往復(fù)式壓縮機(jī)故障診斷技術(shù)探析

袁曉丹 齊宏星

摘 要：作為現(xiàn)代化工企業(yè)最為重要的機(jī)械設(shè)備之一，往復(fù)式壓縮機(jī)出現(xiàn)故障直接影響企業(yè)正常生產(chǎn)帶來巨大經(jīng)濟(jì)損失，客觀上要求企業(yè)技術(shù)人員重視往復(fù)式壓縮機(jī)日常維護(hù)工作，將其視為企業(yè)重點(diǎn)工作之一，及時發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)故障，便于全面分析故障發(fā)生原因，保證往復(fù)式壓縮機(jī)運(yùn)行安全性及穩(wěn)定。本文以往復(fù)式壓縮機(jī)為切入點(diǎn)分析其故障產(chǎn)生原因，就提出具體的故障診斷技術(shù)進(jìn)行深入探究，旨在為相關(guān)從業(yè)人員積累更多的工作經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：往復(fù)式壓縮機(jī);故障;診斷技術(shù)

1 ?前言

隨著化工產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，往復(fù)式壓縮機(jī)具有單位耗電量少、效率高、造價低廉、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，在石油化工領(lǐng)域的應(yīng)用范圍廣泛。既能有效提高工作的效率，又能推動行業(yè)的發(fā)展，但在其實際操作中存在許多的問題，即：易發(fā)生氣閥類、支撐環(huán)、活塞磨損等常見故障，設(shè)備一旦出現(xiàn)故障就很危險，對相關(guān)人員的人身安全產(chǎn)生威脅，也會影響化工企業(yè)生產(chǎn)效率。因此，應(yīng)利用在線監(jiān)測系統(tǒng)及時發(fā)現(xiàn)往復(fù)式壓縮機(jī)的故障并及時解決。

2 ?往復(fù)式壓縮機(jī)原理及故障

往復(fù)式壓縮機(jī)本身是容積式壓縮機(jī)，在其應(yīng)用過程中，曲軸結(jié)構(gòu)會帶動連桿結(jié)構(gòu)，然后連桿直接帶動活塞，活塞會在形成上下運(yùn)動的趨勢?；镜脑斫Y(jié)構(gòu)中，一方面，活塞向下，往復(fù)式壓縮機(jī)汽缸容積會逐漸升高，此時進(jìn)氣閥開排氣閥閉，實現(xiàn)進(jìn)氣。另一方面，活塞向上，氣缸容積變小，出氣閥開進(jìn)氣閥關(guān)，實現(xiàn)壓縮。往復(fù)式壓縮機(jī)最為常見的熱力性能故障引發(fā)原因是多種多樣的，查閱相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，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(fù)式壓縮機(jī)熱力性能引發(fā)的機(jī)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(jī)故障等。機(jī)械實際使用證明，氣閥故障的診斷是往復(fù)式壓縮機(jī)診斷新跟那個的重要因素，但由于往復(fù)式壓縮機(jī)內(nèi)運(yùn)動件的過多，所以引起性能故障的大多為機(jī)械性能故障。

3 ?往復(fù)式壓縮機(jī)故障診斷技術(shù)

3.1分級診斷和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

根據(jù)分級診斷策略，結(jié)合多級壓縮機(jī)特點(diǎn)，筆者建議將壓縮機(jī)診斷分為兩步來完成。第一步是檢測各級壓力、溫度變化規(guī)律，通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來診斷故障發(fā)生的級數(shù);第二步按單級壓縮機(jī)處理，通過閥腔脈動壓力來診斷故障原因。應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來診斷故障發(fā)生的級數(shù)時，診斷系統(tǒng)知識庫的組建是關(guān)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(xiàn)為訓(xùn)練樣本的獲取與選擇，訓(xùn)練樣本的選擇來源于同類型診斷對象在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時和帶故障運(yùn)轉(zhuǎn)時的各種特征參數(shù)。訓(xùn)練樣本的選擇應(yīng)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(fù)式壓縮機(jī)的工作原理，其中包含大量金屬構(gòu)件的相對運(yùn)動和摩擦效應(yīng)。理論研究和實踐都證明，潤滑油的衰敗周期和機(jī)械設(shè)備的不同運(yùn)轉(zhuǎn)階段有關(guān)。磨損微粒包含有運(yùn)動狀態(tài)的信息，通過對磨損微粒數(shù)量、分布、形貌和磨損狀況的分析，能夠得到故障發(fā)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(fù)式壓縮機(jī)使用過的潤滑油，并對其進(jìn)行各種監(jiān)測分析手段，最終達(dá)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(shù)據(jù)分析和診斷報告等。油液檢測方法有賴于參與摩擦運(yùn)動的所有零部件特有金屬元素化學(xué)性質(zhì)的檢測，通過微粒在摩擦之前和之后的性質(zhì)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(jiān)測能力差、在線診斷精確度不高等缺點(diǎn)。對于雙作用壓縮機(jī)和無潤滑壓縮機(jī)的檢測不適用，同時無法反應(yīng)汽缸部分的故障。因此，油液分析方法可以作為往復(fù)式壓縮機(jī)內(nèi)部機(jī)械運(yùn)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(fù)式壓縮機(jī)各項數(shù)據(jù)進(jìn)行測量和分析，以達(dá)到故障診斷的目的，包括對壓縮機(jī)的油溫、水溫、排氣量、冷卻水量等數(shù)據(jù)信息的監(jiān)測。在對往復(fù)式壓縮機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集時，由于不同部件出現(xiàn)故障在數(shù)據(jù)上表現(xiàn)不同，采用熱力診斷法在診斷和預(yù)測故障時容易缺乏準(zhǔn)確性，目前主要應(yīng)用于壓縮機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和監(jiān)測參數(shù)等方面。

