一、往復(fù)式壓縮機(jī)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(jī)，故障診斷比較復(fù)雜，所以國(guó)內(nèi)外學(xué)者一直以來(lái)都很關(guān)注對(duì)它的研究。在國(guó)外，美國(guó)學(xué)者曾經(jīng)利用氣缸內(nèi)側(cè)的壓力信號(hào)圖像判斷氣閥故障及活塞環(huán)的磨損；捷克學(xué)者對(duì)千余種不同類(lèi)型的壓縮機(jī)建立了常規(guī)性參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，確定評(píng)定參數(shù)，以判斷壓縮機(jī)的工作狀態(tài)等。

 

 

在國(guó)內(nèi)，有些專(zhuān)家對(duì)往復(fù)式壓縮機(jī)的缸蓋振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行過(guò)簡(jiǎn)單的分析，也有人在缸蓋振動(dòng)信號(hào)對(duì)缸內(nèi)氣體壓力的影響方面進(jìn)行過(guò)研究。有些學(xué)者在壓縮機(jī)的常規(guī)性能參數(shù)的監(jiān)測(cè)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(jī)操作人員用耳聽(tīng)、眼看，憑借經(jīng)驗(yàn)判斷故障的局面，而是有實(shí)際強(qiáng)有力的證據(jù)得到的監(jiān)測(cè)結(jié)果。

 

然而，由于往復(fù)式壓縮機(jī)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(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能領(lǐng)域的專(zhuān)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(jī)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(jī)工作狀態(tài)的有效特征參數(shù)。僅僅采取先憑經(jīng)驗(yàn)或設(shè)想去確定和試湊特征參數(shù)，然后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方法是不充分的，且不能找出最優(yōu)特征參數(shù)，與實(shí)際的應(yīng)用還是有一定的出入的，這同往復(fù)式壓縮機(jī)在工業(yè)中的重要地位是不相稱(chēng)的。

 

二、往復(fù)式壓縮機(jī)熱力性能的故障及機(jī)理

 

（一）常見(jiàn)往復(fù)式壓縮機(jī)熱力性能故障類(lèi)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(jī)熱力故障的主要原因?yàn)樘盍虾蜌忾y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(jì)資料表明，氣閥故障占往復(fù)式壓縮機(jī)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(shí)甚至可拉毛氣缸導(dǎo)致機(jī)組報(bào)廢。在實(shí)際生產(chǎn)中，現(xiàn)場(chǎng)操作人員常根據(jù)它來(lái)進(jìn)行診斷。

 

（二）往復(fù)式壓縮機(jī)機(jī)械功能的故障及機(jī)理

 

常見(jiàn)往復(fù)式壓縮機(jī)機(jī)械性能故障類(lèi)型及起因也是多方面的。在生產(chǎn)過(guò)程中典型的機(jī)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(kāi)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(kāi)裂、機(jī)身斷裂和燒瓦、電機(jī)故障等。實(shí)踐證明，氣閥故障的診斷在往復(fù)式壓縮機(jī)故障診斷中是很重要的，但活塞桿斷裂、裂紋事故也較常見(jiàn)。由于運(yùn)動(dòng)件較多，大多數(shù)還是機(jī)械性能故障。

 

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

 

往復(fù)式壓縮機(jī)是一種復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備，其狀態(tài)監(jiān)測(cè)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(guò)二次診斷信息來(lái)間接判斷其中關(guān)鍵零部件的狀態(tài)變化。常見(jiàn)的方法有：直觀檢測(cè)、熱力性能參數(shù)監(jiān)測(cè)、振動(dòng)噪聲監(jiān)測(cè)、潤(rùn)滑油液在線分析、專(zhuān)家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。

 

（一）直觀檢測(cè)

 

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

 

（二）熱力性能參數(shù)監(jiān)測(cè)

 

測(cè)量熱力性能參數(shù)，并據(jù)此判斷往復(fù)式壓縮機(jī)狀態(tài)，從而診斷故障的研究。一般通過(guò)儀表監(jiān)測(cè)壓縮機(jī)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(duì)故障點(diǎn)缺乏準(zhǔn)確性及預(yù)測(cè)性，目前主要用于監(jiān)測(cè)工藝參數(shù)及壓縮機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。

 

（三）振動(dòng)噪聲監(jiān)測(cè)

 

振動(dòng)監(jiān)測(cè)診斷往復(fù)式壓縮機(jī)故障，在實(shí)驗(yàn)室已取得了許多研究成果。利用機(jī)器表面振動(dòng)信號(hào)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(dòng)傳感器，通過(guò)分析振動(dòng)信號(hào)診斷缸內(nèi)故障；利用振動(dòng)信號(hào)診斷往復(fù)式壓縮機(jī)主軸承故障；利用潤(rùn)滑油管路內(nèi)的壓力波信號(hào)診斷往復(fù)式壓縮機(jī)軸承故障等。但由于背景噪聲干擾大，往復(fù)式機(jī)械工況的變化導(dǎo)致其信號(hào)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(méi)有被廣泛的運(yùn)用。

 

（四）油液在線監(jiān)測(cè)

 

