淺談往復(fù)式壓縮機(jī)故障診斷技術(shù)

摘 要：往復(fù)式壓縮機(jī)是制造業(yè)中常用的過(guò)程裝備，作為壓縮并輸送工藝介質(zhì)的關(guān)鍵設(shè)備，在航空、航天、化工、石油等眾多關(guān)鍵領(lǐng)城都扮演著重要的角色。但是，在實(shí)際使用過(guò)程中，壓縮機(jī)會(huì)出現(xiàn)一些故障問(wèn)題，解決壓縮機(jī)故障并進(jìn)行維修處理非常重要，因此，本文主要研究壓縮機(jī)故障診斷與維修處理措施，希望對(duì)相關(guān)的研究人員有一定的幫助。

關(guān)鍵詞：往復(fù)式壓縮機(jī);故障診斷;小波分析;線(xiàn)性回歸;聲發(fā)射

壓縮機(jī)在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域都有較廣泛的應(yīng)用，尤其是往復(fù)式壓縮機(jī)，其性能比較穩(wěn)定，驅(qū)動(dòng)性能較好，排量范圍廣泛，設(shè)備運(yùn)行效率高。在制冷設(shè)備中，往復(fù)式壓縮機(jī)更是不可或缺的設(shè)備?；谕鶑?fù)式壓縮機(jī)較為復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在其發(fā)生故障時(shí)，我們需要采用系統(tǒng)的診斷方式，利用多種故障診斷技術(shù)，對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行全面的分析，找出故障成因，采取針對(duì)性的措施進(jìn)行解決，保障往復(fù)式壓縮機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

1壓縮機(jī)的故障

往復(fù)式壓縮相對(duì)于其他形式的壓縮機(jī)來(lái)說(shuō)運(yùn)轉(zhuǎn)部件較多，摩擦易損件也多，特別是多級(jí)壓縮機(jī)，介質(zhì)流程長(zhǎng)，介質(zhì)過(guò)流部件多，所以往復(fù)式壓縮機(jī)故障非常頻繁，故障產(chǎn)生的原因常常是復(fù)雜多樣，有些甚至是相互關(guān)聯(lián)。因此必須經(jīng)過(guò)細(xì)心的觀(guān)察研究，甚至要經(jīng)過(guò)多方面的試驗(yàn)，并依靠豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)積累，才能判斷出產(chǎn)生故障的真正原因所在。但在實(shí)際使用過(guò)程中突發(fā)的一些故障，對(duì)作業(yè)的進(jìn)展造成了嚴(yán)重的負(fù)面影響，最常見(jiàn)的故障形式有三種，分別為氣閥故障、冷卻水問(wèn)題、活塞環(huán)故障。氣閥故障可以進(jìn)一步細(xì)分為閥片故障、彈簧故障。閥片在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)作過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)磨損，從而無(wú)法充分發(fā)揮出自身作用，進(jìn)而就會(huì)導(dǎo)致問(wèn)題的出現(xiàn)。往復(fù)式壓縮機(jī)中含有多個(gè)彈簧式閥門(mén)，并且均勻的分布在氣缸上，而彈簧在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)作后可能出現(xiàn)疲勞，彎曲應(yīng)力和扭矩周期就會(huì)發(fā)生變化，最終導(dǎo)致故障問(wèn)題出現(xiàn)。另外，氣缸之間縫隙過(guò)大、潤(rùn)滑油質(zhì)量不達(dá)標(biāo)等因素也會(huì)導(dǎo)致一些故障問(wèn)題的頻繁出現(xiàn)。

1.1機(jī)械功能引起的壓縮機(jī)故障

往復(fù)式壓縮機(jī)在日常的使用過(guò)程中，內(nèi)部件受到不同程度的磨損、出現(xiàn)異常震動(dòng)或機(jī)器過(guò)熱，會(huì)導(dǎo)致往復(fù)式壓縮機(jī)出現(xiàn)機(jī)械功能故障。機(jī)器在使用的時(shí)候，零件會(huì)發(fā)生磨損，零件的松動(dòng)連接或管道中的異常氣流都會(huì)引起異常振動(dòng)。異常振動(dòng)是由閥組的嚴(yán)重磨損或活塞的故障引起的。這些故障都會(huì)或多或少地影響壓縮機(jī)的使用，影響企業(yè)的生產(chǎn)進(jìn)度，降低企業(yè)的效率。

