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往復(fù)壓縮機(jī)典型故障特征
閱讀：749 發(fā)布時(shí)間：2023-8-1往復(fù)壓縮機(jī)在進(jìn),、排氣閥吸氣、排氣,，活塞,、連桿,、十字頭往復(fù)運(yùn)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(guī)頻譜分析的手段,，頻譜圖上將呈現(xiàn)連續(xù)而密集的寬帶譜線,，故障特征信號(hào)被背景噪聲所湮沒(méi),，難以提取和識(shí)別,，而且振動(dòng)對(duì)氣體泄漏也不敏感。
沖擊,、漏氣和摩擦是往復(fù)機(jī)械最主要的信號(hào)類型,，其在時(shí)域的特征如圖1所示,。我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)使用的往復(fù)壓縮機(jī)是由多個(gè)氣缸組成,，各缸的進(jìn)排氣閥的開啟、關(guān)閉沖擊信號(hào)混雜在一起,。往復(fù)壓縮機(jī)診斷技術(shù)強(qiáng)調(diào)各項(xiàng)參數(shù)處理成為相對(duì)曲軸轉(zhuǎn)角的定位信號(hào)進(jìn)行分析,，閥門開啟關(guān)閉、十字頭運(yùn)動(dòng)等事件與曲軸相位對(duì)應(yīng)起來(lái),，從而實(shí)現(xiàn)故障分析和預(yù)知。相位信號(hào)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，盤車使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(duì)齊,，各缸之間的角度差是固定的,，這樣在逐缸測(cè)試各種類型的信號(hào)時(shí),，便有了一個(gè)相位參考基準(zhǔn),，就可以各類信號(hào)在一個(gè)做功周期內(nèi)與相應(yīng)的事件準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)起來(lái),，同時(shí)同類缸的同類信號(hào)也可以放在一起進(jìn)行類比判斷，哪個(gè)缸存在異常便易顯現(xiàn)出來(lái),。為進(jìn)一步消除各缸信號(hào)串?dāng)_，對(duì)振動(dòng)和超聲波信號(hào)進(jìn)行分頻段處理,，超聲波信號(hào)取36kHz~44 kHz和15 .5 kHz~40 kHz；振動(dòng)高頻信號(hào)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(hào)頻率高、波長(zhǎng)短,、方向性好、衰減大,，因此抗干擾性強(qiáng)；中,、低頻信號(hào)與之相反,，但能反映振動(dòng)能量的大小,。幾種類型的信號(hào)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(hào)相互印證，結(jié)合性能分析,，便能對(duì)往復(fù)壓縮機(jī)故障進(jìn)行全面地分析與診斷,。
1,、往復(fù)壓縮機(jī)的常見故障機(jī)理、典型特征
往復(fù)壓縮機(jī)主要由曲軸,、連桿,、十字頭、活塞桿,、活塞、氣閥,、缸體,、機(jī)座等組成,，通過(guò)吸氣、壓縮,、排氣、膨脹實(shí)現(xiàn)氣體的增壓,。活塞壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,，故障較多,，常見故障有氣閥漏氣,、活塞環(huán)磨損、連桿大頭瓦磨損等故障,。
1.1氣閥的故障機(jī)理和特征分析
壓縮機(jī)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(dāng)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(dāng)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(jī)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(jī)的排氣量、功率消耗等性能,，也影響到運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性。
（1）壓力-轉(zhuǎn)角曲線
根據(jù)進(jìn)排氣壓力、溫度,、氣體組分、余隙等參數(shù)計(jì)算理論壓力-轉(zhuǎn)角曲線,；
缸頭端的缸內(nèi)壓力-轉(zhuǎn)角曲線與理論曲線比較；
曲軸端的缸內(nèi)壓力-轉(zhuǎn)角曲線與理論曲線比較,。
（2）Logp-LogV曲線
由氣體的過(guò)程方程pVn=常數(shù)
兩邊取對(duì)數(shù)可得Logp+ nLogV=常數(shù)，這是一個(gè)斜率為n,，變量為Logp和LogV的線性方程。n是壓縮和膨脹的過(guò)程指數(shù),，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(shù),，nc表示壓縮的過(guò)程指數(shù),，n是ne與nc的比值。正常情況下,，n值應(yīng)該等于1,。在膨脹過(guò)程中，氣體通過(guò)排氣閥漏入氣缸內(nèi),，并與氣缸余隙中殘留的氣體一起膨脹，造成氣缸內(nèi)壓力比正常時(shí)要高,，這就使活塞需要更遠(yuǎn)的行程才能使缸內(nèi)壓力低于吸氣閥的開啟壓力，導(dǎo)致斜率ne變?。欢鴫嚎s過(guò)程中,，氣體繼續(xù)通過(guò)排氣閥漏入氣缸內(nèi)，使氣缸內(nèi)壓力上升較快,，排氣閥能較早打開，導(dǎo)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,，波形基線有所變寬。
（4）氣閥的溫度
1.2連桿大頭瓦磨損的故障機(jī)理和特征
對(duì)于雙作用壓縮機(jī),，活塞桿受力由作用在活塞兩側(cè)的氣體壓力差，活塞,、活塞桿、十字頭,、連桿產(chǎn)生的往復(fù)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(fù)運(yùn)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(cè)量活塞兩側(cè)的壓力曲線,，計(jì)算往復(fù)運(yùn)動(dòng)組件的往復(fù)慣性力,，可求出活塞桿的受力曲線和活塞桿受力反向的角度。當(dāng)十字頭銷與襯套,、曲軸銷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(jī)中體下方測(cè)量十字頭的低頻振動(dòng)曲線,，再與活塞桿受力曲線比較，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,，在活塞桿受力反向時(shí)出現(xiàn)幅值異常的沖擊幅值,。檢查發(fā)現(xiàn)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(cè)壓力的合力反向時(shí),，在中體下方所測(cè)低頻振動(dòng)信號(hào)將出現(xiàn)顯著的振幅，振幅尖峰出現(xiàn)的位置對(duì)應(yīng)活塞兩側(cè)壓力的合力曲線過(guò)零線的位置,。
1.4氣閥松動(dòng)
在壓縮機(jī)每個(gè)氣閥上采集超聲波信號(hào)和高頻振動(dòng)信號(hào),，超聲波信號(hào)對(duì)氣閥的漏氣很敏感，而振動(dòng)信號(hào)能有效判斷氣閥出現(xiàn)的沖擊,。
吸氣閥在20度~40度曲軸轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)出現(xiàn)了較大的沖擊尖峰，該位置并非氣閥開啟位置,，也不是其它氣閥串?dāng)_所致,。當(dāng)曲軸側(cè)缸內(nèi)壓力開始上升約20度后出現(xiàn)的沖擊,，表明氣閥可能存在松動(dòng)。開始?jí)嚎s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(dāng)壓力升至能托起氣閥時(shí)，氣閥沖向閥罩產(chǎn)生沖擊信號(hào),。檢查發(fā)現(xiàn)，氣閥密封墊圈脫落,，氣閥便在閥室內(nèi)反復(fù)撞擊,。