往復式壓縮機故障診斷技術探析

袁曉丹 齊宏星

摘 要：作為現代化工企業最為重要的機械設備之一，往復式壓縮機出現故障直接影響企業正常生產帶來巨大經濟損失，客觀上要求企業技術人員重視往復式壓縮機日常維護工作，將其視為企業重點工作之一，及時發現壓縮機故障，便于全面分析故障發生原因，保證往復式壓縮機運行安全性及穩定。本文以往復式壓縮機為切入點分析其故障產生原因，就提出具體的故障診斷技術進行深入探究，旨在為相關從業人員積累更多的工作經驗。

關鍵詞：往復式壓縮機;故障;診斷技術

1 ?前言

隨著化工產業快速發展，往復式壓縮機具有單位耗電量少、效率高、造價低廉、技術成熟等優點，在石油化工領域的應用范圍廣泛。既能有效提高工作的效率，又能推動行業的發展，但在其實際操作中存在許多的問題，即：易發生氣閥類、支撐環、活塞磨損等常見故障，設備一旦出現故障就很危險，對相關人員的人身安全產生威脅，也會影響化工企業生產效率。因此，應利用在線監測系統及時發現往復式壓縮機的故障并及時解決。

2 ?往復式壓縮機原理及故障

往復式壓縮機本身是容積式壓縮機，在其應用過程中，曲軸結構會帶動連桿結構，然后連桿直接帶動活塞，活塞會在形成上下運動的趨勢。基本的原理結構中，一方面，活塞向下，往復式壓縮機汽缸容積會逐漸升高，此時進氣閥開排氣閥閉，實現進氣。另一方面，活塞向上，氣缸容積變小，出氣閥開進氣閥關，實現壓縮。往復式壓縮機最為常見的熱力性能故障引發原因是多種多樣的，查閱相關資料發現，造成熱力性能故障的原因大多是填料函和氣閥損壞引起的。而往復式壓縮機熱力性能引發的機械故障典型的有閥門片碎裂、活塞桿斷裂、汽缸開裂、曲軸斷裂、連桿變形、活塞開裂、連桿螺栓斷裂、電機故障等。機械實際使用證明，氣閥故障的診斷是往復式壓縮機診斷新跟那個的重要因素，但由于往復式壓縮機內運動件的過多，所以引起性能故障的大多為機械性能故障。

3 ?往復式壓縮機故障診斷技術

3.1分級診斷和神經網絡技術

根據分級診斷策略，結合多級壓縮機特點，筆者建議將壓縮機診斷分為兩步來完成。第一步是檢測各級壓力、溫度變化規律，通過人工神經網絡來診斷故障發生的級數;第二步按單級壓縮機處理，通過閥腔脈動壓力來診斷故障原因。應用人工神經網絡技術來診斷故障發生的級數時，診斷系統知識庫的組建是關鍵，它包括兩個過程 ：知識的獲取和知識的存儲。知識的獲取表現為訓練樣本的獲取與選擇，訓練樣本的選擇來源于同類型診斷對象在正常運轉時和帶故障運轉時的各種特征參數。訓練樣本的選擇應遵循注意兩條原則：相容性，遍歷性。

3.2油液異常分析方法

分析往復式壓縮機的工作原理，其中包含大量金屬構件的相對運動和摩擦效應。理論研究和實踐都證明，潤滑油的衰敗周期和機械設備的不同運轉階段有關。磨損微粒包含有運動狀態的信息，通過對磨損微粒數量、分布、形貌和磨損狀況的分析，能夠得到故障發生的位置，并初步推斷故障的程度。油液分析方法主要是通過收集往復式壓縮機使用過的潤滑油，并對其進行各種監測分析手段，最終達到定性或者半定量確定故障位置及原因的分析方法。分析方法常用的有兩大類：潤滑油磨損微粒分析和油品性能衰敗分析。在具體實施過程中主要有以下幾個過程：潤滑油取樣、油品處理、數據分析和診斷報告等。油液檢測方法有賴于參與摩擦運動的所有零部件特有金屬元素化學性質的檢測，通過微粒在摩擦之前和之后的性質比對，完成最終的故障診斷。但該種方法存在檢測周期長、實時監測能力差、在線診斷精確度不高等缺點。對于雙作用壓縮機和無潤滑壓縮機的檢測不適用，同時無法反應汽缸部分的故障。因此，油液分析方法可以作為往復式壓縮機內部機械運動部件磨損狀況檢測和診斷的輔助手段。

3.3熱力診斷法

熱力診斷法是借助儀器對往復式壓縮機各項數據進行測量和分析，以達到故障診斷的目的，包括對壓縮機的油溫、水溫、排氣量、冷卻水量等數據信息的監測。在對往復式壓縮機進行數據收集時，由于不同部件出現故障在數據上表現不同，采用熱力診斷法在診斷和預測故障時容易缺乏準確性，目前主要應用于壓縮機的運行狀態和監測參數等方面。

3.4人工智能診斷法

相比于上述的診斷措施，神經網絡診斷建立于人工智能的前提下，因此更有助于精確判斷各種類型的壓縮機故障。在神經網絡與人工智能的輔助下，故障診斷就會表現為更高的精確度，進而全面縮短排除故障消耗的時間。在網絡化以及智能化手段的輔助下，借助智能診斷就能獲得全方位的診斷結論，這種措施便于迅速判定故障并且消除故障。應當明確的是，對于壓縮機如果要全面判斷引發故障的根源所在，那么有必要密切結合多項相關要素。例如針對設備自診斷的模式而言，對此有必要設置關鍵的參數，然后運用特定的措施來實現參數處理。除此以外，還要考慮到信號信噪比、采樣數據的精確度及其他要素，對于各項人為干擾都要予以全面的消除。

4 ?往復式壓縮機故障診斷注意事項

往復式壓縮機的大量應用，推動了故障診斷技術的發展。但是故障診斷分析技術收到各方面因素的影響，故障原理各不相同，所以壓縮機故障分析一直是該領域的一大難點。在往復式壓縮機故障診斷中應注意幾個問題：（1）深入研究故障診斷中的定量分析技術。現階段多數診斷技術都是定性或半定量的手段，無法完成準確位置和故障情況的診斷，給維修和保養帶來一定難度;（2）建立往復式壓縮機診斷系統。將現階段應用較好的診斷技術進行集成，通過比對各種手段得到的故障分析結果，精確定位故障位置與發生原因;（3）注重數學模型的構建。數學分析技術是故障分析中的難點和重點，只有通過嚴謹、科學的數學分析手段，才能進一步提升故障診斷的準確性。

5 ?結束語

為使往復壓縮機服務于企業安全生產，故障診斷技術要進一步深化、效率化、智能化，還要做好理論結合實踐，強化交流溝通，形成研究合力。目前很多學者為節約物力、財力、人力傾向于實驗室模擬研究，與大型石化企業交流溝通聯系不夠，研究方法難于用于實踐。企業實踐者由于理論水平相對較低，難以將豐富的經驗上升為理論，上升為智能處理系統且實踐精英分別在各企業，成為信息孤島。因此，應加強各企業單位與學者、專家的充分交流溝通，形成綜合研究合力、集體創新合力，共同推進往復壓縮機故障診斷技術再上新臺階。另一方面，目前各種診斷技術和方法均從某一方面取得了一些成績，但缺乏完整的、系統的、普遍的、成熟的診斷系統，以供企業快速、準確找到故障，這與往復壓縮機在工業中的重要地位是不相符的，需要將各種方法、參數、信號進行大規模集成，要注重交叉、集合研究，以促進綜合診斷體系的形成。

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