1.2潤(rùn)滑系統(tǒng)故障

在往復(fù)式壓縮機(jī)的使用過(guò)程中，潤(rùn)滑油的使用是非常重要的，在使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)潤(rùn)滑故障的問(wèn)題，潤(rùn)滑故障主要包括潤(rùn)滑箱、潤(rùn)滑管道以及過(guò)濾器等處的故障。當(dāng)潤(rùn)滑箱出現(xiàn)泄漏后，潤(rùn)滑油會(huì)流出來(lái)污染設(shè)備和廠(chǎng)房，需要對(duì)潤(rùn)滑箱進(jìn)行修理或者更換。當(dāng)潤(rùn)滑管道出現(xiàn)問(wèn)題發(fā)生潤(rùn)滑油泄漏時(shí)，需先對(duì)潤(rùn)滑管道進(jìn)行疏通，若疏通不行，則潤(rùn)滑管道可能有破損，就要對(duì)潤(rùn)滑管進(jìn)行更換。當(dāng)過(guò)濾器發(fā)生故障時(shí)，要考慮過(guò)濾器堵塞或破損的問(wèn)題。此外，還會(huì)出現(xiàn)由于溫度過(guò)高導(dǎo)致潤(rùn)滑系統(tǒng)出現(xiàn)故障。在使用壓縮機(jī)的時(shí)候，還應(yīng)注意避免使用劣質(zhì)的潤(rùn)滑油，因壓縮機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，會(huì)因摩擦產(chǎn)生大量的熱，如果潤(rùn)滑油發(fā)生變質(zhì)，當(dāng)熱量積累到一定的程度，就會(huì)使設(shè)備出現(xiàn)過(guò)度磨損的現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致壓縮機(jī)出現(xiàn)故障。

2往復(fù)式壓縮機(jī)故障診斷技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及主要診斷技術(shù)

往復(fù)式壓縮機(jī)的應(yīng)用有著較為漫長(zhǎng)的演變歷史，其故障診斷可以分為四個(gè)階段。往復(fù)式壓縮機(jī)最早起源于19世紀(jì)，當(dāng)時(shí)相關(guān)技術(shù)體系還不成熟，一般都是采用事后處理的方式;第二階段是20世紀(jì)初，壓縮機(jī)的整體規(guī)模得到了較大的提升，機(jī)械結(jié)構(gòu)逐漸趨于系統(tǒng)化，所以采用的方式有所改變，由事后處理轉(zhuǎn)為了定期預(yù)防維修的方式;第三階段是20世紀(jì)60年代，該階段科技水平有了飛速提升，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，使工作人員可實(shí)時(shí)監(jiān)控壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行預(yù)防;第四階段是80年代至今，智能技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用使得壓縮機(jī)具有了更多操作的可行性，往復(fù)式壓縮機(jī)的性能指標(biāo)也得到了一個(gè)顯著的提升。往復(fù)式壓縮機(jī)發(fā)展至今，針對(duì)其故障問(wèn)題，科研人員采取了系統(tǒng)性的故障診斷措施，但從目前的情況看，還沒(méi)有形成一套完善的診斷系統(tǒng)，這在一定程度上限制了往復(fù)式壓縮機(jī)的發(fā)展進(jìn)程。

2.1專(zhuān)家系統(tǒng)

專(zhuān)家系統(tǒng)是往復(fù)式壓縮機(jī)故障診斷中常用的一種診斷技術(shù)，基于專(zhuān)家系統(tǒng)數(shù)據(jù)計(jì)算的優(yōu)勢(shì)，可以進(jìn)一步提高故障診斷的準(zhǔn)確性，便于管理人員作出正確的解決對(duì)策。專(zhuān)家系統(tǒng)在往復(fù)式壓縮機(jī)中的應(yīng)用是多方面的，需要做好各個(gè)環(huán)節(jié)的準(zhǔn)備工作。在前期階段，需要收集信息，采集與設(shè)備系統(tǒng)參數(shù)相關(guān)的知識(shí)，比如，排氣量異常檢測(cè)，通過(guò)觀(guān)察設(shè)備參數(shù)變化，找出往復(fù)式壓縮機(jī)的異常部位，然后，采取針對(duì)性的措施進(jìn)行解決。在專(zhuān)家系統(tǒng)中，可將各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的整合，形成專(zhuān)家知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)的作用在于跟蹤分析故障狀態(tài)，根據(jù)故障狀態(tài)找出合適的解決方式，以故障樹(shù)的方式進(jìn)行可視化分析，提高故障解決效率。故障樹(shù)包含的內(nèi)容比較多，如閥座損壞、連接松動(dòng)、儀表失準(zhǔn)等，專(zhuān)家系統(tǒng)的診斷原理在于知識(shí)庫(kù)的時(shí)效性運(yùn)行，知識(shí)庫(kù)會(huì)定期運(yùn)行，診斷往復(fù)式壓縮機(jī)的整體狀態(tài)，將分析結(jié)果寫(xiě)入知識(shí)庫(kù)中，便于管理人員更好地開(kāi)展維護(hù)工作。

