往复式压缩机振动信号频谱分析与故障诊断
往复式压缩机振动信号频谱分析与故障诊断
检测诊断 往复式压缩机振动信号频谱分析与故障诊断3王江萍 鲍泽富(西安石油大学机械工程学院) 摘要 从频域分析的角度入手,将机械设备故障诊断常用的频谱方法进行有机综合,以幅值谱和功率谱作为基本分析方法,以自回归谱和频率细化技术作为必要补充,对压缩机的振动信号作分析处理,进而提取反映压缩机工作状态的特征信息。
介绍了离散傅立叶变换、自功率谱和自回归模型及自回归谱的基本原理。
诊断的原理是将采集的离散信号输入到编制好的频率分析软件中,得到所要求的时域、频域图,再对各图形进行分析比较,进而判断压缩机的状态。
系统在对故障诊断时达到了预期效果,即初步确定了压缩机的故障状态。
关键词 往复式压缩机 频谱分析 幅值谱 功率谱 傅立叶变换 故障诊断引 言往复式压缩机是工业工程中使用最广泛的机器之一。
由于自身结构特点和运行工况的复杂性,压缩机工作时必然会产生振动,其内部零部件的性能状态信息通过一定的传递途径反映到壳体表面的振动信号中,故利用振动信号对压缩机进行不解体故障诊断是行之有效的方法之一[1]。
笔者将从频域分析角度入手,对压缩机的振动信号作分析处理,进而提取反映其工作状况的特征信息,对压缩机的工作状态作出准确判断。
将机械设备故障诊断常用的频谱方法进行有机综合,以幅值谱和功率谱作为基本分析方法,以自回归谱和频率细化技术作为必要补充,分析能够说明问题,具有实际应用价值。
往复式压缩机的振动分析作为一种典型的往复机械,往复式压缩机的振动主要由曲柄连杆机构运动引起的振动、气体的脉动、各部件之间的周期性撞击等组成,各种振动都会使机体产生周期性脉动[2]。
图1所示的阀盖振动信号中含有冲击成分,冲击源主要是进、排气阀以一定的频率撞击阀座所产生的激励,周期性、间歇性的进、排气引起管道内气体压力脉动所产生的气体压力波等综合响应。
振动能量是许多冲击信号在所测点叠加的结果,各信号相位不同,传到测点的时间也不同。
因此,叠加的结果可能使振动本应减弱的部分在某些频率上的能量变得很大或使振动本应加强的部分在某些频率上的能量变得很小。
基于振动测试的往复式压缩机的故障诊断
８ ・ ９
基 于振 动 测试 的往 复 式压 缩 机 的故 障诊 断
程 明
（ 海军驻南昌地 区航空军事代表 室， 江西 南昌 ３（２ ） ３ Ｙ４ ￣
摘要 ： 往复式压缩机是各类生产企业中通用的动力设备， 应用于冶金、 矿山、 船舶、 机械制造等行业部门， 尤其是在船舶上的应用更 加广泛 ， 往复式压缩机 的故 障诊断通常使用ｌ 振动法 ， 由于其机械结构复杂、 但 运动部件 多、 工作时振动激励源较多。 发生的故 障也
ｂｃｕｅｏ ｏ ｐｓｄｂ ａｙ ｏｅｏ —ａ ｓ Ｆ ｕ ｃｔ ｓ ｉ ｕｔ ｂａ ｏ ｓｂｃｕｅｏｔｅ ｉ ａｏ ｃ ｒｓ ｏ ｐｃｔ ． ｅａｓ ｆｔ ｍ ｏｅ ｙ ｎ ｖｎ ｐｎ ． ａｌｌ ａ ｄ ｓ ｌ ｄ ｌ ｖ ｒｔｎｔ ｔ ｅａｓ ｂ ｔｎｆ ｔ ｍ ｌａ ｄ ｉｃ ｍ ｍ ￣ｔ ｔｏ ｅ ｉａ ｏ ￣ｃ ｂ ｉ ｉ ｅ ｙ ｆ ｈ ｖ ｒ ｉ ａ ｏ ｉｃ ｉ ｅ
是 多种 多样， 因此往复式压缩机的故障诊断就相对较复杂 。本文介 绍 压缩机前 动故障的几种基本形式和原 因， 并通过实例对
压 缩机 故障 进行 了分析 Ｏ
关键词： 往复式压缩机 振动测试 故障 诊断
中图分类 号 ：Ｉ０ ． Ｔ ６３ ￣ 文献标 识码 ： Ｂ 文章 编号 ： ０ ６８ （００ Ｏ ０８ ０ １ ２－ ８６２ ￣ ）６－ ０９— ２ ０
０ 引言
往复式压缩机的运动部件是一整套 曲柄连杆机 构 ， 在工 作时既有加速和减速运动 ， 又有旋转 和往复运动 。压 缩机在
１压缩机 振动 的基本 形式 和原 因
往复式压缩 机 由于 存在 旋 转惯 性力 、 复惯 性力 和力 往 矩， 将会引起机器和基 础的振动 。除了这种机 械运 动引起 的
