狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)在壓縮機故障判斷的應用研究

摘 要：中國特色社會主義市場經(jīng)濟的高度發(fā)展，離不開發(fā)達的工業(yè)體系的支持，近幾年我國的工業(yè)建設取得了新的突破，各種各樣的高新科技取代傳統(tǒng)的勞動力資源，成為新的工業(yè)發(fā)展驅(qū)動力。而壓縮機則是比較具有代表性的一種工業(yè)設備，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，越來越多的業(yè)內(nèi)人士開始就壓縮機的故障判斷技術(shù)進行研究，并就狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的起源發(fā)展、壓縮機等常見故障加以分析。

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

0 引言

壓縮機是一種將低壓氣體轉(zhuǎn)變成高壓氣體的、從動的流體設備，它能夠?qū)崿F(xiàn)高效的氣體轉(zhuǎn)換和制冷功能等，在我國工業(yè)化生產(chǎn)中扮演著不容忽視的重要角色，但是在實際的使用中，由于使用頻率較高、使用方法不當?shù)榷喾N原因，壓縮機不可避免地會出現(xiàn)某些零部件故障，導致其無法正常運轉(zhuǎn)，進而影響到工業(yè)生產(chǎn)的順利進行。為了對壓縮機故障進行有效判斷，可引入狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)，從而實現(xiàn)壓縮機運行情況的實時監(jiān)控，確保其問題能第一時間得到解決。

1 設備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的起源與發(fā)展

設備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)本身具有一定的先進性，在各種工業(yè)設備、尤其是壓縮機設備的運行監(jiān)測中能夠發(fā)揮積極作用。目前來看，我國大部分工廠的設備維護仍停留在傳統(tǒng)階段，由人工進行檢查和例行維護，但是這種方法本身缺乏針對性，壓縮機設備的故障類型、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)驗進行判斷，這顯然不符合工業(yè)現(xiàn)代化要求。同時，在這種維護模式下，無故障部位也需要被多次拆卸，因此很容易造成不必要的機械性磨損，最終性能很可能比檢修前更差。另外，這種不必要的維修，還會造成人力物力等方面的浪費，也不利于企業(yè)的長遠發(fā)展，在這種情況下對設備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)進行應用勢在必行。另外，設備狀態(tài)檢測技術(shù)的發(fā)展歷程也值得我們進行研究：首先是人工離線檢測階段，在這個階段中，工作人員需要借助監(jiān)測儀表等對壓縮機設備進行人工檢測，并且結(jié)合自己的工作經(jīng)驗對故障情況進行判斷，這種監(jiān)測方法顯然難以處理復雜設備。而后進入了單機集中式在線監(jiān)測階段，在這一階段中，監(jiān)測系統(tǒng)主要由一臺計算機運行，負責信號采集處理、特征提取識別等，這種監(jiān)測技術(shù)一般用在比較重要的設備上。存在使用成本高、監(jiān)測能力有限、監(jiān)測周期長等不足之處。此后監(jiān)測技術(shù)進入了分布式在線監(jiān)測階段，這種監(jiān)測手段由多臺計算機運行，初步形成了診斷網(wǎng)絡，系統(tǒng)整體性能得到了提升，但是仍然存在技術(shù)難度大、投資多的問題。最后就是現(xiàn)階段普遍應用的遠程分布式在線監(jiān)測技術(shù)，它以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎，能夠?qū)崿F(xiàn)異地遠程監(jiān)測診斷，系統(tǒng)運行效率得到了提升，在未來擁有光明的發(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，在壓縮機設備（尤其是往復式壓縮機）中，氣閥泄漏一般不是由機械運動導致的，因而其泄漏的外在表現(xiàn)一般為高頻振動，在監(jiān)測過程中，氣閥測量參數(shù)應選取36～40kHz這個范圍以及5.6～40kHz這個范圍。高頻信號具有頻率高、波長比較短的特點，因此它在傳播中能夠集中朝向、對外界干擾不敏感，在氣閥發(fā)生泄漏的情況下，高頻振動信號即可感知到撞擊信號的變化。氣閥在開啟的情況下不會被判定為泄漏，是因為氣體可大量自由地通過氣閥，而泄漏一般發(fā)生在關(guān)閉和重啟這個過程中，最明顯、最嚴重的泄漏則在其承受最大壓力差的時候發(fā)生。氣閥排氣的時候，吸氣閥容易發(fā)生泄漏;而氣閥進氣的時候，排氣閥最容易發(fā)生泄漏，根據(jù)這個規(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呈現(xiàn)間歇性的變寬趨勢，在活塞環(huán)兩側(cè)壓力持平的情況下，一般不會發(fā)生泄漏，而兩側(cè)壓力差較大的時候，比較容易出現(xiàn)泄漏問題。