2.2小波分析

正常情況下，往復(fù)式壓縮機(jī)發(fā)生故障會(huì)產(chǎn)生很多不穩(wěn)定的波動(dòng)信號(hào)，這些信號(hào)呈振動(dòng)形式，不同頻率的振動(dòng)信號(hào)其表現(xiàn)形式不同，反應(yīng)出來(lái)壓縮機(jī)的故障特性。小波分析主要是針對(duì)這些振動(dòng)信號(hào)，以在線(xiàn)的方式對(duì)往復(fù)式壓縮機(jī)進(jìn)行全面的診斷，根據(jù)振動(dòng)信號(hào)分析出故障預(yù)警信息。往復(fù)式壓縮機(jī)故障診斷是一個(gè)綜合性的過(guò)程，存在很多不可控的因素，需要合理調(diào)控每個(gè)環(huán)節(jié)的影響因素，以小波分析而言，可以在小波分析中引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的延伸性，可以很好地彌補(bǔ)小波分析的不足之處，進(jìn)一步完善往復(fù)壓縮機(jī)的診斷系統(tǒng)。比如，在故障樣本訓(xùn)練中，需要收集大量的在現(xiàn)信號(hào)，將這些信號(hào)傳輸?shù)焦潭▍^(qū)城，對(duì)其進(jìn)行信號(hào)消噪處理，在信號(hào)的傳輸下，故障樣本進(jìn)入小波分析中，逐漸分支重組，根據(jù)小波的分析提取故障特征，將這些信息傳輸?shù)缴窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練中，經(jīng)過(guò)細(xì)化處理，形成最終的診斷報(bào)告。小波分析與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立了起來(lái)一個(gè)連接性質(zhì)的橋梁，兩者相互融合彌補(bǔ)了各自的缺陷，小波分析在氣閥泄漏、氣缸組件泄漏、基礎(chǔ)聯(lián)動(dòng)松動(dòng)等故障中有著較為理想的應(yīng)用效果。

2.3線(xiàn)性回歸分析

往復(fù)式壓縮機(jī)故障診斷方式比較多樣化，線(xiàn)性回歸分析就是其中一種，線(xiàn)性回歸分析可以分為一元回歸分析和多元回歸分析。常用的是一元回歸分析，一元回歸分析在故障診斷的應(yīng)用比較特別，在開(kāi)展分析的時(shí)候，主要有兩個(gè)參數(shù)，包括自變量和因變量，自變量和因變量的聯(lián)動(dòng)形成了一元線(xiàn)性關(guān)系，通過(guò)一元線(xiàn)性的延伸性，可以準(zhǔn)確測(cè)試出往復(fù)式壓縮機(jī)的全部信息。利用可視化技術(shù)構(gòu)建回歸模型，通過(guò)對(duì)模型的觀(guān)察，可以找出與故障問(wèn)題相關(guān)的信息，這種模型包含的信息內(nèi)容比較廣泛，可以用來(lái)檢測(cè)往復(fù)式壓縮機(jī)的壓力變化，調(diào)查振動(dòng)強(qiáng)度的壓力關(guān)系，通過(guò)全面的分析得出一個(gè)較準(zhǔn)確的診斷結(jié)果.

2.4聲發(fā)射技術(shù)

聲發(fā)射技術(shù)在往復(fù)式壓縮機(jī)故障診斷中的應(yīng)用比較廣泛，聲發(fā)射源主要存在于往復(fù)式壓縮機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，通過(guò)系統(tǒng)指令進(jìn)行傳輸，流過(guò)傳感器的耦合界面，聲發(fā)射源會(huì)轉(zhuǎn)變形態(tài)，由聲發(fā)射儀接收信號(hào)，接收的信號(hào)會(huì)呈可視化形式展現(xiàn)出來(lái)，以此形成故障診斷的數(shù)據(jù)。往復(fù)式壓縮機(jī)的整體狀態(tài)星一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的趨勢(shì)，通過(guò)聲發(fā)射技術(shù)，可以及時(shí)判斷出往復(fù)式壓縮機(jī)的時(shí)效性狀態(tài)，發(fā)射信號(hào)的傳輸頻率比較快，便于工作人員快速采集到故障信息。在往復(fù)式壓縮機(jī)的樣品檢測(cè)中，聲發(fā)射技術(shù)具有層級(jí)性分化特點(diǎn)，它可以將壓縮機(jī)的信號(hào)全部采集到一起，信號(hào)可以分為兩大類(lèi)，一是故障壓縮機(jī)AB信號(hào)檢測(cè)，二是正常壓縮機(jī)AB信號(hào)檢測(cè)，在聲發(fā)射技術(shù)處理下，可以將不同的信號(hào)種類(lèi)分開(kāi)，進(jìn)行全面的對(duì)比分析，找出其中的故障點(diǎn)，保證故障診斷信息的準(zhǔn)確性。

