一、往復(fù)式壓縮機(jī)診斷方法的研究現(xiàn)狀
在工業(yè)上被廣泛使用的往復(fù)式壓縮機(jī),故障診斷比較復(fù)雜,所以國內(nèi)外學(xué)者一直以來都很關(guān)注對它的研究。在國外,美國學(xué)者曾經(jīng)利用氣缸內(nèi)側(cè)的壓力信號圖像判斷氣閥故障及活塞環(huán)的磨損;捷克學(xué)者對千余種不同類型的壓縮機(jī)建立了常規(guī)性參數(shù)數(shù)據(jù)庫,確定評定參數(shù),以判斷壓縮機(jī)的工作狀態(tài)等。
在國內(nèi),有些專家對往復(fù)式壓縮機(jī)的缸蓋振動信號進(jìn)行過簡單的分析,也有人在缸蓋振動信號對缸內(nèi)氣體壓力的影響方面進(jìn)行過研究。有些學(xué)者在壓縮機(jī)的常規(guī)性能參數(shù)的監(jiān)測和控制方面做了大量的工作,就是為了能夠改變目前壓縮機(jī)操作人員用耳聽、眼看,憑借經(jīng)驗(yàn)判斷故障的局面,而是有實(shí)際強(qiáng)有力的證據(jù)得到的監(jiān)測結(jié)果。
然而,由于往復(fù)式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,根據(jù)當(dāng)前的研究狀況以及研究資料表明,我們需要完善計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能領(lǐng)域的專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的初步使用,使在故障診斷技術(shù)領(lǐng)域能夠有一套像旋轉(zhuǎn)機(jī)械那樣成熟的,得到人們普遍認(rèn)可和廣泛應(yīng)用的診斷系統(tǒng),以供選擇并獲得往復(fù)式壓縮機(jī)工作狀態(tài)的有效特征參數(shù)。僅僅采取先憑經(jīng)驗(yàn)或設(shè)想去確定和試湊特征參數(shù),然后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方法是不充分的,且不能找出最優(yōu)特征參數(shù),與實(shí)際的應(yīng)用還是有一定的出入的,這同往復(fù)式壓縮機(jī)在工業(yè)中的重要地位是不相稱的。
二、往復(fù)式壓縮機(jī)熱力性能的故障及機(jī)理
(一)常見往復(fù)式壓縮機(jī)熱力性能故障類型及起因是各種各樣的
從相關(guān)資料和研究中可知,造成往復(fù)式壓縮機(jī)熱力故障的主要原因?yàn)樘盍虾蜌忾y等易損件的損壞。填料函的故障大大降低了排氣量、使得壓比失調(diào)等。
統(tǒng)計(jì)資料表明,氣閥故障占往復(fù)式壓縮機(jī)故障總數(shù)的60%,氣閥故障可導(dǎo)致壓比失調(diào)、排氣溫度增高、排氣量降低等,嚴(yán)重時甚至可拉毛氣缸導(dǎo)致機(jī)組報(bào)廢。在實(shí)際生產(chǎn)中,現(xiàn)場操作人員常根據(jù)它來進(jìn)行診斷。
(二)往復(fù)式壓縮機(jī)機(jī)械功能的故障及機(jī)理
常見往復(fù)式壓縮機(jī)機(jī)械性能故障類型及起因也是多方面的。在生產(chǎn)過程中典型的機(jī)械故障有閥片碎裂、十字頭及活塞桿斷裂、活塞環(huán)斷裂、汽缸開裂、汽缸和汽缸蓋破裂、曲軸斷裂、連桿斷裂和變形、連桿螺栓斷裂、活塞卡住與開裂、機(jī)身斷裂和燒瓦、電機(jī)故障等。實(shí)踐證明,氣閥故障的診斷在往復(fù)式壓縮機(jī)故障診斷中是很重要的,但活塞桿斷裂、裂紋事故也較常見。由于運(yùn)動件較多,大多數(shù)還是機(jī)械性能故障。
三、往復(fù)式壓縮機(jī)狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷方法及原理和技術(shù)特點(diǎn)
往復(fù)式壓縮機(jī)是一種復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備,其狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的技術(shù)手段和方法也很多。通常采用的是在線間接診斷方法,即通過二次診斷信息來間接判斷其中關(guān)鍵零部件的狀態(tài)變化。常見的方法有:直觀檢測、熱力性能參數(shù)監(jiān)測、振動噪聲監(jiān)測、潤滑油液在線分析、專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。
