王帥 劉明瓚 劉洋

【摘 要】離心式壓縮機(jī)輸送的主要介質(zhì)是空氣、氫氣等化工工藝過程中所需的介質(zhì)氣，為后續(xù)工藝流程提供壓縮介質(zhì)氣，是保持后續(xù)生產(chǎn)工藝正常進(jìn)行的基本條件。離心式壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)所需的主要組成部分一般由驅(qū)動設(shè)備：蒸汽輪機(jī)（電機(jī)）、中間傳動設(shè)備：齒輪箱（耦合器）、對介質(zhì)做功的工作設(shè)備：離心式壓縮機(jī)等組成。離心壓縮機(jī)組在大型化工企業(yè)生產(chǎn)過程中位于至關(guān)重要的核心位置，可以比作化工領(lǐng)域的動力心臟；雖然現(xiàn)階段壓縮機(jī)組性能基本都能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但從簡單的機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)到負(fù)荷開機(jī)這之間還有很多變量以及不利因素需要把控。如由于現(xiàn)場工藝條件無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但急于投產(chǎn)以及操作不當(dāng)導(dǎo)致的機(jī)組喘振會大大影響機(jī)組的使用壽命。為此，對離心式壓縮機(jī)的故障分析與診斷技術(shù)進(jìn)行了探討，以提高離心式壓縮機(jī)在投產(chǎn)過程中的的工作效率。

【關(guān)鍵詞】離心式壓縮機(jī)；故障分析；診斷技術(shù)

引言

通過對離心式壓縮機(jī)故障診斷機(jī)理和技術(shù)梳理，分析了幾種離心式壓縮機(jī)診斷技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，并結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及離心式壓縮機(jī)故障診斷技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，梳理出離心式壓縮機(jī)故障診斷技術(shù)的未來發(fā)展趨勢，以及實(shí)現(xiàn)離心式壓縮機(jī)故障診斷所需解決的難題。以期為后續(xù)離心式壓縮機(jī)智能故障診斷提供基礎(chǔ)。

1、喘振的機(jī)理分析及判斷

在操作條件偏離設(shè)計(jì)條件的情況下，流量減小，并且進(jìn)入葉輪或者擴(kuò)壓器的流動通道的氣流方向改變。在葉片的非工作表面上發(fā)生氣流邊界層的分離現(xiàn)象，當(dāng)情況嚴(yán)重時(shí)，即發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速。這時(shí)，壓縮機(jī)雖仍在工作狀態(tài)，但是大部分做功都變成能量損失，氣體壓力無法增大，致使壓縮機(jī)出口壓力降低，管系中下游管道的壓力大于出口壓力，便發(fā)生氣體倒流，直至壓縮機(jī)出口壓力高于管系的壓力，壓縮機(jī)又重新恢復(fù)供氣，之后又重復(fù)發(fā)生上述現(xiàn)象，整個(gè)系統(tǒng)重復(fù)出現(xiàn)周期性軸向低頻大幅度氣流振蕩，這種現(xiàn)象就稱為喘振。造成喘振的原因分為內(nèi)因和外因：外部原因一般為與壓縮機(jī)一起工作的管網(wǎng)系統(tǒng)的壓力大于壓縮機(jī)能夠提供的壓力；內(nèi)因方面主要為壓縮機(jī)流量減小，進(jìn)入喘振區(qū)。在實(shí)際操作中，引起壓縮機(jī)喘振通常是多種原因相結(jié)合而造成的。如壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速升高或降低，流體特性的變化，包括流體溫度及成分的變化；另外，壓縮機(jī)機(jī)械參數(shù)的改變等也會影響壓縮機(jī)的性能曲線，從而導(dǎo)致喘振流量的變化。在運(yùn)行中可能造成喘振的原因主要有以下4點(diǎn)。①管網(wǎng)系統(tǒng)壓力過高。當(dāng)需要緊急停車時(shí)，要進(jìn)行氣體放空或回流，如果此時(shí)出口管路上的止回閥不靈活，或安裝位置距離壓縮機(jī)出口過遠(yuǎn)，當(dāng)系統(tǒng)突然減量時(shí)，防喘振系統(tǒng)不能馬上進(jìn)行調(diào)節(jié)。②吸入流量不足。如果壓縮機(jī)入口過濾器阻塞，導(dǎo)致吸入氣體阻力增大，濾芯過臟，或是氣溫過低時(shí)發(fā)生結(jié)冰，導(dǎo)致壓縮機(jī)入口氣源減少或者切斷，供氣不足，若流量降低到喘振流量以下，就會導(dǎo)致喘振。③操作錯(cuò)誤。在操作中，升速升壓過快，降速之前沒有先降壓。④放喘振系統(tǒng)未投自動。當(dāng)發(fā)生工況波動或電網(wǎng)波動等外界因素變化的情況時(shí)，若防喘振系統(tǒng)未投自動，則會因手動調(diào)節(jié)不及時(shí)造成喘振。

