一、往復(fù)式壓縮機診斷方法的研究現(xiàn)狀

 

在工業(yè)上被廣泛使用的往復(fù)式壓縮機，故障診斷比較復(fù)雜，所以國內(nèi)外學(xué)者一直以來都很關(guān)注對它的研究。在國外，美國學(xué)者曾經(jīng)利用氣缸內(nèi)側(cè)的壓力信號圖像判斷氣閥故障及活塞環(huán)的磨損；捷克學(xué)者對千余種不同類型的壓縮機建立了常規(guī)性參數(shù)數(shù)據(jù)庫，確定評定參數(shù)，以判斷壓縮機的工作狀態(tài)等。

 

 

在國內(nèi)，有些專家對往復(fù)式壓縮機的缸蓋振動信號進行過簡單的分析，也有人在缸蓋振動信號對缸內(nèi)氣體壓力的影響方面進行過研究。有些學(xué)者在壓縮機的常規(guī)性能參數(shù)的監(jiān)測和控制方面做了大量的工作，就是為了能夠改變目前壓縮機操作人員用耳聽、眼看，憑借經(jīng)驗判斷故障的局面，而是有實際強有力的證據(jù)得到的監(jiān)測結(jié)果。

 

然而，由于往復(fù)式壓縮機結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，根據(jù)當(dāng)前的研究狀況以及研究資料表明，我們需要完善計算機技術(shù)和人工智能領(lǐng)域的專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的初步使用，使在故障診斷技術(shù)領(lǐng)域能夠有一套像旋轉(zhuǎn)機械那樣成熟的，得到人們普遍認(rèn)可和廣泛應(yīng)用的診斷系統(tǒng)，以供選擇并獲得往復(fù)式壓縮機工作狀態(tài)的有效特征參數(shù)。僅僅采取先憑經(jīng)驗或設(shè)想去確定和試湊特征參數(shù)，然后再進行實驗驗證的方法是不充分的，且不能找出最優(yōu)特征參數(shù)，與實際的應(yīng)用還是有一定的出入的，這同往復(fù)式壓縮機在工業(yè)中的重要地位是不相稱的。

 

二、往復(fù)式壓縮機熱力性能的故障及機理

 

（一）常見往復(fù)式壓縮機熱力性能故障類型及起因是各種各樣的

 

從相關(guān)資料和研究中可知，造成往復(fù)式壓縮機熱力故障的主要原因為填料函和氣閥等易損件的損壞。填料函的故障大大降低了排氣量、使得壓比失調(diào)等。

 

統(tǒng)計資料表明，氣閥故障占往復(fù)式壓縮機故障總數(shù)的60%，氣閥故障可導(dǎo)致壓比失調(diào)、排氣溫度增高、排氣量降低等，嚴(yán)重時甚至可拉毛氣缸導(dǎo)致機組報廢。在實際生產(chǎn)中，現(xiàn)場操作人員常根據(jù)它來進行診斷。

 

（二）往復(fù)式壓縮機機械功能的故障及機理

 

常見往復(fù)式壓縮機機械性能故障類型及起因也是多方面的。在生產(chǎn)過程中典型的機械故障有閥片碎裂、十字頭及活塞桿斷裂、活塞環(huán)斷裂、汽缸開裂、汽缸和汽缸蓋破裂、曲軸斷裂、連桿斷裂和變形、連桿螺栓斷裂、活塞卡住與開裂、機身斷裂和燒瓦、電機故障等。實踐證明，氣閥故障的診斷在往復(fù)式壓縮機故障診斷中是很重要的，但活塞桿斷裂、裂紋事故也較常見。由于運動件較多，大多數(shù)還是機械性能故障。

 

三、往復(fù)式壓縮機狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷方法及原理和技術(shù)特點

 

往復(fù)式壓縮機是一種復(fù)雜的機械設(shè)備，其狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的技術(shù)手段和方法也很多。通常采用的是在線間接診斷方法，即通過二次診斷信息來間接判斷其中關(guān)鍵零部件的狀態(tài)變化。常見的方法有：直觀檢測、熱力性能參數(shù)監(jiān)測、振動噪聲監(jiān)測、潤滑油液在線分析、專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。

 

（一）直觀檢測

 

