往復(fù)壓縮機(jī)故障診斷技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

朱承軍

（青海鹽湖機(jī)電裝備技術(shù)有限公司，青海 格爾木 816000）

1 故障診斷技術(shù)的現(xiàn)狀與應(yīng)用

1.1 往復(fù)壓縮機(jī)故障診斷技術(shù)

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

目前，由于相關(guān)技術(shù)發(fā)展的局限性，使得往復(fù)式壓縮機(jī)的振動(dòng)信號(hào)仍然處于一個(gè)非常復(fù)雜的狀態(tài)，而復(fù)雜的振動(dòng)信號(hào)就會(huì)給故障特征提取和選擇帶來非常大的困難。時(shí)域特征提取、頻域特征提取以及時(shí)頻域特征提取是往復(fù)式壓縮機(jī)主要的提取方式，具有非常重要的使用價(jià)值，因?yàn)樵谠O(shè)備運(yùn)行的時(shí)候，檢測的信號(hào)不是非常穩(wěn)定，環(huán)境當(dāng)中存在的噪音對檢測的干擾非常大，降低了檢測的質(zhì)量和效率，不能提供故障診斷證明，降低了設(shè)備的使用價(jià)值。

綜上所述，我們可以得出往復(fù)式壓縮機(jī)的故障是非常復(fù)雜的，所以在對其進(jìn)行描述和識(shí)別的時(shí)候，不能只是局限于一些單一的特征，要對其進(jìn)行多方面的考慮；但是，往復(fù)式壓縮機(jī)存在較多局限性，不能進(jìn)行單獨(dú)使用，也不能進(jìn)行故障方面的檢測，多種信號(hào)檢測技術(shù)被整合，將特征提取方法與狀態(tài)識(shí)別方法相結(jié)合將成為往復(fù)式壓縮機(jī)故障診斷領(lǐng)域的一個(gè)趨勢。

1.2 往復(fù)壓縮機(jī)故障系統(tǒng)

以Dynalco，GE Bently，Prognost和賀爾碧格為代表的美國公司已經(jīng)開發(fā)出用于工業(yè)用途的在線往復(fù)式壓縮機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)?？梢员O(jiān)測活塞桿負(fù)載，氣缸動(dòng)壓等信號(hào)。在我國的很多著名的大學(xué)里，例如西安交通大學(xué)，浙江大學(xué)，北京化工大學(xué)，合肥通用機(jī)械研究所都對往復(fù)式壓縮機(jī)的失效機(jī)理有著濃厚的興趣并進(jìn)行了深入的研究。此外，還開發(fā)了一些在線監(jiān)測和分析系統(tǒng)。Prognost系統(tǒng)的代表，美國Dynalco 9260 CR系統(tǒng)（圖2014卷42，第一流體機(jī)械371），丹麥B？3540監(jiān)控系統(tǒng)和Bentley 3300監(jiān)控系統(tǒng)，北京化工大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的BH5000R往復(fù)壓縮機(jī)充分實(shí)現(xiàn)了在線監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性和實(shí)用性。國內(nèi)外石化和其他能源行業(yè)使用最廣泛和先進(jìn)的壓縮機(jī)組振動(dòng)互鎖停機(jī)保護(hù)系統(tǒng)，已從賓利的7200型擴(kuò)展到目前的GE Bently 3500系統(tǒng)，警報(bào)和緊急聯(lián)鎖停車保護(hù)已經(jīng)用于振動(dòng)幅度。

（1）不可能根據(jù)故障和損壞的類型對報(bào)警和停止值進(jìn)行分類，并且報(bào)警和聯(lián)鎖關(guān)閉不是目標(biāo)。

（2）因?yàn)檫@個(gè)保護(hù)系統(tǒng)存在無法區(qū)分虛假信號(hào)的弊端，所以導(dǎo)致誤報(bào)和聯(lián)鎖停車是不可避免的。根據(jù)2010年1月近30家煉油廠的安全檢查統(tǒng)計(jì)，重點(diǎn)渦輪壓縮機(jī)振動(dòng)聯(lián)鎖保護(hù)的實(shí)際投資率僅為78%；不同之處在于往復(fù)式壓縮機(jī)的振動(dòng)保護(hù)聯(lián)鎖投資率僅為35%。為了使得在連續(xù)生產(chǎn)的情況下的生產(chǎn)損失得到最大限度的控制以，經(jīng)常會(huì)采取的解決措施，就是在實(shí)際操作中手動(dòng)將振動(dòng)聯(lián)鎖保護(hù)解除，或者可以采取放大報(bào)警振幅的措施，這會(huì)帶來很大的安全隱患。

