浅谈往复式压缩机故障诊断技术

摘 要：往复式压缩机是制造业中常用的过程装备，作为压缩并输送工艺介质的关键设备，在航空、航天、化工、石油等众多关键领城都扮演着重要的角色。但是，在实际使用过程中，压缩机会出现一些故障问题，解决压缩机故障并进行维修处理非常重要，因此，本文主要研究压缩机故障诊断与维修处理措施，希望对相关的研究人员有一定的帮助。

关键词：往复式压缩机;故障诊断;小波分析;线性回归;声发射

压缩机在各个行业领域都有较广泛的应用，尤其是往复式压缩机，其性能比较稳定，驱动性能较好，排量范围广泛，设备运行效率高。在制冷设备中，往复式压缩机更是不可或缺的设备。基于往复式压缩机较为复杂的内部结构，在其发生故障时，我们需要采用系统的诊断方式，利用多种故障诊断技术，对设备故障进行全面的分析，找出故障成因，采取针对性的措施进行解决，保障往复式压缩机运行的稳定性。

1压缩机的故障

往复式压缩相对于其他形式的压缩机来说运转部件较多，摩擦易损件也多，特别是多级压缩机，介质流程长，介质过流部件多，所以往复式压缩机故障非常频繁，故障产生的原因常常是复杂多样，有些甚至是相互关联。因此必须经过细心的观察研究，甚至要经过多方面的试验，并依靠丰富的实践经验积累，才能判断出产生故障的真正原因所在。但在实际使用过程中突发的一些故障，对作业的进展造成了严重的负面影响，最常见的故障形式有三种，分别为气阀故障、冷却水问题、活塞环故障。气阀故障可以进一步细分为阀片故障、弹簧故障。阀片在长时间运作过程中会出现磨损，从而无法充分发挥出自身作用，进而就会导致问题的出现。往复式压缩机中含有多个弹簧式阀门，并且均匀的分布在气缸上，而弹簧在长时间运作后可能出现疲劳，弯曲应力和扭矩周期就会发生变化，最终导致故障问题出现。另外，气缸之间缝隙过大、润滑油质量不达标等因素也会导致一些故障问题的频繁出现。

1.1机械功能引起的压缩机故障

往复式压缩机在日常的使用过程中，内部件受到不同程度的磨损、出现异常震动或机器过热，会导致往复式压缩机出现机械功能故障。机器在使用的时候，零件会发生磨损，零件的松动连接或管道中的异常气流都会引起异常振动。异常振动是由阀组的严重磨损或活塞的故障引起的。这些故障都会或多或少地影响压缩机的使用，影响企业的生产进度，降低企业的效率。

1.2润滑系统故障

在往复式压缩机的使用过程中，润滑油的使用是非常重要的，在使用过程中会出现润滑故障的问题，润滑故障主要包括润滑箱、润滑管道以及过滤器等处的故障。当润滑箱出现泄漏后，润滑油会流出来污染设备和厂房，需要对润滑箱进行修理或者更换。当润滑管道出现问题发生润滑油泄漏时，需先对润滑管道进行疏通，若疏通不行，则润滑管道可能有破损，就要对润滑管进行更换。当过滤器发生故障时，要考虑过滤器堵塞或破损的问题。此外，还会出现由于温度过高导致润滑系统出现故障。在使用压缩机的时候，还应注意避免使用劣质的润滑油，因压缩机在运转的过程中，会因摩擦产生大量的热，如果润滑油发生变质，当热量积累到一定的程度，就会使设备出现过度磨损的现象，进而导致压缩机出现故障。

