往復壓縮機典型故障特征

  往復壓縮機在進(jìn)、排氣閥吸氣、排氣，活塞、連桿、十字頭往復運動(dòng)時(shí)產(chǎn)生撞擊和噪聲，并且各缸之間的撞擊和噪聲相互干擾，如果采用常規頻譜分析的手段，頻譜圖上將呈現連續而密集的寬帶譜線(xiàn)，故障特征信號被背景噪聲所湮沒(méi)，難以提取和識別，而且振動(dòng)對氣體泄漏也不敏感。

       沖擊、漏氣和摩擦是往復機械最主要的信號類(lèi)型，其在時(shí)域的特征如圖1所示。我們在現場(chǎng)使用的往復壓縮機是由多個(gè)氣缸組成，各缸的進(jìn)排氣閥的開(kāi)啟、關(guān)閉沖擊信號混雜在一起。往復壓縮機診斷技術(shù)強調各項參數處理成為相對曲軸轉角的定位信號進(jìn)行分析，閥門(mén)開(kāi)啟關(guān)閉、十字頭運動(dòng)等事件與曲軸相位對應起來(lái)，從而實(shí)現故障分析和預知。相位信號通過(guò)下述手段采集，在飛輪罩殼上固定安裝磁電式速度傳感器，盤(pán)車(chē)使1缸處于上止點(diǎn)位置，在飛輪上鉆孔使其與磁電傳感器精確對齊，各缸之間的角度差是固定的，這樣在逐缸測試各種類(lèi)型的信號時(shí)，便有了一個(gè)相位參考基準，就可以各類(lèi)信號在一個(gè)做功周期內與相應的事件準確對應起來(lái)，同時(shí)同類(lèi)缸的同類(lèi)信號也可以放在一起進(jìn)行類(lèi)比判斷，哪個(gè)缸存在異常便易顯現出來(lái)。為進(jìn)一步消除各缸信號串擾，對振動(dòng)和超聲波信號進(jìn)行分頻段處理，超聲波信號取36kHz~44 kHz和15 .5 kHz~40 kHz；振動(dòng)高頻信號取5 .6kHz ~40 kHz；振動(dòng)中頻取180 Hz~8 kHz；振動(dòng)低頻取1Hz~8 kHz。高頻信號頻率高、波長(cháng)短、方向性好、衰減大，因此抗干擾性強；中、低頻信號與之相反，但能反映振動(dòng)能量的大小。幾種類(lèi)型的信號采用不同的頻段組合，既可隔離干擾又能反映振動(dòng)的能量大小，各種信號相互印證，結合性能分析，便能對往復壓縮機故障進(jìn)行全面地分析與診斷。

1、往復壓縮機的常見(jiàn)故障機理、典型特征

      往復壓縮機主要由曲軸、連桿、十字頭、活塞桿、活塞、氣閥、缸體、機座等組成，通過(guò)吸氣、壓縮、排氣、膨脹實(shí)現氣體的增壓?；钊麎嚎s機結構復雜，故障較多，常見(jiàn)故障有氣閥漏氣、活塞環(huán)磨損、連桿大頭瓦磨損等故障。

1.1氣閥的故障機理和特征分析

      壓縮機氣閥為自動(dòng)閥，由閥座、閥片、彈簧和升程限制器組成。它借助于氣缸和閥腔之間的氣體壓力差而開(kāi)啟，并由于受到進(jìn)、排氣過(guò)程中流經(jīng)氣閥的氣流推力作用而上升;當推力大于彈簧的反作用力時(shí)，閥片停留在升程限制器上;反之，當氣流推力小于彈簧力時(shí)，閥片便向下關(guān)閉。氣閥是活塞壓縮機中最為關(guān)鍵的一個(gè)組件，也是易于損壞且故障率最高的部件，占總故障的60%以上。它的工作狀況直接影響到壓縮機的排氣量、功率消耗等性能，也影響到運轉的可靠性。

（1）壓力-轉角曲線(xiàn)

根據進(jìn)排氣壓力、溫度、氣體組分、余隙等參數計算理論壓力-轉角曲線(xiàn)；

缸頭端的缸內壓力-轉角曲線(xiàn)與理論曲線(xiàn)比較；

曲軸端的缸內壓力-轉角曲線(xiàn)與理論曲線(xiàn)比較。

（2）Logp-LogV曲線(xiàn)

