往復式壓縮機振動的智能化控制

解洋陽

關鍵詞：往復式壓縮機;機泵安康;智能化控制

往復式壓縮機因操作不當、運行維護不善、質量缺陷等原因引起的事故非常多，這不僅影響了往復式壓縮機的安全平穩運行，而且給企業造成了重大的損失。所以，對運行過程中的設備進行狀態監測、故障診斷是必然發展趨勢。機泵安康系統用于設備的安全與健康檢測，將運行的狀態與振動情況進行實時的數據采集，通過人工智能、智慧流體，全力實現設備全生命周期的安全管控與健康運行保駕護航。

一、往復式壓縮機特點及結構部件

往復式壓縮機是指通過氣缸內活塞或隔膜的往復運動使缸體容積周期變化并實現氣體的增壓和輸送的一種壓縮機。屬容積型壓縮機。根據往復運動的構件分為活塞式和隔膜式壓縮機。

我單位為活塞式往復式壓縮機，曲軸帶動連桿，連桿帶動活塞，活塞做往復運動。活塞運動使氣缸內的容積發生變化，當活塞往復運動的時候，汽缸容積增大，進氣閥打開，排氣閥關閉，半水煤氣被吸進來，完成進氣過程;當活塞往復運動的時候，氣缸容積減小，出氣閥打開，進氣閥關閉，完成壓縮過程。活塞上有活塞環來密封氣缸和活塞之間的間隙，氣缸內有潤滑油潤滑活塞環。

往復式壓縮機是容積式壓縮機的一種，其主要部件包括氣缸、曲柄連桿機構、活塞組件、填料（也就是壓縮機的密封件）、氣閥、機身與基礎、管線及附屬的設備等。

活塞式往復式壓縮機與其他類型壓縮機相比有以下特點：

優點：

1、適用壓力范圍廣，當排氣壓力波動時，活塞式壓縮機的排氣量基本保持不變。

2、壓縮效率高，活塞式壓縮機壓縮氣體的過程屬封閉系統，其壓縮效率高。

3、適應性強、制造工藝簡單，對材料要求低，造價低廉。

活塞式壓縮機的缺點：

1、氣體帶油污。

2、轉速不能過高，因為受往復運動慣性力的限制。

3、易損件較多，檢修工作量大，維修費用高。

二、往復式壓縮機的信號控制

據不完全統計，近二十年來，化工生產中平均每年發生重大往復式壓縮機事故32起，約占行業內重大事故總量的25%，其中事故發生在主機部分的約占80%，發生在輔機部分的約占15%，其余5%發生在管路、閥門及電氣配套等其他部分。

往復壓縮機特征參數信號主要包括溫度信號、振動信號、位移信號等。通過對特征信號的監測分析，識別判斷壓縮機的故障類型，是故障診斷技術的核心思想。

溫度信號是往復壓縮機較為敏感的特征參數，監測溫度的變化可以了解壓縮機內部零部件的工作狀態，如排氣閥漏氣，在吸氣過程會出現倒吸現象，導致氣閥溫度升高。

振動信號是往復壓縮機故障診斷的一個敏感特征參數，如氣閥損壞、活塞桿下沉、十字頭螺栓松動、連桿磨損等大多數故障均伴隨著振動信號的異常，我公司往復式壓縮機機身振動設置有大于2.5g延遲30s停機連鎖，但，事故往往是瞬間發生，嚴重時甚至會引起機組爆炸。而基于越來越成熟的信號分析技術，對往復壓縮機非穩態振動信號的研究工作也越來越多，如通過加速度傳感器測十字頭滑道箱、汽缸側壁、汽缸蓋、軸承等處的振動信號來診斷動力性故障，是一種比較有效的方法，可以前期對機組運行情況進行分析，預警，以避免事故發生。

三、振動信號智能化控制

隨著互聯網、大數據、云計算、人工智能、5G等新技術的到來，流程工業也將從“人工操作”向“智能工廠”“數字工廠”轉型，石化生產裝置和機組的控制將以底層監控系統的核心數據庫為基礎，將運行監控、設備診斷、報警管理、遠程專家支持等應用通過云平臺連接起來，實現大數據的存儲、分析和智能優化控制，實現無人值守安全高效運行，同時實現遠程專家技術支持和服務。

四、機泵安康控制系統

機泵設備安康管控工業互聯網平臺（設備安康智能管控系統）是通過對機泵等關鍵設備的外表面安裝智能安康傳感器，利用大數據、云計算，結合AI數學模型，為設備提供“數字化安康+智能化維保”服務，為機泵設備全生命周期的安全與高效運行保駕護航。

設備安康智能管控系統主要由智能安康無線傳感器（或有線傳感器）、數據傳輸設備及安康管控云平臺三部分組成。通過智能安康無線傳感器，對機泵設備運行數據進行采集，基于LoRa、NB-IoT或Wi-Fi等互聯網無線傳輸協議將大數據上傳到安康管控云平臺。用戶可通過手機、平板和電腦等操作終端，對機泵設備運行狀態進行智能化監測與管控。主要包括機泵振動加速度波形頻譜數據監測、機泵振動速度波形頻譜數據監測、機泵振動位移波形頻譜數據監測。對異常數據及時發現，診斷并采取相應處置措施。

通過系統采用工業互聯網的云平臺架構，極大的提升運行的安全性和延長使用壽命，具有極強的可用性、可靠性。

五、結論

如果能夠做到在設備出現故障前就可以提前知曉設備故障，這將會大幅度提高設備維修效率，同時也可以有效避免設備運行過程中的非計劃性停機，減少企業生產損失。當前數字化、網絡化、智能化是信息化社會發展的必然趨勢，實現智能監測，故障診斷，通過對設備運行狀態監測，進一步提供故障診斷的依據，可以在很大程度上提高設備管理、維修、經濟運行的水平，提高設備的運行的穩定性，降低整體運維成本。因此，往復式壓縮機與機泵安康系統相結合，可以提高設備安全、長周期、穩定運行。

參考文獻：

[1]中國化工學會編制的《2021年（第二屆）中國石油化工設備檢維修技術》

[2]《往復式壓縮機技術問答》作者安定剛