3.4人工智能診斷法

相比于上述的診斷措施，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(jī)故障。在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與人工智能的輔助下，故障診斷就會表現(xiàn)為更高的精確度，進(jìn)而全面縮短排除故障消耗的時間。在網(wǎng)絡(luò)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(jié)論，這種措施便于迅速判定故障并且消除故障。應(yīng)當(dāng)明確的是，對于壓縮機(jī)如果要全面判斷引發(fā)故障的根源所在，那么有必要密切結(jié)合多項相關(guān)要素。例如針對設(shè)備自診斷的模式而言，對此有必要設(shè)置關(guān)鍵的參數(shù)，然后運(yùn)用特定的措施來實現(xiàn)參數(shù)處理。除此以外，還要考慮到信號信噪比、采樣數(shù)據(jù)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(fù)式壓縮機(jī)故障診斷注意事項

往復(fù)式壓縮機(jī)的大量應(yīng)用，推動了故障診斷技術(shù)的發(fā)展。但是故障診斷分析技術(shù)收到各方面因素的影響，故障原理各不相同，所以壓縮機(jī)故障分析一直是該領(lǐng)域的一大難點(diǎn)。在往復(fù)式壓縮機(jī)故障診斷中應(yīng)注意幾個問題：（1）深入研究故障診斷中的定量分析技術(shù)。現(xiàn)階段多數(shù)診斷技術(shù)都是定性或半定量的手段，無法完成準(zhǔn)確位置和故障情況的診斷，給維修和保養(yǎng)帶來一定難度;（2）建立往復(fù)式壓縮機(jī)診斷系統(tǒng)。將現(xiàn)階段應(yīng)用較好的診斷技術(shù)進(jìn)行集成，通過比對各種手段得到的故障分析結(jié)果，精確定位故障位置與發(fā)生原因;（3）注重數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建。數(shù)學(xué)分析技術(shù)是故障分析中的難點(diǎn)和重點(diǎn)，只有通過嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)的數(shù)學(xué)分析手段，才能進(jìn)一步提升故障診斷的準(zhǔn)確性。

5 ?結(jié)束語

為使往復(fù)壓縮機(jī)服務(wù)于企業(yè)安全生產(chǎn)，故障診斷技術(shù)要進(jìn)一步深化、效率化、智能化，還要做好理論結(jié)合實踐，強(qiáng)化交流溝通，形成研究合力。目前很多學(xué)者為節(jié)約物力、財力、人力傾向于實驗室模擬研究，與大型石化企業(yè)交流溝通聯(lián)系不夠，研究方法難于用于實踐。企業(yè)實踐者由于理論水平相對較低，難以將豐富的經(jīng)驗上升為理論，上升為智能處理系統(tǒng)且實踐精英分別在各企業(yè)，成為信息孤島。因此，應(yīng)加強(qiáng)各企業(yè)單位與學(xué)者、專家的充分交流溝通，形成綜合研究合力、集體創(chuàng)新合力，共同推進(jìn)往復(fù)壓縮機(jī)故障診斷技術(shù)再上新臺階。另一方面，目前各種診斷技術(shù)和方法均從某一方面取得了一些成績，但缺乏完整的、系統(tǒng)的、普遍的、成熟的診斷系統(tǒng)，以供企業(yè)快速、準(zhǔn)確找到故障，這與往復(fù)壓縮機(jī)在工業(yè)中的重要地位是不相符的，需要將各種方法、參數(shù)、信號進(jìn)行大規(guī)模集成，要注重交叉、集合研究，以促進(jìn)綜合診斷體系的形成。

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