往复式压缩机故障分析和管道振动 ppt课件
故障原因
安装检修质 量不符合要
求 8%
设计缺陷 6%
不遵守操作 规程 40%
零件制造质 量低劣 46%
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往复压缩机故障分析
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往复压缩机故障分析
往复式压缩机故障分析和管道振动
往复式压缩机发生故障的部位基本上是由下列三部分组成： ①传递动力部分一曲轴、连杆、十字头、活塞销、活塞等零部件的故障: ②气体的进出及其密封部分—气缸、进气和排气阀门、弹簧、阀片、活
往复式压缩机故障分析和管道振动
流程工业中的压缩机常因工作参数的变化改变了压缩机的工作条件、从 而影响压缩机的某些性能参数。
经常遇到的工艺参数变化有：压缩机吸气压力变化、排气压力变化、以 及各级吸气温度变化。这些参数的变化直接影响到压缩机的各级压力比、 排气终了压力、排气温度、排气量和功率消耗。
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B 往复压缩机故障分析和管道振动
往复压缩机故障分析 往复式压缩机故障分析和管道振动
压缩机的大量故障是在使用中由于 管理不当产生的，尤其是不善于检 测、分析各种参数，不善于从参数 的不正常变化中辨别故障产生的苗 头，以致一旦发生或严重时才不得 不停机处理，而有些故障可能会酿 成机器损坏，有毒、易燃、易爆气 体外泄等严重事故，因此需要重视 对往复式压缩机的故障监测与诊断 。
二是单位时间内阀片对阀座和阀档的冲击次数增多，阀片和弹簧更快地发 生疲劳破坏，这些问题的解决需要在气阀结构上、阀片的动力特性上和阀 片、弹簧的材料上进行研究。目前对气阀的研究主要包括如下几个方面：
✓ 气阀中流动气流压力损失的研究； ✓ 阀片材料冲击应力和疲劳强度的研究； ✓ 阀片运动规律的数学模拟和计算机求解方法的研究； ✓ 阀片弹簧磨损、断裂故障诊断方法的研究。
压缩机振动信号频谱分析与故障诊断
（１）通过傅立叶变换将时域信号变换到频域， 从各频段的谱分量中可以得到表征信号不同来源及 不同特征的各个组成部分。但往复机械的转速低，
（４）：４７９—４８０． ［７］ 龚沛曾，陆慰民，杨志强．ＶｉｓｕａＩ Ｂａｓｉｃ程序设计简
明教程．２版．北京：高等教育出版社，２００３：２２９．
振动冲击大，属于非平稳信号，无法直接从频域的
基于频谱分析的往复式压缩机故障诊断系统在 设计上完全基于ｗｉｎｄｏｗｓ编程，使用ＶＢ语言，程 序可读性强，是进行压缩机维护及故障诊断的有效 工具，在对压缩机气阀实测信号进行故障诊断时达 到了预期效果，即初步确定了压缩机的故障状态。
通过笔者的研究，得到以下结论：
号处理程序库》编委会．振动数字信号处理程序 库．北京：科学出版社，１９８８：２４２—２４４． ［５］ 蔡熹耀，李志荣．频谱细化技术与功率倒频谱在振 动信号分析中的应用．洛阳工业高等专科学校学 报，１９９９，９（３）：６． ［６］ 谢明，丁康．基于复解析带通滤波器的复调制 细化谱分析的算法研究．振动工程学报，２００２，１５
对模型式（８）作ｚ变换，并令ｚ＝扩矾，得
时间序列｛髫＋｝的自回归谱心］
ｓ。∽１＝－—∑机—ｅ印≠帆＆Ｉ ２一（９）
自回归谱反应了一个时间序列在频域中的组成 情况，它是机械设备故障诊断巾极为行之有效的工 具之一。
往复式压缩机故障诊断实例
以下将以实例说明应用“往复式压缩机振动 信号频谱分析软件”对往复式压缩机气阀进行诊 断的过程。分析所用数据采自１２．２０／８空气压缩 机，转速为２０ ｍ３／ｍｉｎ；加速度传感器安置于阀盖 上，采样频率为２０ ｋＨｚ，数据长度为４ ０９６。