2、壓縮機(jī)的防喘振控制

根據(jù)對壓縮機(jī)喘振機(jī)理和原因進(jìn)行分析，可以采取相應(yīng)的措施來防止壓縮機(jī)喘振，使工況穩(wěn)定，確保正常運(yùn)行，減少喘振對壓縮機(jī)的損害。通過調(diào)節(jié)壓縮機(jī)吸入量，或出口壓力，使壓縮機(jī)運(yùn)行在穩(wěn)定的工況區(qū)域。防喘振控制主要分為兩種：一種是固定極限流量控制，另一種是可變極限流量防喘振控制。兩者都是通過控制壓縮機(jī)的進(jìn)氣流量超過一個(gè)特定的極限流量值，如果流量減少到這個(gè)值，則壓縮機(jī)的防喘振閥打開，以保證壓縮機(jī)入口有足夠的進(jìn)氣量。固定極限流量控制是使進(jìn)氣流量大于一定值流量，從而避免進(jìn)入喘振區(qū)運(yùn)行，但是由于壓縮機(jī)在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，能耗較大，應(yīng)用范圍不廣。在需要通過轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)來改變壓縮機(jī)負(fù)荷的情況下，就更適合采用另一種防喘振控制，即可變極限流量防喘振控制。由于極限喘振流量是隨著轉(zhuǎn)速的降低而降低，因此最合理的方法是使進(jìn)氣流量始終與極限喘振流量保持適當(dāng)?shù)陌踩嗔?，防喘振調(diào)節(jié)器沿著喘振極限流量曲線右側(cè)的安全控制線運(yùn)行，這就是可變極限流量方法。

3、離心式壓縮機(jī)故障診斷技術(shù)分析

離心式壓縮機(jī)是一種復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備，針對離心式壓縮機(jī)故障診斷和狀態(tài)監(jiān)測的技術(shù)手段和方法較多，主要的技術(shù)方法為：直觀檢測、振動噪聲監(jiān)測、熱力性能參數(shù)監(jiān)測、專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、潤滑油液分析等。

3.1直觀檢測方法

直觀檢測方法是指工作人員采用眼看、耳聽和自身經(jīng)驗(yàn)對離心式壓縮機(jī)的故障進(jìn)行判斷。伴隨智能化技術(shù)在機(jī)械設(shè)備上的應(yīng)用，此方法已逐漸不能滿足故障診斷的需求。

3.2振動噪聲監(jiān)測

振動噪聲監(jiān)測診斷的機(jī)理是應(yīng)用離心式壓縮機(jī)主軸表面的振動信號對主軸與氣缸之間是否由于喘振導(dǎo)致剮蹭、密封磨損漏氣、以及主軸承狀態(tài)進(jìn)行診斷。即利用振動傳感器采集的振動信號進(jìn)行時(shí)域和頻域分析，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)在線狀態(tài)監(jiān)測。由于這種方法最直接也相對來說較為可靠，所以現(xiàn)階段該方法廣泛應(yīng)用于機(jī)組監(jiān)測過程中。

3.3油液監(jiān)測技術(shù)