(一)直觀檢測
壓縮機(jī)操作人員僅用耳聽、眼看、憑借經(jīng)驗(yàn)判斷設(shè)備的故障。隨著機(jī)械設(shè)備朝著高度自動化的方向發(fā)展,該方法已無法滿足目前往復(fù)式壓縮機(jī)故障診斷的要求。
(二)熱力性能參數(shù)監(jiān)測
測量熱力性能參數(shù),并據(jù)此判斷往復(fù)式壓縮機(jī)狀態(tài),從而診斷故障的研究。一般通過儀表監(jiān)測壓縮機(jī)的油溫、水溫、排氣量、排氣壓力、冷卻水量等,為查找有關(guān)部件的故障提供有用的信息。由于該方法對故障點(diǎn)缺乏準(zhǔn)確性及預(yù)測性,目前主要用于監(jiān)測工藝參數(shù)及壓縮機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。
(三)振動噪聲監(jiān)測
振動監(jiān)測診斷往復(fù)式壓縮機(jī)故障,在實(shí)驗(yàn)室已取得了許多研究成果。利用機(jī)器表面振動信號診斷活塞與氣缸磨損、氣閥漏氣和主軸承狀態(tài);在氣缸頭安裝振動傳感器,通過分析振動信號診斷缸內(nèi)故障;利用振動信號診斷往復(fù)式壓縮機(jī)主軸承故障;利用潤滑油管路內(nèi)的壓力波信號診斷往復(fù)式壓縮機(jī)軸承故障等。但由于背景噪聲干擾大,往復(fù)式機(jī)械工況的變化導(dǎo)致其信號的非平穩(wěn)性,缺少性能可靠的傳感器等原因,因此到現(xiàn)在為止還沒有被廣泛的運(yùn)用。
(四)油液在線監(jiān)測
潤滑油油液分析分為兩大類:一類是油液本身物理化學(xué)性能的分析,潤滑油的粘度、酸度、水分、燃點(diǎn)、閃點(diǎn)等;另一類是油液中摩擦副磨損信息的分析,包括光譜分析、鐵譜分析、顆粒計(jì)數(shù)等。該方法的實(shí)施過程包括取樣、樣品制備、獲得監(jiān)測數(shù)據(jù)、形成診斷結(jié)論等步驟。潤滑油中磨粒監(jiān)測技術(shù)則可分為在線和離線兩大類。
離線監(jiān)測技術(shù)主要有油液光譜分析、鐵譜分析及利用掃描電子顯微鏡和能譜儀分析鐵譜譜片等;在線監(jiān)測技術(shù)主要有顆粒計(jì)數(shù)器、在線式鐵譜儀等,已經(jīng)投入使用的主要有光學(xué)型磨損顆粒計(jì)數(shù)器,電磁型磨損顆粒計(jì)數(shù)器,尚未投入實(shí)際使用但已在研究的有X射線磨損顆粒在線監(jiān)測儀,超聲磨損顆粒監(jiān)測儀等。
(五)人工智能診斷
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步,人工智能診斷系統(tǒng)被應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域,壓縮機(jī)的故障診斷也不例外。人工智能診斷是一種使用專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自學(xué)性和組織性特點(diǎn),具備聯(lián)想記憶功能,能從設(shè)備故障中學(xué)習(xí)、積累經(jīng)驗(yàn),并借助故障方面的知識,同時以一些搜索方式和推理方式作為輔助,對較為復(fù)雜的系統(tǒng)故障進(jìn)行診斷的智能化計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)。其所具有的優(yōu)勢是診斷方式較為簡單快捷且解釋機(jī)制強(qiáng),但缺陷是推理機(jī)制太過簡單且所借助的知識是否可靠等等。
(六)早期預(yù)警技術(shù)
早期預(yù)警技術(shù)能夠?qū)υO(shè)備的異常信息做出快速的分析和判斷,并準(zhǔn)確地得出設(shè)備當(dāng)前時刻的異常信息、開停車狀態(tài)、異常診斷結(jié)論等信息,進(jìn)而主動反饋輸出結(jié)果,有效輔助現(xiàn)場工作人員對設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理。
