往復(fù)式壓縮機振動信號特征分析及故障診斷方法探究

高亮（中國石油化工股份有限公司華北分公司第一采氣廠，陜西 榆林 719000）

往復(fù)式壓縮機作為石油化工生產(chǎn)過程的關(guān)鍵性設(shè)備，它的運行效果影響著石油業(yè)的健康發(fā)展。往復(fù)式壓縮機具有結(jié)構(gòu)型式各異、運動部件多、故障發(fā)生率高的特點，且工作環(huán)境相當(dāng)惡劣?？紤]到往復(fù)式壓縮機的結(jié)構(gòu)特征及運行工況均十分復(fù)雜，因此壓縮機工作過程必定產(chǎn)生振動，即壓縮機內(nèi)部構(gòu)件的性能狀態(tài)經(jīng)某種傳統(tǒng)途徑由殼體表面的振動信號反映出來。可見，借助振動信號來診斷壓縮機的故障具有可行性。本文筆者結(jié)合實踐經(jīng)驗，就往復(fù)式壓縮機振動信號的特征及故障診斷方法進行研究，以便準(zhǔn)確確定出壓縮機的故障，進而實現(xiàn)往復(fù)式壓縮機的安全穩(wěn)定運行。

1 往復(fù)式壓縮機振動信號的特征

據(jù)相關(guān)研究結(jié)果表明，往復(fù)式壓縮機的振動信號具有周期性、沖擊響應(yīng)兩大特征，即壓縮機振動信號的核心成份均表現(xiàn)出顯著的周期性特征，且此周期均屬曲軸旋轉(zhuǎn)周期（倍頻），同時壓縮機振動信號的成份為沖擊響應(yīng)信號，因此表現(xiàn)出顯著的沖擊響應(yīng)特征。本章節(jié)試圖從此兩方面探究往復(fù)式壓縮機振動信號的特征，以便為往復(fù)式壓縮機的故障診斷提供參考依據(jù)。

往復(fù)式壓縮機振動信號的核心成份均屬周期性函數(shù)，且此周期函數(shù)的基本周期為曲軸旋轉(zhuǎn)周期，因此壓縮機振動信號的任意整周期信號反映出的壓縮機工況信息均相同，則僅需獲取到任意整周期的振動信號，便可確定壓縮機的運行故障，如此實現(xiàn)工作量的降低?？紤]到往復(fù)式機械振動信號的循環(huán)平穩(wěn)性由該機械運動部件的周期性決定，因此可采用循環(huán)平穩(wěn)法來分析壓縮機振動信號的特征。研究表明，往復(fù)式壓縮機振動信號屬來自若干激勵源的響應(yīng)信號的疊加，且頻域內(nèi)此響應(yīng)信號的分布位置各不相同，因此可借助振動信號的頻域能量特征來確定來自任意激勵源的響應(yīng)信號所對應(yīng)的特征頻帶，然后再對該頻帶信號的特征進行提取，以監(jiān)測往復(fù)式壓縮機的運行工況。就往復(fù)式壓縮機的運行故障而言，故障的類型定會改變振動信號的整體時域波形，因此此波形變化的信息可從整體振動信號內(nèi)提取出來，由此確定壓縮機的工況特征。總之，往復(fù)式壓縮機具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、較多的振動激勵源及多樣化的故障類型，因此對往復(fù)式壓縮機振動信號特征的研究能為壓縮機的故障診斷提供參考依據(jù)。

2 往復(fù)式壓縮機的故障診斷方法

從機理角度而言，往復(fù)式壓縮機故障可分成流體性質(zhì)的故障及機械性質(zhì)的故障兩種類型，其中前者屬機器熱力性能故障，后者屬機械功能故障?？紤]到往復(fù)式壓縮機故障的成因各不相同，因此壓縮機振動信號及診斷方法亦有所不同。結(jié)合多年實踐經(jīng)驗可知，往復(fù)式壓縮機熱力性能故障多由易損件（比如填料函等）損壞所致，而往復(fù)式壓縮機機械功能故障多由壓縮機內(nèi)部運動部件損壞所致，比如閥門碎裂、活塞桿斷裂等。考慮到往復(fù)式壓縮機的運動部件多，因此壓縮機故障多屬機械性能故障。結(jié)合前文可知，振動信號能為往復(fù)式壓縮機故障診斷提供參考依據(jù)。為此，本章節(jié)結(jié)合振動信號特征，探究往復(fù)式壓縮機的故障診斷方法。

2.1 對熱力性能參數(shù)進行測量，以此掌握往復(fù)式壓縮機的運行狀態(tài)信息，然后再對壓縮機的運行故障進行診斷研究，即運用儀表來測量出往復(fù)式壓縮機的水溫、油溫、排氣壓力、排氣量及冷卻水量等，以此為壓縮機相關(guān)運動部件的故障診斷提供依據(jù)。考慮到此診斷方法尚不能準(zhǔn)確預(yù)測出壓縮機的故障點，因此僅用來檢測往復(fù)式壓縮機的運行狀態(tài)及工藝參數(shù)。

2.2 對振動噪聲進行測量，即借助往復(fù)式壓縮機的振動信號來診斷氣缸及活塞的磨損程度、主軸承的狀態(tài)及氣閥的漏氣情況；汽缸頭裝設(shè)振動傳感器，如此對振動信號進行分析后，再依據(jù)分析結(jié)果對缸內(nèi)故障進行診斷；借助振動信號對壓縮機主軸承故障進行診斷；借助潤滑油管路內(nèi)壓力波信號來診斷壓縮機軸承故障等。

2.3 往復(fù)式壓縮機的工況變化多，由此導(dǎo)致振動信號的平穩(wěn)性較差，因此該診斷方法的應(yīng)用面尚待商榷。

2.4 目前，往復(fù)式壓縮機故障診斷領(lǐng)域開始應(yīng)用到人工智能領(lǐng)域的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及專家系統(tǒng)。所謂故障診斷專家系統(tǒng)，是指智能化計算機程序系統(tǒng)，該系統(tǒng)囊括大量的領(lǐng)域?qū)＜抑R及實踐經(jīng)驗，且多用來對高難度且復(fù)雜的系統(tǒng)故障進行診斷。實踐表明，此診斷方法具有使用方便、解釋機制強、推理預(yù)測簡單及易建造等優(yōu)點，同時也具有推理機制過度簡單、專家知識準(zhǔn)確性無保證、知識獲取難度大等缺點，因此應(yīng)用過程需揚長避短，以增強實際應(yīng)用效果。

3 結(jié)語

結(jié)合前文內(nèi)容，本文筆者認為往復(fù)式壓縮機故障診斷過程應(yīng)特別注意下列事項：1.考慮到往復(fù)式壓縮機具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、較多的振動激勵源及干擾源，因此必須突出對非定常信號及非線性信號的處理。2.往復(fù)式壓縮機采用在線監(jiān)測手段收集到的故障信息多屬間接采集，則存在某種不確定性因素，因此必須重視某些識別技術(shù)的研究及應(yīng)用。3.往復(fù)式壓縮機故障診斷的成功經(jīng)驗均難以歸納成通用的診斷規(guī)則，因此專家系統(tǒng)知識庫尚待充實，比如突出對典型故障特征的實驗研究等。

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