往复式压缩机故障诊断技术探析

袁晓丹 齐宏星

摘 要：作为现代化工企业最为重要的机械设备之一，往复式压缩机出现故障直接影响企业正常生产带来巨大经济损失，客观上要求企业技术人员重视往复式压缩机日常維护工作，将其视为企业重点工作之一，及时发现压缩机故障，便于全面分析故障发生原因，保证往复式压缩机运行安全性及稳定。本文以往复式压缩机为切入点分析其故障产生原因，就提出具体的故障诊断技术进行深入探究，旨在为相关从业人员积累更多的工作经验。

关键词：往复式压缩机;故障;诊断技术

1  前言

随着化工产业快速发展，往复式压缩机具有单位耗电量少、效率高、造价低廉、技术成熟等优点，在石油化工领域的应用范围广泛。既能有效提高工作的效率，又能推动行业的发展，但在其实际操作中存在许多的问题，即：易发生气阀类、支撑环、活塞磨损等常见故障，设备一旦出现故障就很危险，对相关人员的人身安全产生威胁，也会影响化工企业生产效率。因此，应利用在线监测系统及时发现往复式压缩机的故障并及时解决。

2  往复式压缩机原理及故障

往复式压缩机本身是容积式压缩机，在其应用过程中，曲轴结构会带动连杆结构，然后连杆直接带动活塞，活塞會在形成上下运动的趋势。基本的原理结构中，一方面，活塞向下，往复式压缩机汽缸容积会逐渐升高，此时进气阀开排气阀闭，实现进气。另一方面，活塞向上，气缸容积变小，出气阀开进气阀关，实现压缩。往复式压缩机最为常见的热力性能故障引发原因是多种多样的，查阅相关资料发现，造成热力性能故障的原因大多是填料函和气阀损坏引起的。而往复式压缩机热力性能引发的机械故障典型的有阀门片碎裂、活塞杆断裂、汽缸开裂、曲轴断裂、连杆变形、活塞开裂、连杆螺栓断裂、电机故障等。机械实际使用证明，气阀故障的诊断是往复式压缩机诊断新跟那个的重要因素，但由于往复式压缩机内运动件的过多，所以引起性能故障的大多为机械性能故障。

3  往复式压缩机故障诊断技术

3.1分级诊断和神经网络技术

根据分级诊断策略，结合多级压缩机特点，笔者建议将压缩机诊断分为两步来完成。第一步是检测各级压力、温度变化规律，通过人工神经网络来诊断故障发生的级数;第二步按单级压缩机处理，通过阀腔脉动压力来诊断故障原因。应用人工神经网络技术来诊断故障发生的级数时，诊断系统知识库的组建是关键，它包括两个过程 ：知识的获取和知识的存储。知识的获取表现为训练样本的获取与选择，训练样本的选择来源于同类型诊断对象在正常运转时和带故障运转时的各种特征参数。训练样本的选择应遵循注意两条原则：相容性，遍历性。

3.2油液异常分析方法

分析往复式压缩机的工作原理，其中包含大量金属构件的相对运动和摩擦效应。理论研究和实践都证明，润滑油的衰败周期和机械设备的不同运转阶段有关。磨损微粒包含有运动状态的信息，通过对磨损微粒数量、分布、形貌和磨损状况的分析，能够得到故障发生的位置，并初步推断故障的程度。油液分析方法主要是通过收集往复式压缩机使用过的润滑油，并对其进行各种监测分析手段，最终达到定性或者半定量确定故障位置及原因的分析方法。分析方法常用的有两大类：润滑油磨损微粒分析和油品性能衰败分析。在具体实施过程中主要有以下几个过程：润滑油取样、油品处理、数据分析和诊断报告等。油液检测方法有赖于参与摩擦运动的所有零部件特有金属元素化学性质的检测，通过微粒在摩擦之前和之后的性质比对，完成最终的故障诊断。但该种方法存在检测周期长、实时监测能力差、在线诊断精确度不高等缺点。对于双作用压缩机和无润滑压缩机的检测不适用，同时无法反应汽缸部分的故障。因此，油液分析方法可以作为往复式压缩机内部机械运动部件磨损状况检测和诊断的辅助手段。

