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1、压缩机气阀故障的监测与诊断摘要:以对称平衡型双作用压缩机和环状阀为例,通过分析气缸内的压力曲法和线以及气阀的超声波波形和温度参数,介绍了压缩机气阀漏气的监测方故障特征。关键词:压缩机气阀压力超声波一、概述一气阀是活塞式压缩机中最为关键的个组件,也是易于损坏且故障率最高的部件。它的工作状况直接影响到压缩机的排气量、功率消耗等性能,也影响到运转的可靠性。因此,对其进行监测诊断是非常必要的。然而,由于冖气阀启闭产生撞击、气体通过气阀产生噪声等,若采用常规的振动频谱分析方法,故障信息往往湮没在强大的背景噪声中,难以提取和识别。为此,我一以
2、及们通过采集每个做功周期的气缸压力曲线和阀罩的振动、超声波波形温度数据,使压缩机的膨胀、吸气、压缩、排气事件与气阀的启闭事件对应起来,同时也使气阀的故障信`忽在曲线上清晰地显露出来。二、压缩机的基本参数压缩机为四缸双作用两级压缩对称平衡型结构,转速bO0~900转/分,冲程7英寸,一级缸径22英寸,二级缸径12.5英寸,每个缸曲轴端和缸头端各有2个吸气阀和2个排气阀,气阀为环状阀。压缩气体为油田伴生气。三、测点布置和测试参数选取㈩、键相信号的选取盘车使1缸处于上止点位置,在飞轮上钻一直径约8mm深约bmm的孔,在机架上安装一电涡流
3、位移传感器,使其对准所钻孔。当飞轮旋转至孔经过涡流传感器时,在传感器内感应出交变电流,经前置器送至数据采集器作为一做功循环的起始位置每,开始整周期采集数据。(2)、压力传感器的安装进田大型压缩机每个气缸两端对应佘隙位置处均有通向缸内的通孔,把通孔的丝堵更换为测压阀。测试压力时把压力传感器连接到测压阀上,以键礻相信号为参考基准,采集多个做功周期的压力曲线。测试完毕,再关闭测压阀,取下压力传感器。依次测量每个气缸的压力曲线。⑶、振动和超声波传感器的放置一一把个加速度传感器和个超声波传感器同时放在气阀阀罩上,以键相信号作为参考基准,测量
4、多个周期的高频振动信号和超声波信号。依次测量每个气阀。(4)、温度传感器的放置依次用红外测温传感器测量每个阀罩的温度,并实时传至数据采集器并存储。数据采集完毕,回放到计算机进行分析处理。四、波形分析一㈩、压力转角lP-θ)曲线和超声波波形lULT)一把依次所测各气阀的超声波波形和压力曲线叠放在同张图上,便于对一一比分析。图①是缸头端和曲轴端的缸内压力转角曲线,与两条压力转角曲线形状近似的平滑曲线是根据进排气压力、温度、气体组分、余隙等参数一计算出来的理论压力转角曲线;上边两条横向曲线是缸头端的两个排气阀的超声波波形,下边两条横向曲
5、线是曲轴端两个排气阀的超声波波形;纵坐一标是个做功周期即0~360°。∷∷ˉ∷∷∷∷
6、∷∷∷Ⅱ∵∷∵∷
7、∷∷一图①、二级压缩缸内压力转角曲线和排气阀的超声波波形一从图中可以看出,曲轴端的缸内压力转角曲线与理论曲线吻合很好,一而缸头端的缸内压力转角曲线与理论曲线偏离较大。在膨胀阶段,实际压力曲线向右偏移,说明活塞需要移动更远的行程才能使吸气阀打开;在压缩阶段,实际压力曲线向左偏移,说明缸内压力上升较快,排气阀开启提前。一这表明排气阀存在漏气。而在压力转角曲线上气阀的开启和关闭位置,四条超声波波形上均有清晰的波峰与之对应。这是常规频谱
8、分析方法很难观察到的。但是,编号为3HD1即最上端的超声波曲线在整个做功周期内基线变宽,表明该阀漏气;编号为3HD2即第二条超声波波形基线有些变宽,很可能是受3HD1阀的影响。(2)、LogP-LogV曲线根据气体的过程方程PVn=常数一两边取对数可得LogP+nLog忤常数,这是个斜率为n,变量为LogP和LogV的线性方程。n是压缩和膨胀的过程指数,它的值由气体的组分、压力、温度所决定。”奋“9仑氵,1Q各淝◇^讣蚋k时:E捻1∴:j琵嚣刂捻;j1∶禽猞寸奋营1
9、1忄￡埝℃煎咖,9,,α冉0l9图②、二级缸内压力的LogP-L
10、ogV曲线图②中,上边曲线是缸头端的LogP-LogV曲线,下边曲线是曲轴端的LogP-LogV曲线。ne表示膨胀的过程指数,nc表示压缩的过程指数,n是ne与nc的比值。正常情况下,膨胀过程指数ne与压缩过程指数nc相等,n值应该等于1。一在膨胀过程中,气体通过排气阀漏入气缸内,并与气缸余隙中残留的气体起膨胀,造成气缸内压力比正常时要高,这就使活塞需要更远的行程才能使缸内压力低于吸气阀的开启压力,导致斜率ne值变小;而压缩过程中,气体继续通过排气阀漏入气缸内,使气缸内压力上升较快,排气阀能较早打开,导致斜率nc值变大。而Fne/
11、nc值也随之小于1。当n值小于0。9s时,表明排气阀漏气,图②中,缸头端的n值是0。盯,表明排气阀漏气严重。(3)、气阀的超声波波形一图③和图④是这台压缩机同气缸不同时间所测的8个气阀的超声波波形。图中,上半部分四条曲线是缸头端四个阀的超声波波形,