2往复式压缩机故障诊断技术发展现状及主要诊断技术

往复式压缩机的应用有着较为漫长的演变历史，其故障诊断可以分为四个阶段。往复式压缩机最早起源于19世纪，当时相关技术体系还不成熟，一般都是采用事后处理的方式;第二阶段是20世纪初，压缩机的整体规模得到了较大的提升，机械结构逐渐趋于系统化，所以采用的方式有所改变，由事后处理转为了定期预防维修的方式;第三阶段是20世纪60年代，该阶段科技水平有了飞速提升，计算机技术的发展应用，使工作人员可实时监控压缩机运行状态，根据设备运行情况进行预防;第四阶段是80年代至今，智能技术和自动化技术的应用使得压缩机具有了更多操作的可行性，往复式压缩机的性能指标也得到了一个显著的提升。往复式压缩机发展至今，针对其故障问题，科研人员采取了系统性的故障诊断措施，但从目前的情况看，还没有形成一套完善的诊断系统，这在一定程度上限制了往复式压缩机的发展进程。

2.1專家系统

专家系统是往复式压缩机故障诊断中常用的一种诊断技术，基于专家系统数据计算的优势，可以进一步提高故障诊断的准确性，便于管理人员作出正确的解决对策。专家系统在往复式压缩机中的应用是多方面的，需要做好各个环节的准备工作。在前期阶段，需要收集信息，采集与设备系统参数相关的知识，比如，排气量异常检测，通过观察设备参数变化，找出往复式压缩机的异常部位，然后，采取针对性的措施进行解决。在专家系统中，可将各项数据进行全面的整合，形成专家知识数据库，数据库的作用在于跟踪分析故障状态，根据故障状态找出合适的解决方式，以故障树的方式进行可视化分析，提高故障解决效率。故障树包含的内容比较多，如阀座损坏、连接松动、仪表失准等，专家系统的诊断原理在于知识库的时效性运行，知识库会定期运行，诊断往复式压缩机的整体状态，将分析结果写入知识库中，便于管理人员更好地开展维护工作。

2.2小波分析

正常情况下，往复式压缩机发生故障会产生很多不稳定的波动信号，这些信号呈振动形式，不同频率的振动信号其表现形式不同，反应出来压缩机的故障特性。小波分析主要是针对这些振动信号，以在线的方式对往复式压缩机进行全面的诊断，根据振动信号分析出故障预警信息。往复式压缩机故障诊断是一个综合性的过程，存在很多不可控的因素，需要合理调控每个环节的影响因素，以小波分析而言，可以在小波分析中引入神经网络，基于神经网络的延伸性，可以很好地弥补小波分析的不足之处，进一步完善往复压缩机的诊断系统。比如，在故障样本训练中，需要收集大量的在现信号，将这些信号传输到固定区城，对其进行信号消噪处理，在信号的传输下，故障样本进入小波分析中，逐渐分支重组，根据小波的分析提取故障特征，将这些信息传输到神经网络训练中，经过细化处理，形成最终的诊断报告。小波分析与神经网络建立了起来一个连接性质的桥梁，两者相互融合弥补了各自的缺陷，小波分析在气阀泄漏、气缸组件泄漏、基础联动松动等故障中有着较为理想的应用效果。

2.3线性回归分析

往复式压缩机故障诊断方式比较多样化，线性回归分析就是其中一种，线性回归分析可以分为一元回归分析和多元回归分析。常用的是一元回归分析，一元回归分析在故障诊断的应用比较特别，在开展分析的时候，主要有两个参数，包括自变量和因变量，自变量和因变量的联动形成了一元线性关系，通过一元线性的延伸性，可以准确测试出往复式压缩机的全部信息。利用可视化技术构建回归模型，通过对模型的观察，可以找出与故障问题相关的信息，这种模型包含的信息内容比较广泛，可以用来检测往复式压缩机的压力变化，调查振动强度的压力关系，通过全面的分析得出一个较准确的诊断结果.