油液監(jiān)測是通過對潤滑油中的磨粒進(jìn)行監(jiān)測的技術(shù)，一般分為在線和離線兩類。離線監(jiān)測方法主要包括鐵譜分析、油液光譜分析以及應(yīng)用能譜儀分析等；在線監(jiān)測方法主要包括在線式鐵譜儀和顆粒計(jì)數(shù)器等，在部分離心式壓縮機(jī)故障診斷中應(yīng)用。

4、離心壓縮機(jī)故障診斷技術(shù)的發(fā)展趨勢

4.1 現(xiàn)代信號處理技術(shù)在振動信號數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用

在離心壓縮機(jī)的故障診斷中，我們發(fā)現(xiàn)，最困難的就是數(shù)據(jù)信息提取，這一問題的存在對我們提早發(fā)現(xiàn)問題一直都是一個(gè)瓶頸式的障礙，所以信息采集方面我們必須要在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上、有針對的研究、突破，如果我們可以將這一問題很好的解決，那么在今后的發(fā)展過程將會取得更大的突破。

4.2 建立先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)診斷系統(tǒng)

現(xiàn)在來看離心壓縮機(jī)所帶動的生產(chǎn)設(shè)備一般都是大型的、連續(xù)的、復(fù)雜的生產(chǎn)設(shè)備，所以說設(shè)備診斷的網(wǎng)絡(luò)化就成了我們對設(shè)備檢測的主要方向，將整個(gè)系統(tǒng)都網(wǎng)絡(luò)化我們不僅可以更好的實(shí)時(shí)監(jiān)測到系統(tǒng)的運(yùn)行情況，還可以通過實(shí)踐的積累總結(jié)出容易出現(xiàn)問題的情況，如現(xiàn)階段的遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)就是基于該原理設(shè)計(jì)的。

4.3人工智能診斷技術(shù)

目前已廣泛應(yīng)用于離心式壓縮機(jī)故障診斷的人工智能診斷技術(shù)包括專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。其主要的機(jī)理是立足于大量的領(lǐng)域?qū)＜抑R和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的智能化系統(tǒng)，以此為基礎(chǔ)解決難度大、復(fù)雜度高的系統(tǒng)故障診斷難題。其具備易于構(gòu)建、推理預(yù)測簡單、解釋機(jī)制強(qiáng)等優(yōu)勢；而專家知識準(zhǔn)確和可靠獲取、系統(tǒng)具備較強(qiáng)的自學(xué)習(xí)能力是其需要解決的問題。

4.4 故障基理的研究

隨著離心壓縮機(jī)故障診斷及維修方面的深入研究，離心壓縮機(jī)的工作原理的理論研究也顯得更加重要，在很多時(shí)候我們往往可以通過理論研究以及技術(shù)參數(shù)來分析離心壓縮機(jī)發(fā)生故障的原因和將來可能會發(fā)生的故障，這樣對提高故障處理效率和準(zhǔn)確性都有著積極的作用。

結(jié)束語

離心式壓縮機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，主要涉及石油、化工、機(jī)械等行業(yè)。由于離心式壓縮機(jī)的應(yīng)用行業(yè)范圍廣，因此針對離心式壓縮機(jī)的故障診斷技術(shù)研究具有重要的實(shí)際意義。針對離心式壓縮機(jī)的故障機(jī)理開展研究分析，梳理出離心式壓縮機(jī)故障及機(jī)理，總結(jié)了離心式壓縮機(jī)故障診斷技術(shù)的應(yīng)用情況，以期通過在線監(jiān)測以及將來的智能測控分析系統(tǒng)為離心式壓縮機(jī)后期負(fù)荷投產(chǎn)的研究提供一定的指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]辛斌.縮機(jī)故障診斷技術(shù)研究[J].化學(xué)工程與裝備，2018（08）：215-216.

[2]李曉鳴.離心式壓縮機(jī)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的應(yīng)用[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2018（08）：104-105.

[3]辛斌.離心式壓縮機(jī)故障診斷技術(shù)研究[J].當(dāng)代化工研究，2018（06）：70-71.

（作者單位：沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司）