的傅立叶变换足灭（∞），则有
Ｐ』专ｆ ｚ２（￡）ｄｔ＝ Ｊ Ｊ．。
基于振动测试的往复式压缩机的故障诊断
基于振动测试的往复式压缩机的故障诊断往复式压缩机是一种常见的压缩机类型，通常被用于高压和高流量的气体压缩。
在使用过程中，往复式压缩机可能会出现一些故障，例如噪声、震动、温度升高等。
本文将探讨如何利用振动测试来诊断往复式压缩机的故障。
首先，振动测试是一种常用的非侵入式测试方法，它可以测量设备运行中的振动幅值、频率和相位等信息，以此来分析设备的状况。
在往复式压缩机中，振动测试可以帮助我们确定机器的工作状态、部件的磨损程度、以及可能存在的故障原因。
当我们进行振动测试时，需要注意以下一些关键参数:1. 测试位置：通常在旋转机械中，振动测试最佳的位置是轴承座，而在往复式压缩机中，最佳的测试位置通常是机器的振动基础或者整机支承底座。
2. 测试工具：采用合适的测试仪器和传感器，如加速度计和振动仪等，可以有效地记录机器的振动信号。
3. 参考标准：在进行振动测试时，我们需要对测试结果进行分析和对比。
这通常需要参考相关的标准或者预设的故障诊断参数。
利用振动测试来诊断往复式压缩机的故障，我们需要关注以下几个方面：1. 振动幅值变化：当往复式压缩机的负载情况发生变化时，机器的振动幅值会相应地改变。
如果振动幅值逐渐上升，可能表明机器出现了故障，需要进行诊断。
例如，如果排气压力下降，可以导致往复式压缩机输出气体的压力不足，从而增加机器的负载，引起机器振动幅值的变化。
2. 频率分析：通过频率分析可以判断机器振动是否存在谐波，以及生成谐波的位置和部件。
例如，当往复式压缩机气缸内的气体压缩不均匀时，可能会产生振动谐波。
3. 相位分析：相位分析可以帮助我们确定机器不同部件的运动速度和相互关系。
这有助于找出造成振动的具体部件，例如摆杆等。
需要注意的是，振动测试只能辅助诊断，不能完全替代其它故障测试方法。
在进行往复式压缩机的故障分析时，应该结合其它测试方法，如温度监测、压力传感器和噪声测试等。
这样才能全面了解机器的工作状态，找出并解决故障，确保设备运转平稳和可靠。
往复式压缩机故障分析和管道振动
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二 往复压缩机状态监测与故障诊断
1. 选择测点
通常，轴承是监测振动最理想的部位，因为转子上的振动载荷直接作 用在轴承上，并通过轴承把机器和基础联接成一个整体，因此轴承部 位的振动信号还反映了基础的状况。所以，在无特殊要求的情况下， 轴承是首选测点。如果条件不允许，也应使测点尽量靠近轴承，以减 小测点和轴承之间的机械阻抗。此外，设备的地脚、机壳、缸体、进 出口管道、阀门、基础等，也是测振的常设测点。
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二 往复压缩机状态监测与故障诊断
3. 确定测量参数
经验表明，根据诊断对象振动信号的频率特征来选择参数。通 常的振动测量参数有加速度、速度和位移。一般按下列原则选 用：
低频振动（<10Hz） 采用位移； 中频振动（10-1000Hz）采用速度； 高频振动（>1000Hz） 采用位移。
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二 往复压缩机状态监测与故障诊断
故障诊断方法
6 模糊诊断法
确定故障原因和征兆论域、确定两论域中元素隶属度 建立模糊关系矩阵、模糊综合评判
7 神经网络诊断法 基本组成、网络拓扑结构、故障诊断应用 人工神经网络基本组成：神经元、神经元间连接、神经网络结
构 神经网络诊断方法：自学习功能、结合模糊诊断
用于测量振动的传感器有三种类型，一般都是根据所测量的 参数类型来选用：测量位移采用涡流式位移传感器，测量速度采 用电动式速度传感器，测量加速度采用压电式加速度传感器。在 现场主要是使用压电式加速度传感器测量轴承的绝对振动。
