离心压缩机的故障诊断研究

徐成

【摘 要】离心压缩机是一种高速，高功率，并且是一个非常高的精密制造动力机械。作为压缩机制造商必须提供给用户合格的设备。因此，实际工作中，除了对零部件的精心制造，还要对整个机械进行操作试验和性能测试。通过机械操作测试和性能测试，了解压缩机的性能是否满足用户的要求，然后在操作过程中对压缩机进行分析和诊断，以便压缩机更加的完善。基于此，本文就将对离心压缩机的故障诊断要点进行分析探讨。

【关键词】离心压缩机；故障；诊断；措施

1、离心压缩机的工作原理

它主要是叶轮在气体进入之后，由于转子的快速转动，会带动叶轮也做高速的转动，这样就相应的带动了气体旋转做功，当达到了所需要的压力时，气体就会通过排气口被排出，这样循序渐进反复地对气体做功，直到满足实际生产的需要此过程才会停止。其实气体的运动轨迹本身就是一种不规律的路径，尤其是在离心式压缩机中，则更是如此，因此它的热动力参数（压力，温度，比容，速度，内能，动能等）不只是沿着流动通道的变化而变化。参数在相同的横截面，每个点也是不一样的。从绝对坐标平面上看，在任何参数点所占用的空间都是会发生循序性的变动，在机器实际的工作过程中，气体的流动基本上都是三元非定常流动。因此，根据这一特性，科研人员在设计叶轮的时候，一般都是采用三维流动设计理论，这样一来，它的实用性会相对比较高。离心式压缩机的前面每个部分的描述中，我们对离心式压缩机有了一定的了解，其基本原理可概括如下所示：从所述入口到所述离心压缩机出口的气体是不间断的。气体进入压缩机后，在高速转动的叶轮的作用下不断地被压缩，得到压力能和动能，通过叶轮通道、固定流道，然后绝大部分的动能会转变成压力能，经过反复地做功直到达到要求才会停止。

2、离心压缩机故障现象分析

2.1、离心压缩机在开机启动后无法进行加载，在这里我们所说的不进行加载，是离心压缩机工作的过程中，机器内的主轴叶轮由于高速的转动而产生大量的气体，这个气体产生的速度如果比排气的速度快，那么设备内部的压力就会逐渐升高，安全阀就会被顶开，压缩机虽然显示加载，而实际上压缩机并没有进行工作。产生这种现象的原因是没有在压缩机上安装控制启动速度的控制器，使压缩机的启动速度过快负荷过大，所以压缩机无法正常工作。

2.2、转子不平衡。转子不平衡包括转子系统的质量偏心和转子部件出现缺损。转子质量偏心是由转子的制造误差、装配误差、材质的非均匀性等原因造成的，称为初始不平衡；转子部件缺损是指转子在运行中由于腐蚀、磨损、介质结垢及转子受疲劳力的作用，使转子的零部件局部损坏、脱落，碎块飞出等，造成新的转子不平衡。转子质量偏心及转子部件缺损是2种不同的故障，但其不平衡振动机理却是相同的。当出现转子不平衡时，其振动特征为：振动频率不平衡振动的频率成分单一且明朗，主要表现为转子的基频等于转子的旋转频率，即工作频率fr=n/60Hz，n为轴转速（r/min），除此之外，不平衡振动还会激起其它一些弱小的频率成分，如1/2fr、2fr等谐波；振动方向特征主要是径向振动较大。

2.3、在离心压缩机的故障中有一项喘振是压缩机所特有的现象，所谓喘振现象指的是在压缩机运行中，如果负荷在规定的范围值之下的时候，就会破坏正常的气体输送，这样压缩机气体就会不规则的排出，压缩机就会出现剧烈的振动，在这样的状态下工作是非常危险的，还会造成压缩机其它各个部件的损坏，严重时还会发生一些难以大的事故，造成难以弥补的损失，引起离心压缩机喘振的主要原因是对各个气体的循环系统做好控制。

2.4、离心压缩机进水滤器被堵、排气温度高，在离心压缩机运行的过程中，有冷却的水压过低的现象，造成排气温度高，引起这个现象的最重要的原因，就是进水过滤器脏，这种情况必须要停机清理；如果油压過低，那么高速的离心压缩机就会被损坏，如果压缩机的密封油压达不到要求，那么就有可能造成缸体的气体串气和跑油；如果控制油压低，机组可能跳脱等，造成油压过低的原因是保护装置失灵。