3壓縮機(jī)日常故障維修處理方式

3.1溫度異常故障維修方式

對(duì)溫度引起的故障問(wèn)題可通過(guò)控制溫度進(jìn)行維修，在介質(zhì)入口處安裝溫度控制設(shè)備，可以實(shí)時(shí)地檢測(cè)溫度，使得溫度保持在合理的范圍內(nèi)。在檢測(cè)的過(guò)程中，若發(fā)現(xiàn)發(fā)生溫度故障的原因是機(jī)器老化所導(dǎo)致，若維修不好，可對(duì)其進(jìn)行更換。需要注意的是，在更換的過(guò)程中，要選擇和機(jī)器原零件相同型號(hào)的零件進(jìn)行更換，之后再進(jìn)行檢測(cè)，如果檢測(cè)出來(lái)還存在問(wèn)題，那么就需要再次進(jìn)行更換，直到故障排除為止。

3.2噪音故障維修方式

在對(duì)壓縮機(jī)噪音故障進(jìn)行維修的情況下，可以先采用經(jīng)驗(yàn)法對(duì)故障進(jìn)行檢測(cè)，查看發(fā)動(dòng)機(jī)的情況，在檢查后，如果發(fā)現(xiàn)為發(fā)動(dòng)機(jī)松動(dòng)的問(wèn)題，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行加固即可。如果非上述問(wèn)題，就需要采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法檢測(cè)，檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)震動(dòng)的過(guò)程中的頻率參數(shù)，將檢測(cè)到的數(shù)值輸入計(jì)算機(jī)和標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)值對(duì)比，如果數(shù)值的差距較大，就說(shuō)明發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部組件可能存在問(wèn)題，此時(shí)需對(duì)組件進(jìn)行拆卸和維修。

3.3油液故障維修方式

油液潤(rùn)滑故障也是往復(fù)式壓縮機(jī)常見(jiàn)的故障，采用便攜式油液性能測(cè)試箱，可簡(jiǎn)便地測(cè)試油液的粘度、酸堿值、水分、機(jī)械雜質(zhì)等多項(xiàng)指標(biāo)。潤(rùn)滑油中磨粒監(jiān)測(cè)技術(shù)則可分為在線(xiàn)和離線(xiàn)兩大類(lèi)。離線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)主要有油液光譜分析、鐵譜分析及利用掃描電子顯微鏡和能譜儀分析鐵譜譜片等;在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)主要有顆粒計(jì)數(shù)器、在線(xiàn)式鐵譜儀等。在監(jiān)測(cè)到潤(rùn)滑油出現(xiàn)異常指標(biāo)時(shí)，需及時(shí)對(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)行過(guò)濾或更換。

4 結(jié)語(yǔ)

在往復(fù)式壓縮機(jī)發(fā)生故障時(shí)，只有用科學(xué)的故障診斷方法檢測(cè)出機(jī)器的故障，并對(duì)機(jī)器進(jìn)行及時(shí)的維修，才能夠保證機(jī)器正常的運(yùn)行和使用?？梢灶A(yù)見(jiàn)，今后往復(fù)式壓縮機(jī)故障診斷技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是利用小波分析結(jié)合人工智能理論、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等方法，開(kāi)發(fā)出多源信息融合的實(shí)時(shí)在線(xiàn)故障診斷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。往復(fù)式壓縮機(jī)不同的特征參數(shù)有各自的敏感區(qū)域，表現(xiàn)出對(duì)不同故障靈敏度的不同，因此綜合利用大量信息進(jìn)行多源信息融合化，是今后往復(fù)式壓縮機(jī)故障診斷技術(shù)應(yīng)重點(diǎn)研究的課題。在實(shí)時(shí)在線(xiàn)診斷方面，應(yīng)重點(diǎn)研制適合往復(fù)式壓縮機(jī)故障診斷的專(zhuān)用新型集成化傳感器和觀(guān)測(cè)器，尋找各振動(dòng)信號(hào)之間相互交叉影響最小的最佳測(cè)點(diǎn)，利用現(xiàn)代信號(hào)處理方法以及智能理論等實(shí)現(xiàn)故障的自動(dòng)診斷。充分利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等的自學(xué)習(xí)能力并對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，尤其是將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引入狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷領(lǐng)域，將成為實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)故障診斷的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。

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作者簡(jiǎn)介：

譚啟龍（1981.10—），男，漢族，河南泌陽(yáng)人，本科，助理研究員，研究方向：專(zhuān)利審查。