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二 往复压缩机状态监测与故障诊断
往复式压缩机故障诊断技术分析
往复式压缩机故障诊断技术分析摘要：科技在迅猛发展，社会在不断进步，往复式压缩机是一种气体压缩设备，属于容积型压缩机，在国内外石油天然气长距离输送领域有着重要的应用前景，是油气增压储运过程中极其重要的动力保障设施。
该设备的平稳安全运行是保障石油化工产品长距离输送工作有效运行的重要保证。
但往复式压缩机结构较为复杂，同时受设备超龄服役、设备机组工作环境恶劣以及维护保养不及时等多方面因素的影响，往复式压缩机在实际生产运行过程中的故障率偏高，由此导致的各类大大小小的安全生产事故时有发生。
关键词：往复式压缩机；故障类型；诊断方法；技术分析引言进入21世纪，我国经济水平得到了一个显著的提升，经济的增长推动了工业领域的发展进程，为压缩机的广泛应用提供了基础。
压缩机在各个行业领域都有较广泛的应用，尤其是往复式压缩机，往复式压缩机的性能比较稳定，驱动性能较高，排量范围广泛，设备运行效率高。
在制冷设备中，往复式压缩机更是不可或缺的组成设备之一，基于往复式压缩机较为复杂内部结构，我们需要采用系统的诊断方式，针对于往复式压缩机的故障问题，我们可以采用故障诊断技术，对设备故障进行全面的分析，找出故障成因，采取针对性的措施进行解决，保障往复式压缩机运行的稳定性。
1往复式压缩机工作原理从技术原理方面上来看，往复式压缩机本身就属于能量转化类型的机械，其借助于驱动机的能量来实现气体压力的提升。
在大多数情况下，压缩机都可以借助于电动机来进行驱动，在本文中选择的往复式压缩机采用了曲柄连杆的动力机构，通过驱动机旋转转化为往返运动，实现持续的做功，进而给气体带来压力。
在气体循环过程中，往复式压缩机的工作主要涉及到三个主要过程：第一个过程是进气过程，通过吸气阀打开、排气阀关闭的方式吸入低压气体，同时在该过程结束后进入到压缩过程；第二个过程是压缩过程，该过程的主要任务是通过驱动力对低压气体做功功形成高压气体；第三个过程是排气过程，通过吸气阀关闭、排气阀开启的方式将高压气体一次性排出，从而完成整个压缩过程，提供高压气体给工业、农业等多个领域使用。
往复式压缩机故障诊断研究现状及展望
往复式压缩机故障诊断研究现状及展望近年来，随着工业技术的发展，压缩机在现代工业生产中扮演着越来越重要的角色。
往复式压缩机作为一种常用的压缩机类型，其在许多工业领域得到了广泛应用。
但是，由于往复式压缩机具有复杂的结构和严格的工作要求，其故障诊断一直是一个十分困难的问题。
因此，对往复式压缩机故障诊断的研究一直备受关注。
一、现状目前，对往复式压缩机故障诊断的研究已经取得了一些进展。
主要包括以下几个方面：1.故障特征提取在往复式压缩机故障诊断研究中，首先需要对故障特征进行提取，以便实现自动化的故障诊断。
现有的故障特征提取方法主要包括声学信号分析、振动信号分析和温度信号分析三种方法。
其中，声学信号分析是更常用的一种方式，通过对压缩机运转时产生的声音信号进行分析，可以得到许多故障特征。
2.特征分类与诊断在提取出故障特征之后，需要进行分类和诊断。
现有的分类和诊断方法主要借鉴了人工智能的技术。
包括模糊聚类、神经网络等多种方法。
这些方法通过对故障特征进行处理和分析，识别出故障类型以及可能引起故障的原因。
3.模型预测为了更加准确地诊断往复式压缩机的故障，现有的研究还涉及到模型预测的方法。
这些方法主要包括神经网络、支持向量机和决策树等。
这些方法在往复式压缩机故障的预测和诊断方面具有很高的精确度和可靠性。
二、展望目前，虽然对往复式压缩机故障诊断的研究已经取得了一些进展，但是还存在着一些挑战和问题。
如：1.特征提取的精度和可靠性有待提高。