2.4声发射技术

声发射技术在往复式压缩机故障诊断中的应用比较广泛，声发射源主要存在于往复式压缩机的内部结构中，通过系统指令进行传输，流过传感器的耦合界面，声发射源会转变形态，由声发射仪接收信号，接收的信号会呈可视化形式展现出来，以此形成故障诊断的数据。往复式压缩机的整体状态星一个动态变化的趋势，通过声发射技术，可以及时判断出往复式压缩机的时效性状态，发射信号的传输频率比较快，便于工作人员快速采集到故障信息。在往复式压缩机的样品检测中，声发射技术具有层级性分化特点，它可以将压缩机的信号全部采集到一起，信号可以分为两大类，一是故障压缩机AB信号检测，二是正常压缩机AB信号检测，在声发射技术处理下，可以将不同的信号种类分开，进行全面的对比分析，找出其中的故障点，保证故障诊断信息的准确性。

3压缩机日常故障维修处理方式

3.1温度异常故障维修方式

对温度引起的故障问题可通过控制温度进行维修，在介质入口处安装温度控制设备，可以实时地检测温度，使得温度保持在合理的范围内。在检测的过程中，若发现发生温度故障的原因是机器老化所导致，若维修不好，可对其进行更换。需要注意的是，在更换的过程中，要选择和机器原零件相同型号的零件进行更换，之后再进行检测，如果检测出来还存在问题，那么就需要再次进行更换，直到故障排除为止。

3.2噪音故障维修方式

在对压缩机噪音故障进行维修的情况下，可以先采用经验法对故障进行检测，查看发动机的情况，在检查后，如果发现为发动机松动的问题，对发动机进行加固即可。如果非上述问题，就需要采用计算机辅助设计方法检测，检测发动机震动的过程中的频率参数，将检测到的数值输入计算机和标准的数值对比，如果数值的差距较大，就说明发动机的内部组件可能存在问题，此时需对组件进行拆卸和维修。

3.3油液故障维修方式

油液润滑故障也是往复式压缩机常见的故障，采用便携式油液性能测试箱，可简便地测试油液的粘度、酸碱值、水分、机械杂质等多项指标。润滑油中磨粒监测技术则可分为在线和离线两大类。离线监测技术主要有油液光谱分析、铁谱分析及利用扫描电子显微镜和能谱仪分析铁谱谱片等;在线监测技术主要有颗粒计数器、在线式铁谱仪等。在监测到润滑油出现异常指标时，需及时对润滑油进行过滤或更换。

4 结语

在往复式压缩机发生故障时，只有用科学的故障诊断方法检测出机器的故障，并对机器进行及时的维修，才能够保证机器正常的运行和使用。可以预见，今后往复式压缩机故障诊断技术的发展趋势是利用小波分析结合人工智能理论、计算机辅助设计等方法，开发出多源信息融合的实时在线故障诊断监测系统。往复式压缩机不同的特征参数有各自的敏感区域，表现出对不同故障靈敏度的不同，因此综合利用大量信息进行多源信息融合化，是今后往复式压缩机故障诊断技术应重点研究的课题。在实时在线诊断方面，应重点研制适合往复式压缩机故障诊断的专用新型集成化传感器和观测器，寻找各振动信号之间相互交叉影响最小的最佳测点，利用现代信号处理方法以及智能理论等实现故障的自动诊断。充分利用神经网络等的自学习能力并对历史数据进行数据挖掘，尤其是将计算机网络技术引入状态监测和故障诊断领域，将成为实现在线故障诊断的一个发展趋势。

参考文献：

[1]王晋. 往复压缩机故障诊断方法研究[J]. 中国设备工程，2019（06）：38-40.

[2]李振杰. 往复压缩机的典型故障特征与诊断研究[J]. 科技经济导刊，2019，27（17）：73.

[3]邱梓航，往复压缩机故障诊断技术[J]. 设备管理与维修，2019（10）：184-185.

[4]李大鹏等. 往复压缩机气阀故障诊断一例[J]. 设备管理与维修，2020（07）：136-138.

[5]程寿国等. 往复压缩机故障诊断研究现状及趋势[J]. 石河子科技，2020（05）：18-19.

[6]解英南，往复压缩机的典型故障特征与诊断研究[J]. 设备管理与维修，2021（14）：150-152.

[7] 王发辉等，往复式压缩机故障诊断研究现状及展望[J]. （ 2007） 02-0077-04.

作者简介：

谭启龙（1981.10—），男，汉族，河南泌阳人，本科，助理研究员，研究方向：专利审查。