當(dāng)前主要的研究方向包括氣閥故障及預(yù)警、活塞桿斷裂故障及預(yù)警、大頭瓦磨損故障及預(yù)警等等,并通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)得出了相應(yīng)的結(jié)論,在減少故障發(fā)生方面起到了至關(guān)重要的作用。隨著研究的不斷深入,越來越多的典型故障決策模型將會建立起來,診斷經(jīng)驗(yàn)的積累不斷增多,決策模型和預(yù)警方法將會進(jìn)一步改進(jìn)提升,提高對故障診斷的準(zhǔn)確性,保證設(shè)備的正常運(yùn)行。
四、對于往復(fù)式壓縮機(jī)中出現(xiàn)問題的對策
對于往復(fù)式壓縮機(jī)熱力性能故障中的問題的類型,其主要是(1)排氣量不足;(2)溫度異常。
解決往復(fù)式壓縮機(jī)熱力性能故障的對策:
(1)對于排氣量不足
a.進(jìn)氣濾清器的故障,應(yīng)定期清洗濾清器,對氣閥板、閥片上的污垢進(jìn)行清洗,有利于空壓機(jī)保持正常排氣量。常規(guī)情況下每200小時應(yīng)清洗一次濾清器,每500~800小時應(yīng)清洗一次氣閥。
b.氣缸、活塞、活塞環(huán)磨損嚴(yán)重超差,使有關(guān)間隙增大,泄漏量增大,影響排氣量。屬于正常磨損的,應(yīng)及時更換易損件,如活塞環(huán)等。屬于安裝不當(dāng)、間隙不合適時,應(yīng)按圖紙進(jìn)行糾正;無圖紙時,可按經(jīng)驗(yàn)資料,活塞與氣缸之間沿圓周的間隙,為鑄鐵活塞時,間隙為氣缸直徑的0.06%~009%;為鋁合金活塞時,間隙為氣缸直徑的0.12%~0.18%;鋼活塞可取鋁合金活塞的較小值。
c.壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速降低,因?yàn)榭諝鈮嚎s機(jī)的排氣量是按一定的海拔高度、吸氣溫度、濕度設(shè)計(jì)的,所有使用不能超過標(biāo)準(zhǔn)的高原,就不會導(dǎo)致吸氣壓力降低,使排氣量降低。
d.潤滑油質(zhì)量不好,應(yīng)選擇高質(zhì)量的潤滑油。長期工作后,潤滑油會含有雜質(zhì)、灰塵,要進(jìn)行過濾。一般情況,每500~800小時應(yīng)更換一次機(jī)油,并對前一次使用的機(jī)油進(jìn)行過濾。
(2)對于溫度異常
a.中間冷卻效率低,或者中冷卻器內(nèi)結(jié)水垢影響換熱,則后一級的吸氣溫度必然升高,排氣溫度也會增高。
b.氣閥漏氣、活塞環(huán)漏氣,不僅影響到排氣溫度升高,而且會使級間壓力發(fā)生變化,壓力比高于正常值均會使排氣溫度升高。
c.水冷式壓縮機(jī),缺水或水量不足時均會使排氣溫度升高。
對于往復(fù)式壓縮機(jī)機(jī)械功能的故障中的類型其主要表現(xiàn)為異常振動、異常響聲。
往復(fù)壓縮機(jī)由于存在旋轉(zhuǎn)慣性力、往復(fù)慣性力及力矩,將會引起機(jī)械及基礎(chǔ)的振動。主要部位包括氣缸和機(jī)體部分振動。
(1)氣缸部分
a.氣缸內(nèi)侵入雜物,應(yīng)排除夾雜物;
b.填料、托瓦或活塞環(huán)異常磨損,軸向間隙大,應(yīng)更換部件;
c.管線強(qiáng)制振動,應(yīng)加強(qiáng)管線支承;
d.氣缸與十字頭滑道的同心度不正,應(yīng)重找同心度;
e.缸套定位不好或其他原因,連接部位存在松動;
f.氣閥工作狀態(tài)不好。
(2)機(jī)體部分振動
a.往復(fù)慣性力和力矩沒有平衡好;
b.曲軸中心線與機(jī)身滑道中心線不垂直;
c.對稱平衡型壓縮機(jī)機(jī)身的主軸承不同心;
d.機(jī)身水平度不符合要求;
e.運(yùn)動部件連接不牢固;
f.地腳螺栓松動。
(3)故障解決方法
a.氣缸余隙容積過大,調(diào)整氣缸余隙尺寸;
b.吸排氣閥咬住,拆開氣閥,清洗、修理或更換;
c.吸排氣閥不嚴(yán)密或活塞環(huán)漏氣,清洗或進(jìn)行更換;
d.吸排氣閥、管通道截面積小,清洗過濾器,檢查吸氣閥和排氣管路的通道面積。
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