往复压缩机故障诊断方法研究

王晋

（辽阳石化公司烯烃厂，辽宁 辽阳 111003）

在石油炼制、化肥工业等生产中，往复压缩机是其中的重点装备，该设备的运行稳定与否会直接影响到该行业的生产效率。往复压缩机的运行是否安全稳定，与其故障诊断以及预测技术有着密切的关系，由于该设备的结构比较复杂，易损零部件比较多，这使得该设备的故障发生概率也比较大，一旦发生故障，就会带来较大的经济损失。基于此，围绕往复压缩机故障诊断方法进行研究具有重要。

1 常见的故障识别方法

1.1 典型故障试验研究方法

往复压缩机的故障类型较为复杂，而且故障的发生不可预测，在任何一台往复压缩机的使用周期内，都有较大的可能会发生故障，所以，选择一台压缩机来进行故障模拟试验，可以在一定程度上降低人力、物力以及财力。

在对往复压缩机进行故障诊断时，所包含的试验方法有许多种，但是总的来说，可以将其分为以下几个步骤。（1）建立试验台，模拟往复压缩机的事故发生。（2）通过对以下几种信号的处理：第一，振动信号；第二，位移信号；第三，热力信号等。特别是需要对振动信号进行处理，对其与故障本身有关的振动特性进行提取。（3）编写相关算法，对自动诊断以及预警技术进行深入的研究。（4）对智能化故障诊断在线监测系统进行开发。

1.2 信号分析处理方法

在往复压缩机运转的过程中，其部件之间的相互耦合使得故障呈现以下几种特性：一种是非线性特性，另一种则是调频特性。这就导致对故障特征信号的分析以及处理变得异常困难。经过不断的研究，得出了以下几种信号处理分析方法。

1.2.1 时频分析法

时频分析法指的是通过在时间轴上来对信号进行统计分析，它属于一种传统的故障信号分析法，能够将信号的特征直观的表现出来。频谱分析指的是将时域信号转变为频域信号，经过傅里叶变换分解，分解为单一的谐波信号，这对稳态信号的处理有着较好的效果。故此，在旋转机械领域，这种信号处理分析的方法应用较为广泛。

1.2.2 小波以及小波包分析

所谓小波分析，实际上就是时频分析的延伸以及发展，即便是在不同的频带，不同的时刻，都可以实现信号的分离，这种分析法能够有效的克服傅里叶变换的局限性。小波包分析指的是将频带划分多层，并对没有细分的高频部分进行分解，这样就能够使故障特征的提取变得更加细化。在对非稳态信号的处理上，与传统的时频分析方法相比，小波包分析法更加的先进，在往复压缩机特征信号的处理上得到认可。

1.2.3 PCA 信号处理方法

所谓PCA 分析法，指的是通过建立数理模型，对特征信号数据进行分解，以便得到其特征向量，再将其进行排列，以寻求主特征向量。在对往复压缩机气阀进行故障诊断时，主特征向量就是一个较为重要的参数，可以将其作为气阀故障温度变化的特征参数，然后根据这个特征值的变化量来判断故障。

1.3 常见的监测诊断方法

往复压缩机的特征参数信号主要包括振动信号、热力信号、噪声信号等。在这之中热力信号又包括排气压力、排气量等等。对这些信号进行监测分析，可以帮助判断故障的主要类型。当前，较为常见的故障诊断监测方法有以下几种。

1.3.1 热力性能监测法

在往复压缩机中，温度是一个非常敏感的特征参数，对温度的变化进行监测，可以帮助维修人员了解压缩机内部零件的工作状态。例如如果排气阀出现漏气的现象，那么在吸气的过程之中，就会出现倒吸的现象，这样就会使气阀的温度不断升高。在运用温度监测这一方法之时，传感器可以放在机体的外侧，这样就无需改变壳体结构，操作起来也非常的方便。