潤(rùn)滑油油液分析分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是油液本身物理化學(xué)性能的分析，潤(rùn)滑油的粘度、酸度、水分、燃點(diǎn)、閃點(diǎn)等；另一類(lèi)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(jì)數(shù)等。該方法的實(shí)施過(guò)程包括取樣、樣品制備、獲得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、形成診斷結(jié)論等步驟。潤(rùn)滑油中磨粒監(jiān)測(cè)技術(shù)則可分為在線和離線兩大類(lèi)。

 

離線監(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；在線監(jiān)測(cè)技術(shù)主要有顆粒計(jì)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(jì)數(shù)器，電磁型磨損顆粒計(jì)數(shù)器，尚未投入實(shí)際使用但已在研究的有X射線磨損顆粒在線監(jiān)測(cè)儀，超聲磨損顆粒監(jiān)測(cè)儀等。

 

（五）人工智能診斷

 

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人工智能診斷系統(tǒng)被應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，壓縮機(jī)的故障診斷也不例外。人工智能診斷是一種使用專(zhuān)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(diǎn)，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(yàn)，并借助故障方面的知識(shí)，同時(shí)以一些搜索方式和推理方式作為輔助，對(duì)較為復(fù)雜的系統(tǒng)故障進(jìn)行診斷的智能化計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)。其所具有的優(yōu)勢(shì)是診斷方式較為簡(jiǎn)單快捷且解釋機(jī)制強(qiáng)，但缺陷是推理機(jī)制太過(guò)簡(jiǎn)單且所借助的知識(shí)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(shí)刻的異常信息、開(kāi)停車(chē)狀態(tài)、異常診斷結(jié)論等信息，進(jìn)而主動(dòng)反饋輸出結(jié)果，有效輔助現(xiàn)場(chǎng)工作人員對(duì)設(shè)備進(jìn)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(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)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(lái)越多的典型故障決策模型將會(huì)建立起來(lái)，診斷經(jīng)驗(yàn)的積累不斷增多，決策模型和預(yù)警方法將會(huì)進(jìn)一步改進(jìn)提升，提高對(duì)故障診斷的準(zhǔn)確性，保證設(shè)備的正常運(yùn)行。

 

四、對(duì)于往復(fù)式壓縮機(jī)中出現(xiàn)問(wèn)題的對(duì)策

 

對(duì)于往復(fù)式壓縮機(jī)熱力性能故障中的問(wèn)題的類(lèi)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(jī)熱力性能故障的對(duì)策：

 

（1）對(duì)于排氣量不足

 

a.進(jìn)氣濾清器的故障，應(yīng)定期清洗濾清器，對(duì)氣閥板、閥片上的污垢進(jìn)行清洗，有利于空壓機(jī)保持正常排氣量。常規(guī)情況下每200小時(shí)應(yīng)清洗一次濾清器，每500～800小時(shí)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(shí)更換易損件，如活塞環(huán)等。屬于安裝不當(dāng)、間隙不合適時(shí)，應(yīng)按圖紙進(jìn)行糾正；無(wú)圖紙時(shí)，可按經(jīng)驗(yàn)資料，活塞與氣缸之間沿圓周的間隙，為鑄鐵活塞時(shí)，間隙為氣缸直徑的0.06％～009％；為鋁合金活塞時(shí)，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(jī)轉(zhuǎn)速降低，因?yàn)榭諝鈮嚎s機(jī)的排氣量是按一定的海拔高度、吸氣溫度、濕度設(shè)計(jì)的，所有使用不能超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的高原，就不會(huì)導(dǎo)致吸氣壓力降低，使排氣量降低。

 

d.潤(rùn)滑油質(zhì)量不好，應(yīng)選擇高質(zhì)量的潤(rùn)滑油。長(zhǎng)期工作后，潤(rùn)滑油會(huì)含有雜質(zhì)、灰塵，要進(jìn)行過(guò)濾。一般情況，每500～800小時(shí)應(yīng)更換一次機(jī)油，并對(duì)前一次使用的機(jī)油進(jìn)行過(guò)濾。

 

（2）對(duì)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(jí)的吸氣溫度必然升高，排氣溫度也會(huì)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(huì)使級(jí)間壓力發(fā)生變化，壓力比高于正常值均會(huì)使排氣溫度升高。

 

c.水冷式壓縮機(jī)，缺水或水量不足時(shí)均會(huì)使排氣溫度升高。

 

對(duì)于往復(fù)式壓縮機(jī)機(jī)械功能的故障中的類(lèi)型其主要表現(xiàn)為異常振動(dòng)、異常響聲。

 

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

 

（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(qiáng)制振動(dòng)，應(yīng)加強(qiáng)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(dòng)；

 

f.氣閥工作狀態(tài)不好。

 

（2）機(jī)體部分振動(dòng)

 

a.往復(fù)慣性力和力矩沒(méi)有平衡好；

 

b.曲軸中心線與機(jī)身滑道中心線不垂直；

 

c.對(duì)稱(chēng)平衡型壓縮機(jī)機(jī)身的主軸承不同心；

 

d.機(jī)身水平度不符合要求；

 

e.運(yùn)動(dòng)部件連接不牢固；

 

f.地腳螺栓松動(dòng)。

 

（3）故障解決方法

 

a.氣缸余隙容積過(guò)大，調(diào)整氣缸余隙尺寸；

 

b.吸排氣閥咬住，拆開(kāi)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(jìn)行更換；

 

d.吸排氣閥、管通道截面積小，清洗過(guò)濾器，檢查吸氣閥和排氣管路的通道面積。