離心式壓縮機故障診斷技術分析

王帥 劉明瓚 劉洋

【摘 要】離心式壓縮機輸送的主要介質是空氣、氫氣等化工工藝過程中所需的介質氣，為后續(xù)工藝流程提供壓縮介質氣，是保持后續(xù)生產工藝正常進行的基本條件。離心式壓縮機運轉所需的主要組成部分一般由驅動設備：蒸汽輪機（電機）、中間傳動設備：齒輪箱（耦合器）、對介質做功的工作設備：離心式壓縮機等組成。離心壓縮機組在大型化工企業(yè)生產過程中位于至關重要的核心位置，可以比作化工領域的動力心臟；雖然現(xiàn)階段壓縮機組性能基本都能達到設計要求，但從簡單的機械運轉到負荷開機這之間還有很多變量以及不利因素需要把控。如由于現(xiàn)場工藝條件無法達到設計要求，但急于投產以及操作不當導致的機組喘振會大大影響機組的使用壽命。為此，對離心式壓縮機的故障分析與診斷技術進行了探討，以提高離心式壓縮機在投產過程中的的工作效率。

【關鍵詞】離心式壓縮機；故障分析；診斷技術

引言

通過對離心式壓縮機故障診斷機理和技術梳理，分析了幾種離心式壓縮機診斷技術的應用現(xiàn)狀，并結合工程實踐經驗以及離心式壓縮機故障診斷技術的發(fā)展現(xiàn)狀，梳理出離心式壓縮機故障診斷技術的未來發(fā)展趨勢，以及實現(xiàn)離心式壓縮機故障診斷所需解決的難題。以期為后續(xù)離心式壓縮機智能故障診斷提供基礎。

1、喘振的機理分析及判斷

在操作條件偏離設計條件的情況下，流量減小，并且進入葉輪或者擴壓器的流動通道的氣流方向改變。在葉片的非工作表面上發(fā)生氣流邊界層的分離現(xiàn)象，當情況嚴重時，即發(fā)生旋轉失速。這時，壓縮機雖仍在工作狀態(tài)，但是大部分做功都變成能量損失，氣體壓力無法增大，致使壓縮機出口壓力降低，管系中下游管道的壓力大于出口壓力，便發(fā)生氣體倒流，直至壓縮機出口壓力高于管系的壓力，壓縮機又重新恢復供氣，之后又重復發(fā)生上述現(xiàn)象，整個系統(tǒng)重復出現(xiàn)周期性軸向低頻大幅度氣流振蕩，這種現(xiàn)象就稱為喘振。造成喘振的原因分為內因和外因：外部原因一般為與壓縮機一起工作的管網系統(tǒng)的壓力大于壓縮機能夠提供的壓力；內因方面主要為壓縮機流量減小，進入喘振區(qū)。在實際操作中，引起壓縮機喘振通常是多種原因相結合而造成的。如壓縮機轉速升高或降低，流體特性的變化，包括流體溫度及成分的變化；另外，壓縮機機械參數的改變等也會影響壓縮機的性能曲線，從而導致喘振流量的變化。在運行中可能造成喘振的原因主要有以下4點。①管網系統(tǒng)壓力過高。當需要緊急停車時，要進行氣體放空或回流，如果此時出口管路上的止回閥不靈活，或安裝位置距離壓縮機出口過遠，當系統(tǒng)突然減量時，防喘振系統(tǒng)不能馬上進行調節(jié)。②吸入流量不足。如果壓縮機入口過濾器阻塞，導致吸入氣體阻力增大，濾芯過臟，或是氣溫過低時發(fā)生結冰，導致壓縮機入口氣源減少或者切斷，供氣不足，若流量降低到喘振流量以下，就會導致喘振。③操作錯誤。在操作中，升速升壓過快，降速之前沒有先降壓。④放喘振系統(tǒng)未投自動。當發(fā)生工況波動或電網波動等外界因素變化的情況時，若防喘振系統(tǒng)未投自動，則會因手動調節(jié)不及時造成喘振。

2、壓縮機的防喘振控制

根據對壓縮機喘振機理和原因進行分析，可以采取相應的措施來防止壓縮機喘振，使工況穩(wěn)定，確保正常運行，減少喘振對壓縮機的損害。通過調節(jié)壓縮機吸入量，或出口壓力，使壓縮機運行在穩(wěn)定的工況區(qū)域。防喘振控制主要分為兩種：一種是固定極限流量控制，另一種是可變極限流量防喘振控制。兩者都是通過控制壓縮機的進氣流量超過一個特定的極限流量值，如果流量減少到這個值，則壓縮機的防喘振閥打開，以保證壓縮機入口有足夠的進氣量。固定極限流量控制是使進氣流量大于一定值流量，從而避免進入喘振區(qū)運行，但是由于壓縮機在低負荷運行時，能耗較大，應用范圍不廣。在需要通過轉速調節(jié)來改變壓縮機負荷的情況下，就更適合采用另一種防喘振控制，即可變極限流量防喘振控制。由于極限喘振流量是隨著轉速的降低而降低，因此最合理的方法是使進氣流量始終與極限喘振流量保持適當的安全余量，防喘振調節(jié)器沿著喘振極限流量曲線右側的安全控制線運行，這就是可變極限流量方法。