2 技術(shù)發(fā)展趨勢

近年來，隨著科技的發(fā)展，人工智能技術(shù)也得到了迅速發(fā)展，成為人們關(guān)注的重點(diǎn)技術(shù)，并已應(yīng)用到實(shí)際項(xiàng)目中，使設(shè)備維護(hù)技術(shù)達(dá)到了智能化的高度。設(shè)備的智能故障診斷具有非常廣泛的應(yīng)用前景。但由于往復(fù)式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，激振源眾多，針對目前的研究現(xiàn)狀和上述研究數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用不充分，專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在人工智能領(lǐng)域的初步應(yīng)用，故障診斷技術(shù)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(zhuǎn)機(jī)械那樣成熟的診斷系統(tǒng)。只有經(jīng)驗(yàn)性的方法或思想被用來確定和測試特征參數(shù)，然后驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果是不夠的，沒有找到最佳的特征參數(shù)。與實(shí)際應(yīng)用還有一定的距離，這與行業(yè)往復(fù)式壓縮機(jī)的重要地位不相稱。

往復(fù)式壓縮機(jī)存在的問題，降低了運(yùn)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(shè)備存在的典型問題，需要采取有效措施及時(shí)解決，不僅僅是采用一些檢測技術(shù)就能夠解決的問題，還需要進(jìn)行深入的研究分析，爭取找到最好的解決方案。只有對設(shè)備故障源和故障定位的準(zhǔn)確診斷，各種參數(shù)的精確測量和故障信號(hào)識(shí)別才是技術(shù)難點(diǎn)。

如今，隨著人們生活水平的不斷提高，往復(fù)壓縮機(jī)的故障診斷將朝著網(wǎng)絡(luò)化，智能化，多源信息融合的方向發(fā)展。在實(shí)時(shí)在線診斷領(lǐng)域，應(yīng)開發(fā)特殊的新型集成傳感器和用于往復(fù)壓縮機(jī)故障診斷的觀察器。運(yùn)用現(xiàn)代信號(hào)處理方法和智能理論，找到振動(dòng)信號(hào)間相互干擾最小的最佳測量點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)故障自動(dòng)診斷。越來越多的相關(guān)領(lǐng)域的研究專家在國家大力的支持推動(dòng)下給予了智能方面更多的關(guān)注度，隨著發(fā)展腳步越來越快，自動(dòng)故障診斷成為可能。

目前，在線往復(fù)式壓縮機(jī)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)更注重機(jī)組部件的工作狀態(tài)，忽略了機(jī)器運(yùn)行期間的流體機(jī)械Vol 42。No.1，2014的過程量及過程參數(shù)。未來，進(jìn)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(jiān)控系統(tǒng)中。將會(huì)投入更大的專業(yè)資源區(qū)對不同數(shù)據(jù)和故障之間的內(nèi)在關(guān)系進(jìn)行更深入的研究，從而實(shí)現(xiàn)單元多源的信息融合。這一舉措將往復(fù)壓縮機(jī)故障診斷的準(zhǔn)確性得到大限度的提高，從而達(dá)到防止重大事故發(fā)生的目的。它通常由系統(tǒng)監(jiān)控模塊，系統(tǒng)診斷模塊和系統(tǒng)保護(hù)模塊組成。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)根據(jù)壓縮機(jī)的實(shí)際條件和運(yùn)行條件選擇代表運(yùn)行條件和適合監(jiān)測的參數(shù)。為了能夠提高檢測故障技術(shù)水平，必須要進(jìn)行智能系統(tǒng)的使用，提高專業(yè)水平和積累大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，才能有效的提高系統(tǒng)診斷的能力。應(yīng)充分利用計(jì)算機(jī)及其軟件技術(shù)和專家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)使診斷系統(tǒng)智能化，使普通技術(shù)人員使用診斷系統(tǒng)所獲得的結(jié)果達(dá)到診斷專家的水平。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，專家系統(tǒng)，決策支持系統(tǒng)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可為實(shí)施人工智能診斷提供技術(shù)支持。由于往復(fù)式壓縮機(jī)故障診斷技術(shù)將在未來不斷更新和優(yōu)化，因此會(huì)有更多新技術(shù)進(jìn)入市場。對相關(guān)檢驗(yàn)人員也提出了更高的要求，檢查人員必須對其具體技術(shù)有透徹的了解，才能有效地運(yùn)用實(shí)際的故障診斷過程，并使其發(fā)揮最大的作用，使故障得到及時(shí)的檢測和處理。

3 結(jié)語

在當(dāng)今社會(huì)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們的生活水平越來越高，對工業(yè)企業(yè)的需求也越來越高。特別是對于工業(yè)生產(chǎn)過程中的一些重要設(shè)備，相關(guān)技術(shù)人員還應(yīng)該繼續(xù)在未來的產(chǎn)業(yè)發(fā)展中探索更先進(jìn)的技術(shù)來診斷設(shè)備的故障。以此來推動(dòng)自身行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。