      由氣體的過(guò)程方程pVⁿ=常數

      兩邊取對數可得Logp+ nLogV=常數，這是一個(gè)斜率為n，變量為Logp和LogV的線(xiàn)性方程。n是壓縮和膨脹的過(guò)程指數，它的值由氣體的組分、壓力、溫度所決定。ne表示膨脹的過(guò)程指數，nc表示壓縮的過(guò)程指數，n是ne與nc的比值。正常情況下，n值應該等于1。在膨脹過(guò)程中，氣體通過(guò)排氣閥漏入氣缸內，并與氣缸余隙中殘留的氣體一起膨脹，造成氣缸內壓力比正常時(shí)要高，這就使活塞需要更遠的行程才能使缸內壓力低于吸氣閥的開(kāi)啟壓力，導致斜率ne變??；而壓縮過(guò)程中，氣體繼續通過(guò)排氣閥漏入氣缸內，使氣缸內壓力上升較快，排氣閥能較早打開(kāi)，導致斜率nc值變大。

（3）氣閥的超聲波波形

      氣閥在整個(gè)膨脹、吸氣、壓縮、排氣過(guò)程中，基線(xiàn)變寬，在整個(gè)作功過(guò)程中都存在氣體噪聲，表明這個(gè)氣閥漏氣，而另一排氣閥和兩個(gè)吸氣閥也受干擾，波形基線(xiàn)有所變寬。

（4）氣閥的溫度   

1.2連桿大頭瓦磨損的故障機理和特征

      對于雙作用壓縮機，活塞桿受力由作用在活塞兩側的氣體壓力差，活塞、活塞桿、十字頭、連桿產(chǎn)生的往復慣性力，活塞環(huán)與氣缸、十字頭與滑軌產(chǎn)生的摩擦力組成。由于氣體壓力、往復運動(dòng)組件的加速度是瞬時(shí)變化的，活塞桿的受力也隨之變化。

   測量活塞兩側的壓力曲線(xiàn)，計算往復運動(dòng)組件的往復慣性力，可求出活塞桿的受力曲線(xiàn)和活塞桿受力反向的角度。當十字頭銷(xiāo)與襯套、曲軸銷(xiāo)與連桿大頭瓦間隙過(guò)大時(shí)，在活塞桿受力反向時(shí)就會(huì )產(chǎn)生沖擊，間隙大則沖擊的幅值也大。

      通過(guò)在壓縮機中體下方測量十字頭的低頻振動(dòng)曲線(xiàn)，再與活塞桿受力曲線(xiàn)比較，即可判斷連桿大、小頭間隙是否正常。

      活塞桿受力和中體低頻振動(dòng)曲線(xiàn)，在活塞桿受力反向時(shí)出現幅值異常的沖擊幅值。檢查發(fā)現連桿大頭瓦巴氏合金層已磨穿。

 1.3活塞環(huán)燒蝕

      若活塞環(huán)磨損，則活塞兩側壓力的合力反向時(shí)，在中體下方所測低頻振動(dòng)信號將出現顯著(zhù)的振幅，振幅尖峰出現的位置對應活塞兩側壓力的合力曲線(xiàn)過(guò)零線(xiàn)的位置。

1.4氣閥松動(dòng)

      在壓縮機每個(gè)氣閥上采集超聲波信號和高頻振動(dòng)信號，超聲波信號對氣閥的漏氣很敏感，而振動(dòng)信號能有效判斷氣閥出現的沖擊。

  吸氣閥在20度~40度曲軸轉角范圍內出現了較大的沖擊尖峰，該位置并非氣閥開(kāi)啟位置，也不是其它氣閥串擾所致。當曲軸側缸內壓力開(kāi)始上升約20度后出現的沖擊，表明氣閥可能存在松動(dòng)。開(kāi)始壓縮時(shí)，氣體壓力較低，不足以托起氣閥，故起始位置無(wú)沖擊，當壓力升至能托起氣閥時(shí)，氣閥沖向閥罩產(chǎn)生沖擊信號。檢查發(fā)現，氣閥密封墊圈脫落，氣閥便在閥室內反復撞擊。