3、離心式壓縮機故障診斷技術分析

離心式壓縮機是一種復雜的機械設備，針對離心式壓縮機故障診斷和狀態(tài)監(jiān)測的技術手段和方法較多，主要的技術方法為：直觀檢測、振動噪聲監(jiān)測、熱力性能參數監(jiān)測、專家系統(tǒng)和神經網絡、潤滑油液分析等。

3.1直觀檢測方法

直觀檢測方法是指工作人員采用眼看、耳聽和自身經驗對離心式壓縮機的故障進行判斷。伴隨智能化技術在機械設備上的應用，此方法已逐漸不能滿足故障診斷的需求。

3.2振動噪聲監(jiān)測

振動噪聲監(jiān)測診斷的機理是應用離心式壓縮機主軸表面的振動信號對主軸與氣缸之間是否由于喘振導致剮蹭、密封磨損漏氣、以及主軸承狀態(tài)進行診斷。即利用振動傳感器采集的振動信號進行時域和頻域分析，實現(xiàn)壓縮機在線狀態(tài)監(jiān)測。由于這種方法最直接也相對來說較為可靠，所以現(xiàn)階段該方法廣泛應用于機組監(jiān)測過程中。

3.3油液監(jiān)測技術

油液監(jiān)測是通過對潤滑油中的磨粒進行監(jiān)測的技術，一般分為在線和離線兩類。離線監(jiān)測方法主要包括鐵譜分析、油液光譜分析以及應用能譜儀分析等；在線監(jiān)測方法主要包括在線式鐵譜儀和顆粒計數器等，在部分離心式壓縮機故障診斷中應用。

4、離心壓縮機故障診斷技術的發(fā)展趨勢

4.1 現(xiàn)代信號處理技術在振動信號數據處理中的應用

在離心壓縮機的故障診斷中，我們發(fā)現(xiàn)，最困難的就是數據信息提取，這一問題的存在對我們提早發(fā)現(xiàn)問題一直都是一個瓶頸式的障礙，所以信息采集方面我們必須要在現(xiàn)有的基礎上、有針對的研究、突破，如果我們可以將這一問題很好的解決，那么在今后的發(fā)展過程將會取得更大的突破。

4.2 建立先進的網絡診斷系統(tǒng)

現(xiàn)在來看離心壓縮機所帶動的生產設備一般都是大型的、連續(xù)的、復雜的生產設備，所以說設備診斷的網絡化就成了我們對設備檢測的主要方向，將整個系統(tǒng)都網絡化我們不僅可以更好的實時監(jiān)測到系統(tǒng)的運行情況，還可以通過實踐的積累總結出容易出現(xiàn)問題的情況，如現(xiàn)階段的遠程測控系統(tǒng)就是基于該原理設計的。

4.3人工智能診斷技術

目前已廣泛應用于離心式壓縮機故障診斷的人工智能診斷技術包括專家系統(tǒng)和神經網絡技術。其主要的機理是立足于大量的領域專家知識和實踐經驗的智能化系統(tǒng)，以此為基礎解決難度大、復雜度高的系統(tǒng)故障診斷難題。其具備易于構建、推理預測簡單、解釋機制強等優(yōu)勢；而專家知識準確和可靠獲取、系統(tǒng)具備較強的自學習能力是其需要解決的問題。

4.4 故障基理的研究

隨著離心壓縮機故障診斷及維修方面的深入研究，離心壓縮機的工作原理的理論研究也顯得更加重要，在很多時候我們往往可以通過理論研究以及技術參數來分析離心壓縮機發(fā)生故障的原因和將來可能會發(fā)生的故障，這樣對提高故障處理效率和準確性都有著積極的作用。

結束語

離心式壓縮機應用領域廣泛，主要涉及石油、化工、機械等行業(yè)。由于離心式壓縮機的應用行業(yè)范圍廣，因此針對離心式壓縮機的故障診斷技術研究具有重要的實際意義。針對離心式壓縮機的故障機理開展研究分析，梳理出離心式壓縮機故障及機理，總結了離心式壓縮機故障診斷技術的應用情況，以期通過在線監(jiān)測以及將來的智能測控分析系統(tǒng)為離心式壓縮機后期負荷投產的研究提供一定的指導。

參考文獻：

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[3]辛斌.離心式壓縮機故障診斷技術研究[J].當代化工研究，2018（06）：70-71.

（作者單位：沈陽鼓風機集團股份有限公司）