状态监测技术在压缩机故障判断的应用研究

摘 要：中国特色社会主义市场经济的高度发展，离不开发达的工业体系的支持，近几年我国的工业建设取得了新的突破，各种各样的高新科技取代传统的劳动力资源，成为新的工业发展驱动力。而压缩机则是比较具有代表性的一种工业设备，其在化工生产等方面发挥了不容忽视的积极作用。因此，越来越多的业内人士开始就压缩机的故障判断技术进行研究，并就状态监测技术的起源发展、压缩机等常见故障加以分析。

关键词：状态监测技术;压缩机故障判断;气阀泄漏

0 引言

压缩机是一种将低压气体转变成高压气体的、从动的流体设备，它能够实现高效的气体转换和制冷功能等，在我国工业化生产中扮演着不容忽视的重要角色，但是在实际的使用中，由于使用频率较高、使用方法不当等多种原因，压缩机不可避免地会出现某些零部件故障，导致其无法正常运转，进而影响到工业生产的顺利进行。为了对压缩机故障进行有效判断，可引入状态监测技术，从而实现压缩机运行情况的实时监控，确保其问题能第一时间得到解决。

1 设备状态监测技术的起源与发展

设备状态监测技术本身具有一定的先进性，在各种工业设备、尤其是压缩机设备的运行监测中能够发挥积极作用。目前来看，我国大部分工厂的设备维护仍停留在传统阶段，由人工进行检查和例行维护，但是这种方法本身缺乏针对性，压缩机设备的故障类型、故障所在位置、故障是否能够处理等，都是一片空白，需要工作人员凭借经验进行判断，这显然不符合工业现代化要求。同时，在这种维护模式下，无故障部位也需要被多次拆卸，因此很容易造成不必要的机械性磨损，最终性能很可能比检修前更差。另外，这种不必要的维修，还会造成人力物力等方面的浪费，也不利于企业的长远发展，在这种情况下对设备状态监测技术进行应用势在必行。另外，设备状态检测技术的发展历程也值得我们进行研究：首先是人工离线检测阶段，在这个阶段中，工作人员需要借助监测仪表等对压缩机设备进行人工检测，并且结合自己的工作经验对故障情况进行判断，这种监测方法显然难以处理复杂设备。而后进入了单机集中式在线监测阶段，在这一阶段中，监测系统主要由一台计算机运行，负责信号采集处理、特征提取识别等，这种监测技术一般用在比较重要的设备上。存在使用成本高、监测能力有限、监测周期长等不足之处。此后监测技术进入了分布式在线监测阶段，这种监测手段由多台计算机运行，初步形成了诊断网络，系统整体性能得到了提升，但是仍然存在技术难度大、投资多的问题。最后就是现阶段普遍应用的远程分布式在线监测技术，它以互联网技术为基础，能够实现异地远程监测诊断，系统运行效率得到了提升，在未来拥有光明的发展前景。

2 常见的故障与判断方法

2.1 气阀泄漏故障

气阀出现泄漏的原因比较多，在压缩机设备（尤其是往复式压缩机）中，气阀泄漏一般不是由机械运动导致的，因而其泄漏的外在表现一般为高频振动，在监测过程中，气阀测量参数应选取36～40kHz这个范围以及5.6～40kHz这个范围。高频信号具有频率高、波长比较短的特点，因此它在传播中能够集中朝向、对外界干扰不敏感，在气阀发生泄漏的情况下，高频振动信号即可感知到撞击信号的变化。气阀在开启的情况下不会被判定为泄漏，是因为气体可大量自由地通过气阀，而泄漏一般发生在关闭和重启这个过程中，最明显、最严重的泄漏则在其承受最大压力差的时候发生。气阀排气的时候，吸气阀容易发生泄漏;而气阀进气的时候，排气阀最容易发生泄漏，根据这个规律就不难判断气阀的泄漏故障。