3、离心压缩机的故障诊断技术要点探讨

3.1、基于神经网络的离心压缩机故障诊断

离心压缩机的故障与引发原因之间，存有非线性的关系，所以利用神经网络诊断的方法，在根本上分析离心压缩机的运行，通过离心压缩机自身的组织变化，诊断其在工业生产中的故障。起初离心压缩机的故障诊断，采用了谱图的方式，但是谱图诊断缺乏故障信号，无法准确判断故障类型，因此工业领域内将神经网络引入到离心压缩机故障诊断中。SOM根据离心压缩机的运行，构成了分析与竞争同时存在的诊断系统，当离心压缩机出现运行故障时，SOM会主动判断故障的属性，由于属性之间的神经元具有权值连接，所以神经元存在控制作用[2]。SOM神经网络为诊断离心压缩机的故障，创建输入层，通过输入层判断离心压缩机对外界因素的反应。离心压缩机潜在的故障对SOM神经网络存在干预性，影响原本设定的参数，导致参数部分出现明显的异同，而SOM神经网络将故障信息做为判别条件，输入到神经网络系统内，便于快速诊断出离心压缩机的故障。

3.2、小波分析的诊断算法

小波分析在离心故障中的诊断算法，用来比对预设与实际数据，同时将两者的误差做为目标函数的根本，适当调整诊断结果，促使其满足小波分析的调整条件，以此来诊断出故障结果。小波分析的诊断算法可以分为两个部分，分析如：（1）前向计算，按照小波神经网络的计算起点，逐层推进计算，此算法流程中，必须确定前一层的数据信息后，才能进行后一层的输出，保障数据传播阶段的准确性，避免遗漏离心压缩机的故障信息，前向计算在小波分析的诊断算法中，属于前向传播，具备准确计算的优势，规避故障诊断算法中不确定的影响因素；（2）权值调整，此流程部分需要以输出层为起点，根据小波分析之间的计算层次，依次执行权值计算，在此基础上，调整权值的数据，其与前向计算存在明显的不同，小波分析将此部分诊断算法定义为反向传播，用于规避计算中的误差。

3.3、改进离心压缩机故障措施

离心压缩机的气压机组的在正常生产的时候，它的转数是由DSC上的压力控制器控制来调节转速的，它会控制机器的转数在规定的范围之内。机组无论是开机还是停机，在这个过程当中都可以利用速度控制选择开关来进行手动或自动的调节，同时进行升/降机组转速的调节和控制；离心压缩机控制系统的油温控制阀负责润滑油温度的调节，润滑油温度设定在49℃控制器发现润滑油的温度不在这个值上时，可以自动进行调节，也可以通过对冷油器的冷却水进行调节从而达到调节润滑油温度的目的，当油温过高的时候，如果无法降低水量那么控制系统可以切换至冷油器。润滑油泵的出口压力是由压控制阀来进行调节的。

4、离心压缩机控制系统未来的发展

从近些年的离心压缩机运用的状况我们可以看到机组的效率和稳定性在不断的提高，我们所要做的就是加强离心压缩机控制系统的水平，逐渐实现智能化，其中转速控制和防喘振控制，技术已经越来越成熟，保证了控制系统整体水平越来越高，但是机组防喘振系统还没有完全实现全自动，想要实现全自动，还需要更好的模拟控制软件和硬件，相信在未来喘振系统对于降低离心压缩机故障可以带来非常大的帮助。

总言之，离心式压缩机转子是压缩机的关键部件，其有效的运行对整体工作的有效性有着重要的意义，因此在实际工作中，相关人员要注意：在转子在装配前，所有的叶轮都要做超速度试验，主要检查叶轮的变形和表明质量情况；叶轮和转子上其他所有的零部件都必须牢固地裝在轴上，保持叶轮的主轴的过盈量，高速运行过程中不能有松动；转子装配时必须做动平衡；转子各零部件装配后，对径向的跳动值要进行详细的检查，要求小于相应的允许值等等，以此切实保证工作的效率。

参考文献：

[1]刘良顺.离心压缩机组热力性能监测与故障诊断[D].大连理工大学，2005.

[2]张庆涛.离心压缩机智能故障诊断方法研究[D].大庆石油学院，2006.

[3]吕颖异.离心压缩机的动态特性分析及故障诊断方法研究[D].沈阳工业大学，2013.

[4]丁克北.离心压缩机故障诊断研究现状及发展趋势[J].炼油与化工，2005，02：30-33.

[5]陈翔.大型离心压缩机故障远程智能诊断方法研究[D].沈阳工业大学，2014.