壓縮機操作人員僅用耳聽、眼看、憑借經(jīng)驗判斷設(shè)備的故障。隨著機械設(shè)備朝著高度自動化的方向發(fā)展，該方法已無法滿足目前往復(fù)式壓縮機故障診斷的要求。

 

（二）熱力性能參數(shù)監(jiān)測

 

測量熱力性能參數(shù)，并據(jù)此判斷往復(fù)式壓縮機狀態(tài)，從而診斷故障的研究。一般通過儀表監(jiān)測壓縮機的油溫、水溫、排氣量、排氣壓力、冷卻水量等，為查找有關(guān)部件的故障提供有用的信息。由于該方法對故障點缺乏準(zhǔn)確性及預(yù)測性，目前主要用于監(jiān)測工藝參數(shù)及壓縮機的運行狀態(tài)。

 

（三）振動噪聲監(jiān)測

 

振動監(jiān)測診斷往復(fù)式壓縮機故障，在實驗室已取得了許多研究成果。利用機器表面振動信號診斷活塞與氣缸磨損、氣閥漏氣和主軸承狀態(tài)；在氣缸頭安裝振動傳感器，通過分析振動信號診斷缸內(nèi)故障；利用振動信號診斷往復(fù)式壓縮機主軸承故障；利用潤滑油管路內(nèi)的壓力波信號診斷往復(fù)式壓縮機軸承故障等。但由于背景噪聲干擾大，往復(fù)式機械工況的變化導(dǎo)致其信號的非平穩(wěn)性，缺少性能可靠的傳感器等原因，因此到現(xiàn)在為止還沒有被廣泛的運用。

 

（四）油液在線監(jiān)測

 

潤滑油油液分析分為兩大類：一類是油液本身物理化學(xué)性能的分析，潤滑油的粘度、酸度、水分、燃點、閃點等；另一類是油液中摩擦副磨損信息的分析，包括光譜分析、鐵譜分析、顆粒計數(shù)等。該方法的實施過程包括取樣、樣品制備、獲得監(jiān)測數(shù)據(jù)、形成診斷結(jié)論等步驟。潤滑油中磨粒監(jiān)測技術(shù)則可分為在線和離線兩大類。

 

離線監(jiān)測技術(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；在線監(jiān)測技術(shù)主要有顆粒計數(shù)器、在線式鐵譜儀等，已經(jīng)投入使用的主要有光學(xué)型磨損顆粒計數(shù)器，電磁型磨損顆粒計數(shù)器，尚未投入實際使用但已在研究的有X射線磨損顆粒在線監(jiān)測儀，超聲磨損顆粒監(jiān)測儀等。

 

（五）人工智能診斷

 

隨著計算機技術(shù)的不斷進步，人工智能診斷系統(tǒng)被應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，壓縮機的故障診斷也不例外。人工智能診斷是一種使用專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自學(xué)性和組織性特點，具備聯(lián)想記憶功能，能從設(shè)備故障中學(xué)習(xí)、積累經(jīng)驗，并借助故障方面的知識，同時以一些搜索方式和推理方式作為輔助，對較為復(fù)雜的系統(tǒng)故障進行診斷的智能化計算機程序系統(tǒng)。其所具有的優(yōu)勢是診斷方式較為簡單快捷且解釋機制強，但缺陷是推理機制太過簡單且所借助的知識是否可靠等等。

 

（六）早期預(yù)警技術(shù)

 

早期預(yù)警技術(shù)能夠?qū)υO(shè)備的異常信息做出快速的分析和判斷，并準(zhǔn)確地得出設(shè)備當(dāng)前時刻的異常信息、開停車狀態(tài)、異常診斷結(jié)論等信息，進而主動反饋輸出結(jié)果，有效輔助現(xiàn)場工作人員對設(shè)備進行統(tǒng)一管理。

 

 

當(dāng)前主要的研究方向包括氣閥故障及預(yù)警、活塞桿斷裂故障及預(yù)警、大頭瓦磨損故障及預(yù)警等等，并通過相關(guān)實驗得出了相應(yīng)的結(jié)論，在減少故障發(fā)生方面起到了至關(guān)重要的作用。隨著研究的不斷深入，越來越多的典型故障決策模型將會建立起來，診斷經(jīng)驗的積累不斷增多，決策模型和預(yù)警方法將會進一步改進提升，提高對故障診斷的準(zhǔn)確性，保證設(shè)備的正常運行。