2.2 活塞环泄漏

活塞环一旦发生泄漏，其振动及超声波图像比较明显，和气阀泄漏的图像有着极其明显的差异。其在波形图上基线会呈现间歇性的变宽趋势，在活塞环两侧压力持平的情况下，一般不会发生泄漏，而两侧压力差较大的时候，比较容易出现泄漏问题。

2.3 连杆轴瓦磨损故障

在双作用压缩机当中，由于活塞两侧的压力存在一定的差异，因此活塞杆会受力，活塞、十字头、连杆等在这个过程中会产生往复式惯性，在之后压缩机的做功过程中，活塞杆将会交替受到气压、摩擦力等产生的拉力和压缩力，进而完成整个压缩过程。在压缩机和介质的参数都得到完整收集时，设备状态监测系统将自动计算出活塞杆受力曲线、受力反向角数据。根据零线位置来看，活塞杆的受力曲线呈现零线以下为拉力、零线以上为压缩力的特点，在十字头和衬套、曲轴销与连杆大头瓦之间的缝隙太大的情况下，活塞杆受到反向力时就必然会产生冲击，缝隙越大其冲击的幅度越大。因此，在对压缩机进行实时监测的过程中，观察十字头低频高频振动曲线、并将之与活塞杆的受力曲线进行对比，就能够判断出连杆的大小头是否保持在固定位置，进而确定连杆轴瓦是否出现了磨损。

3 状态监测技术在压缩机故障判断的应用

3.1 压缩机状态监测与故障诊断技术原理

往复式压缩机的结构比较复杂，其中包含许多零部件，假如仅仅借助频谱分析技术，那么频谱图像将会十分多变，出现许多连续的宽带谱线，出现故障的频谱图像将会被背景噪声所掩盖，很难顺利地找到并判断故障情况，再加上频谱分析技术并不能有效判断气体泄漏，因此在压缩机状态监测中，这种分析技术并不适用。和旋转设备故障有所差异，往复压缩机的测试手段更加丰富，往往通过对信号波形是否在正常位置出现进行判断来确定故障情况。可根据压缩力吸气、压缩、排气流程是否和气阀开合状态保持一致，得出故障情况及存在位置。

3.2 键相信号选取

选取键相信号是往复式压缩机状态监测工作的基础，不同气缸的相对位置不会发生改变，因此可选取与驱动力最近的气缸作为基础缸，以此为参考找到基础缸的上止点位置，而后在飞轮上打出直径8mm、深度6mm的孔洞，并将电涡流传感器安装到这个孔洞上，在飞轮旋转到电涡流传感器位置的时候，传感器内部会形成交变电流，在数据采集设备的作用下传送到系统，进而开始周期性的采集数据。

3.3 检测点布置

首先，压力传感器的布置比较简单，一般来说在气缸两侧对应的缝隙处，会设有通气孔，大型进口压缩机和我国自主生产的压缩机都是如此。在设备出厂的时候此孔洞是堵住的，在测定压力的时候可将堵丝更换成压力测定阀，并将压力传感器与这个阀门连接起来。在对传感器数据进行归零以后，以获取到的键相信号为标准，连续多次采集周期性做功圧力曲线，测试结束以后可关闭测压阀、拆卸传感器，接着对下一个气缸进行测定。另外，振动和超声波传感器的布置也比较重要，同样是将传感器设置在气阀的阀罩上，并对信号进行测量和采集，最终即可获得传感信号。最后，目前温度传感器也逐渐得到了应用，其安装及测量方式与振动传感器类似，因此不再赘述。

4 结语

压缩机是工业生产中十分常见的辅助类从动设备，它具有极其可观的使用价值，因此广受业内人士的关注和重视。从实际的应用情况及维护情况来看，目前我国的压缩机故障判断方法还不够先进，因而可以引进设备状态监测技术，通过压力传感器、温度传感器、超声波传感器等设备，通过获取键相信号，判断压缩机的气阀、活塞等是否存在故障状况，并及时定位其故障位置做出应对，从而确保压缩机能够继续顺利的运行。

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作者简介：

马贞海（1982- ），男，汉族，四川省成都市青白江区人，工程师，主要从事化工机械检维修类技术管理工作。