往复压缩机在运转过程中包括吸气、压缩、排气、膨胀等。在这四个过程中，压力呈周期性的变化，压缩机是否处在一个正常的运行状态之中，可以由缸内压力变化曲线来反映。例如，如果吸气阀出现泄漏的情况，那么其吸气的过程压力就会有所延长，其排气过程就会有所缩短，而且膨胀过程曲线也会发生变化。因为压力测点在缸内，所以在缸盖或者其他的位置处要预留安装孔，在运用压力监测之时，需要注意这一点。

1.3.2 噪声监测法

在噪声信号中，有机械设备运行的信号，这些信号不仅有周围环境的信号，还有其他噪声源的信号。故此，在往复压缩机的故障诊断中，噪声监测也可作为一种辅助手段。通过对噪声传感器的运用，对往复压缩机中的典型故障噪声信号进行分离提取是今后故障诊断的研究热点。

往复压缩机的故障种类比较多，一个故障就会导致多个特征参数发生变化。故此，在对往复压缩机进行故障诊断之时，需要对多参数之间的关联性进行考虑，这样就能够对故障类型进行精确的识别。除此之外，在往复压缩机故障诊断系统中，人工智能系统也被应用与其中，这样就使得故障诊断技术取得了较大的发展，使其达到了智能化的高度。

1.3.3 油液监测法

所谓油液监测，指的是将重点放到压缩机润滑油，对其进行油液分析，对样品内磨损颗粒进行检测，检测其大小、形状等，这种监测方法较为理想。例如，用铁谱分析、光谱分析等方法来对压缩机的磨损情况进行监测。

1.3.4 振动测试

在往复式压缩机的故障诊断中，振动测试分析法是其中最为基本的一种手段，也是其中最有效的一种手段。压缩机的连接件的是否松动，其配合精度是否发生了变化，都可以通过振动信号反映出来。通过对振动信号的合理分析，可以帮助检测人员获得压缩机状态的丰富信息。

1.3.5 铁谱分析

在对压缩机曲轴箱内运动副的磨损情况进行监测时，运用铁谱分析是一个不错的辅助方法。但是如果有许多个同种材质的运动副都存在着磨损故障时，该方法就存在着一定的局限性，会难以对故障的部位进行区分。故此，在检测过程中，只能够将其与其他方法相配合运用。

1.3.6 冲击脉冲法

在往复式压缩机内，通常具有多个冲击振源，这些冲击信号较为强烈，随意会将一些相对弱小的脉冲信号进行淹没。故此，如果对压缩机的滚动轴承来进行故障检测，那么冲击脉冲法则不能发挥功效，但是可以将其作为相对标准，来实现对本机的前后对比，一般可以将其用于同型号机组之间作类比判别。

1.3.7 检测工况参数

通过对压缩机的以下几方面参数进行监测，如排气压力、润滑油量等，为查找压缩机的有关部门的故障提供有用的信息。

2 发展趋势

现如今，以下几种故障的诊断技术已经取得了较大的发展，技术变得越来越成熟，如活塞环磨损、气阀故障、活塞杆沉降等。但是，在往复压缩机的内部，有一些零部件的故障诊断较为困难，例如曲轴连杆的断裂故障就很难识别，另外活塞杆的断裂故障也难以诊断。有相关文献提出，可以用监测曲轴逆向荷载的这种方法，来实现对活塞杆运行状态的判断，但是这种方法的可靠性不足。故此，当前对往复压缩机的故障诊断研究还不够全面。现如今，有的科研单位与石化企业的联系还不是非常的密切，许多研究方法都处在实验室的模拟阶段，石化企业的故障案例数据没有得到有效的利用，未能形成系统的知识数据库。故此，需要加强科研单位与石化企业的交流合作，这样就有助于故障案例知识库的建立，也有助于典型故障诊断规范的形成。

3 结语

综上所述，往复压缩机的结构较为复杂，零部件较多，所以发生故障的概率也较大，而一旦发生故障会对企业的生产造成较大的影响。因此，就需要采取相应的诊断方法。来对往复压缩机的故障进行诊断。但是对各种特征信号的分析处理的方法有着一定的局限性，所以可以结合大量的故障案例数据库，然后再将多种分析方法有机的结合起来，开发智能诊断系统，这样就可以提高故障诊断的准确率。