3.3热力诊断法

热力诊断法是借助仪器对往复式压缩机各项数据进行测量和分析，以达到故障诊断的目的，包括对压缩机的油温、水温、排气量、冷却水量等数据信息的监测。在对往复式压缩机进行数据收集时，由于不同部件出现故障在数据上表现不同，采用热力诊断法在诊断和预测故障时容易缺乏准确性，目前主要应用于压缩机的运行状态和监测参数等方面。

3.4人工智能诊断法

相比于上述的诊断措施，神经网络诊断建立于人工智能的前提下，因此更有助于精确判断各种类型的压缩机故障。在神经网络与人工智能的辅助下，故障诊断就会表现为更高的精确度，进而全面缩短排除故障消耗的时间。在网络化以及智能化手段的辅助下，借助智能诊断就能获得全方位的诊断结论，这种措施便于迅速判定故障并且消除故障。应当明确的是，对于压缩机如果要全面判断引发故障的根源所在，那么有必要密切结合多项相关要素。例如针对设备自诊断的模式而言，对此有必要设置关键的参数，然后运用特定的措施来实现参数处理。除此以外，还要考虑到信号信噪比、采样数据的精确度及其他要素，对于各项人为干扰都要予以全面的消除。

4  往复式压缩机故障诊断注意事项

往复式压缩机的大量应用，推动了故障诊断技术的发展。但是故障诊断分析技术收到各方面因素的影响，故障原理各不相同，所以压缩机故障分析一直是该领域的一大难点。在往复式压缩机故障诊断中应注意几个问题：（1）深入研究故障诊断中的定量分析技术。现阶段多数诊断技术都是定性或半定量的手段，无法完成准确位置和故障情况的诊断，给维修和保养带来一定难度;（2）建立往复式压缩机诊断系统。将现阶段应用较好的诊断技术进行集成，通过比对各种手段得到的故障分析结果，精确定位故障位置与发生原因;（3）注重数学模型的构建。数学分析技术是故障分析中的难点和重点，只有通过严谨、科学的数学分析手段，才能进一步提升故障诊断的准确性。

5  结束语

为使往复压缩机服务于企业安全生产，故障诊断技术要进一步深化、效率化、智能化，还要做好理论结合实践，强化交流沟通，形成研究合力。目前很多学者为节约物力、财力、人力倾向于实验室模拟研究，与大型石化企业交流沟通联系不够，研究方法难于用于实践。企业实践者由于理论水平相对较低，难以将丰富的经验上升为理论，上升为智能处理系统且实践精英分别在各企业，成为信息孤岛。因此，应加强各企业单位与学者、专家的充分交流沟通，形成综合研究合力、集体创新合力，共同推进往复压缩机故障诊断技术再上新台阶。另一方面，目前各种诊断技术和方法均从某一方面取得了一些成绩，但缺乏完整的、系统的、普遍的、成熟的诊断系统，以供企业快速、准确找到故障，这与往复压缩机在工业中的重要地位是不相符的，需要将各种方法、参数、信号进行大规模集成，要注重交叉、集合研究，以促进综合诊断体系的形成。

参考文献：

[1]李建明，李军.往复式压缩机常见故障及在线监测系统的应用[J].仪器仪表用户，2019（5）41-43.

[2]刘志芳，关敬民.海洋石油作业平台往复式天然气压缩机在线监测系统技术分析与研究[J].压缩机技术，2019（2）29-30.

[3]王雪玉，何海莹，牧槟军.往复式压缩机故障诊断技术探析[J].科技资讯，2018（35）：94-102.

[4]刘光辉，张施渝，刘赞.往复式压缩机故障诊断技术分析[J].东北石油大学，2018，25（12）：52-53.