡。因此，為保障我國往復壓縮機安全、可靠、高效、長期運行，開展往復式壓縮機故障診斷方法及技術研究有著重大意義。

1、常見的故障識別方法

1.1典型故障試驗研究方法

往復壓縮機的故障類型較為復雜，而且故障的發生不可預測，在任何一臺往復壓縮機的使用周期內，都有較大的可能會發生故障，所以，選擇一臺壓縮機來進行故障模擬試驗，可以在一定程度上降低人力、物力以及財力。

在對往復壓縮機進行故障診斷時，所包含的試驗方法有許多種，但是總的來說，可以將其分為以下幾個步驟。（1）建立試驗臺，模擬往復壓縮機的事故發生。（2）通過對以下幾種信號的處理：第一，振動信號；第二，位移信號；第三，熱力信號等。特別是需要對振動信號進行處理，對其與故障本身有關的振動特性進行提取。（3）編寫相關算法，對自動診斷以及預警技術進行深入的研究。（4）對智能化故障診斷在線監測系統進行開發。

1.2信號分析處理方法

在往復壓縮機運轉的過程中，其部件之間的相互耦合使得故障呈現以下幾種特性：一種是非線性特性，另一種則是調頻特性。這就導致對故障特征信號的分析以及處理變得異常困難。經過不斷的研究，得出了以下幾種信號處理分析方法。

1.2.1時頻分析法

時頻分析法指的是通過在時間軸上來對信號進行統計分析，它屬于一種傳統的故障信號分析法，能夠將信號的特征直觀的表現出來。頻譜分析指的是將時域信號轉變為頻域信號，經過傅里葉變換分解，分解為單一的諧波信號，這對穩態信號的處理有著較好的效果。故此，在旋轉機械領域，這種信號處理分析的方法應用較為廣泛。

1.2.2小波以及小波包分析

所謂小波分析，實際上就是時頻分析的延伸以及發展，即便是在不同的頻帶，不同的時刻，都可以實現信號的分離，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，并對沒有細分的高頻部分進行分解，這樣就能夠使故障特征的提取變得更加細化。在對非穩態信號的處理上，與傳統的時頻分析方法相比，小波包分析法更加的先進，在往復壓縮機特征信號的處理上得到認可。

1.2.3PCA信號處理方法

所謂PCA分析法，指的是通過建立數理模型，對特征信號數據進行分解，以便得到其特征向量，再將其進行排列，以尋求主特征向量。在對往復壓縮機氣閥進行故障診斷時，主特征向量就是一個較為重要的參數，可以將其作為氣閥故障溫度變化的特征參數，然后根據這個特征值的變化量來判斷故障。

1.3常見的監測診斷方法

1.3.1熱力性能監測法

在往復壓縮機中，溫度是一個非常敏感的特征參數，對溫度的變化進行監測，可以幫助維修人員了解壓縮機內部零件的工作狀態。例如如果排氣閥出現漏氣的現象，那么在吸氣的過程之中，就會出現倒吸的現象，這樣就會使氣閥的溫度不斷升高。在運用溫度監測這一方法之時，傳感器可以放在機體的外側，這樣就無需改變殼體結構，操作起來也非常的方便。

往復壓縮機在運轉過程中包括吸氣、壓縮、排氣、膨脹等。在這四個過程中，壓力呈周期性的變化，壓縮機是否處在一個正常的運行狀態之中，可以由缸內壓力變化曲線來反映。例如，如果吸氣閥出現泄漏的情況，那么其吸氣的過程壓力就會有所延長，其排氣過程就會有所縮短，而且膨脹過程曲線也會發生變化。因為壓力測點在缸內，所以在缸蓋或者其它的位置處要預留安裝孔，在運用壓力監測之時，需要注意這一點。

1.3.2噪聲監測法

在噪聲信號中，有機械設備運行的信號，這些信號不僅有周圍環境的信號，還有其它噪聲源的信號。故此，在往復壓縮機的故障診斷中，噪聲監測也可作為一種輔助手段。通過對噪聲傳感器的運用，對往復壓縮機中的典型故障噪聲信號進行分離提取是今后故障診斷的研究熱點。

往復壓縮機的故障種類比較多，一個故障就會導致多個特征參數發生變化。故此，在對往復壓縮機進行故障診斷之時，需要對多參數之間的關聯性進行考慮，這樣就能夠對故障類型進行精確的識別。除此之外，在往復壓縮機故障診斷系統中，人工智能系統也被應用與其中，這樣就使得故障診斷技術取得了較大的發展，使其達到了智能化的高度。

1.3.3油液監測法

所謂油液監測，指的是將重點放到壓縮機潤滑油，對其進行油液分析，對樣品內磨損顆粒進行檢測，檢測其大小、形狀等，這種監測方法較為理想。例如，用鐵譜分析、光譜分析等方法來對壓縮機的磨損情況進行監測。

1.3.4振動測試

在往復式壓縮機的故障診斷中，振動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。壓縮機的連接件的是否松動，其配合精度是否發生了變化，都可以通過振動信號反映出來。通過對振動信號的合理分析，可以幫助檢測人員獲得壓縮機狀態的豐富信息。

1.3.5鐵譜分析

在對壓縮機曲軸箱內運動副的磨損情況進行監測時，運用鐵譜分析是一個不錯的輔助方法。但是如果有許多個同種材質的運動副都存在著磨損故障時，該方法就存在著一定的局限性，會難以對故障的部位進行區分。故此，在檢測過程中，只能夠將其與其它方法相配合運用。

1.3.6沖擊脈沖法

在往復式壓縮機內，通常具有多個沖擊振源，這些沖擊信號較為強烈，隨意會將一些相對弱小的脈沖信號進行淹沒。故此，如果對壓縮機的滾動軸承來進行故障檢測，那么沖擊脈沖法則不能發揮功效，但是可以將其作為相對標準，來實現對本機的前后對比，一般可以將其用于同型號機組之間作類比判別。

1.3.7檢測工況參數

通過對壓縮機的以下幾方面參數進行監測，如排氣壓力、潤滑油量等，為查找壓縮機的有關部門的故障提供有用的信息。

2、發展趨勢

目前，活塞環磨損、填料函磨損、活塞桿沉降以及氣閥故障等診斷技術已經相對成熟，但在往復壓縮機內部，有些部件的故障診斷與識別有很大的困難，如活塞桿斷裂、曲軸連桿斷裂等，目前均沒有有效可行的方法。有文獻提出用監測曲軸逆向載荷的方法判斷活塞桿的運行狀態，但可靠性尚有不足。因此，現階段對往復壓縮機故障診斷研究的覆蓋面不全。

現階段，我國科研單位與大型石化企業聯系不夠密切，各種研究方法大多局限于實驗室的模擬階段，石化企業的故障案例數據也沒有形成系統的知識數據庫。因此，加強科研單位與企業的合作，對建立往復壓縮機故障案例知識庫有很大的幫助，也有利于形成通用的壓縮機典型故障診斷規范。

3、結束語

綜上所述，鑒于各種特征信號分析處理提取方法的局限性及優缺點，結合大量的典型故障案例數據庫，開發多種分析方法相結合的智能診斷系統，將會大大提高往復壓縮機故障診斷的準確率，也是往復壓縮機故障診斷領域的重要發展趨勢之一。

參考文獻：

[1] 仲崇明，萬泉，蔣偉康，等.往復式壓縮機振動的有限元數值分析與實驗研究[J].振動與沖擊，2011，30（5）.

（作者單位：沈陽金博氣體壓縮機制造有限公司）