 

四、對于往復(fù)式壓縮機中出現(xiàn)問題的對策

 

對于往復(fù)式壓縮機熱力性能故障中的問題的類型，其主要是（1）排氣量不足；（2）溫度異常。

 

解決往復(fù)式壓縮機熱力性能故障的對策：

 

（1）對于排氣量不足

 

a.進氣濾清器的故障，應(yīng)定期清洗濾清器，對氣閥板、閥片上的污垢進行清洗，有利于空壓機保持正常排氣量。常規(guī)情況下每200小時應(yīng)清洗一次濾清器，每500～800小時應(yīng)清洗一次氣閥。

 

b.氣缸、活塞、活塞環(huán)磨損嚴(yán)重超差，使有關(guān)間隙增大，泄漏量增大，影響排氣量。屬于正常磨損的，應(yīng)及時更換易損件，如活塞環(huán)等。屬于安裝不當(dāng)、間隙不合適時，應(yīng)按圖紙進行糾正；無圖紙時，可按經(jīng)驗資料，活塞與氣缸之間沿圓周的間隙，為鑄鐵活塞時，間隙為氣缸直徑的0.06％～009％；為鋁合金活塞時，間隙為氣缸直徑的0.12％～0.18％；鋼活塞可取鋁合金活塞的較小值。

 

c.壓縮機轉(zhuǎn)速降低，因為空氣壓縮機的排氣量是按一定的海拔高度、吸氣溫度、濕度設(shè)計的，所有使用不能超過標(biāo)準(zhǔn)的高原，就不會導(dǎo)致吸氣壓力降低，使排氣量降低。

 

d.潤滑油質(zhì)量不好，應(yīng)選擇高質(zhì)量的潤滑油。長期工作后，潤滑油會含有雜質(zhì)、灰塵，要進行過濾。一般情況，每500～800小時應(yīng)更換一次機油，并對前一次使用的機油進行過濾。

 

（2）對于溫度異常

 

a.中間冷卻效率低，或者中冷卻器內(nèi)結(jié)水垢影響換熱，則后一級的吸氣溫度必然升高，排氣溫度也會增高。

 

b.氣閥漏氣、活塞環(huán)漏氣，不僅影響到排氣溫度升高，而且會使級間壓力發(fā)生變化，壓力比高于正常值均會使排氣溫度升高。

 

c.水冷式壓縮機，缺水或水量不足時均會使排氣溫度升高。

 

對于往復(fù)式壓縮機機械功能的故障中的類型其主要表現(xiàn)為異常振動、異常響聲。

 

往復(fù)壓縮機由于存在旋轉(zhuǎn)慣性力、往復(fù)慣性力及力矩，將會引起機械及基礎(chǔ)的振動。主要部位包括氣缸和機體部分振動。

 

（1）氣缸部分

 

a.氣缸內(nèi)侵入雜物，應(yīng)排除夾雜物；

 

b.填料、托瓦或活塞環(huán)異常磨損，軸向間隙大，應(yīng)更換部件；

 

c.管線強制振動，應(yīng)加強管線支承；

 

d.氣缸與十字頭滑道的同心度不正，應(yīng)重找同心度；

 

e.缸套定位不好或其他原因，連接部位存在松動；

 

f.氣閥工作狀態(tài)不好。

 

（2）機體部分振動

 

a.往復(fù)慣性力和力矩沒有平衡好；

 

b.曲軸中心線與機身滑道中心線不垂直；

 

c.對稱平衡型壓縮機機身的主軸承不同心；

 

d.機身水平度不符合要求；

 

e.運動部件連接不牢固；

 

f.地腳螺栓松動。

 

（3）故障解決方法

 

a.氣缸余隙容積過大，調(diào)整氣缸余隙尺寸；

 

b.吸排氣閥咬住，拆開氣閥，清洗、修理或更換；

 

c.吸排氣閥不嚴(yán)密或活塞環(huán)漏氣，清洗或進行更換；

 

d.吸排氣閥、管通道截面積小，清洗過濾器，檢查吸氣閥和排氣管路的通道面積。