2.3 連桿軸瓦磨損故障

在雙作用壓縮機當中，由于活塞兩側(cè)的壓力存在一定的差異，因此活塞桿會受力，活塞、十字頭、連桿等在這個過程中會產(chǎn)生往復式慣性，在之后壓縮機的做功過程中，活塞桿將會交替受到氣壓、摩擦力等產(chǎn)生的拉力和壓縮力，進而完成整個壓縮過程。在壓縮機和介質(zhì)的參數(shù)都得到完整收集時，設備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)將自動計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，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就必然會產(chǎn)生沖擊，縫隙越大其沖擊的幅度越大。因此，在對壓縮機進行實時監(jiān)測的過程中，觀察十字頭低頻高頻振動曲線、并將之與活塞桿的受力曲線進行對比，就能夠判斷出連桿的大小頭是否保持在固定位置，進而確定連桿軸瓦是否出現(xiàn)了磨損。

3 狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)在壓縮機故障判斷的應用

3.1 壓縮機狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)原理

往復式壓縮機的結(jié)構(gòu)比較復雜，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，因此在壓縮機狀態(tài)監(jiān)測中，這種分析技術(shù)并不適用。和旋轉(zhuǎn)設備故障有所差異，往復壓縮機的測試手段更加豐富，往往通過對信號波形是否在正常位置出現(xiàn)進行判斷來確定故障情況。可根據(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 鍵相信號選取

選取鍵相信號是往復式壓縮機狀態(tài)監(jiān)測工作的基礎，不同氣缸的相對位置不會發(fā)生改變，因此可選取與驅(qū)動力最近的氣缸作為基礎缸，以此為參考找到基礎缸的上止點位置，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孔洞上，在飛輪旋轉(zhuǎn)到電渦流傳感器位置的時候，傳感器內(nèi)部會形成交變電流，在數(shù)據(jù)采集設備的作用下傳送到系統(tǒng)，進而開始周期性的采集數(shù)據(jù)。

3.3 檢測點布置

首先，壓力傳感器的布置比較簡單，一般來說在氣缸兩側(cè)對應的縫隙處，會設有通氣孔，大型進口壓縮機和我國自主生產(chǎn)的壓縮機都是如此。在設備出廠的時候此孔洞是堵住的，在測定壓力的時候可將堵絲更換成壓力測定閥，并將壓力傳感器與這個閥門連接起來。在對傳感器數(shù)據(jù)進行歸零以后，以獲取到的鍵相信號為標準，連續(xù)多次采集周期性做功圧力曲線，測試結(jié)束以后可關(guān)閉測壓閥、拆卸傳感器，接著對下一個氣缸進行測定。另外，振動和超聲波傳感器的布置也比較重要，同樣是將傳感器設置在氣閥的閥罩上，并對信號進行測量和采集，最終即可獲得傳感信號。最后，目前溫度傳感器也逐漸得到了應用，其安裝及測量方式與振動傳感器類似，因此不再贅述。

4 結(jié)語

壓縮機是工業(yè)生產(chǎn)中十分常見的輔助類從動設備，它具有極其可觀的使用價值，因此廣受業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注和重視。從實際的應用情況及維護情況來看，目前我國的壓縮機故障判斷方法還不夠先進，因而可以引進設備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)，通過壓力傳感器、溫度傳感器、超聲波傳感器等設備，通過獲取鍵相信號，判斷壓縮機的氣閥、活塞等是否存在故障狀況，并及時定位其故障位置做出應對，從而確保壓縮機能夠繼續(xù)順利的運行。

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作者簡介：

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