提取故障特征是故障诊断的第一步，但是目前的特征提取方法还存在一些不足。
现有的方法主要依赖于对压缩机产生的声音、振动和温度信号进行分析，但是可能受到环境噪声的影响，导致结果不够准确和可靠。
2.模型预测的优化和工程应用。
目前，模型预测在往复式压缩机故障诊断中被广泛应用，但是如何进一步优化模型，并将其应用到实际工程中，仍然需要更多的研究和探讨。
3.数据难以获取和处理。
在往复式压缩机故障诊断研究中，需要大量的故障数据来进行分析和研究。
往复式压缩机振动原因分析及减振措施探讨
往复式压缩机振动原因分析及减振措施探讨
往复式压缩机是一种常见的压缩机类型，常用于制冷、空调、制气等领域。
往复式压缩机在工作过程中常常会产生振动，严重影响设备的稳定运行和使用寿命。
本文将从振动原因分析和减振措施探讨两方面进行讨论。
一、振动原因分析
1. 不平衡质量：往复式压缩机内部部件质量分布不均匀，如曲柄连杆、活塞等，会导致转子不平衡，进而引起振动。
2. 轴承故障：往复式压缩机的轴承如果出现磨损、松动、损坏等故障，会导致转子运动不平稳，产生振动。
3. 轴间距不匹配：往复式压缩机的两根轴之间的距离如果没有达到设计要求，会导致转子运动不协调，引起振动。
4. 泄漏问题：往复式压缩机在工作过程中，如果密封不好，会导致气体泄漏，从而使压缩机的运行不稳定，产生振动。
二、减振措施探讨
1. 设计优化：在往复式压缩机的设计过程中，应注意减小转子的不平衡质量，提高部件的加工精度，以减少振动产生的可能性。
2. 轴承维护：定期检查和维护轴承，确保其工作正常，及时更换磨损严重的轴承，防止振动问题的发生。
4. 密封检查：注意密封件的使用寿命和密封效果，定期检查压缩机的密封情况，必要时更换密封件，防止泄漏问题引起的振动。
5. 安装减振装置：在往复式压缩机的底座上加装减振垫片或减振螺旋弹簧，以减小振动对底座和周围环境的影响。
往复式压缩机振动问题的原因有很多，可以从设计、维护和安装多个方面进行控制和改进。
通过合理的振动分析和减振措施的应用，可以有效降低振动水平，提高设备的可靠性和使用寿命，确保压缩机的稳定运行。
往复式压缩机振动原因分析及减振措施探讨
往复式压缩机振动原因分析及减振措施探讨往复式压缩机是常见的工业设备之一，其主要功能是将气体压缩，增加气体压力。
在往复式压缩机的工作过程中，由于运动部件的运动，可能会产生一定的振动，影响设备的正常运行以及使用寿命。
对往复式压缩机的振动原因进行分析，并采取相应的减振措施是非常必要的。
往复式压缩机振动的原因主要有以下几个方面：1. 运动部件的不平衡：往复式压缩机的运动部件主要包括曲轴、连杆、活塞等。
如果这些部件的质量分布不均匀，或者配重失衡，就会导致压缩机的振动。
这种不平衡可能是由于制造过程中的精度问题或使用过程中磨损造成的。
2. 轴承故障：往复式压缩机中的轴承起着支撑和保持运动部件平衡的作用。
如果轴承损坏或磨损严重，就会导致运动部件的不稳定，进而引起振动。
3. 安装不平衡：往复式压缩机安装过程中，如果不认真把握安装平衡要求，或者基础不稳固，都会导致设备的振动。
设备固定螺栓没有紧固好、支座不牢固等。
4. 动力源的问题：往复式压缩机在工作过程中会使用电动机或内燃机等动力源。
如果动力源的输出不稳定，或者电机的旋转不平衡，都会传导到往复式压缩机上，引起振动。
针对往复式压缩机振动的原因，可以采取一些减振措施，以提高设备的稳定性和工作效率：1. 维护保养：定期对往复式压缩机进行维护保养，检查轴承的磨损程度，及时更换损坏的轴承，保证设备的正常运行。
2. 平衡设备：通过使用专业的平衡设备对运动部件进行平衡处理，消除质量不均匀或配重失衡带来的振动。
3. 加强安装：在安装往复式压缩机时，要按照规范要求进行基础的打底、设备固定螺栓的紧固等，保证设备的稳定。
4. 优化动力源：选择质量稳定的电动机或内燃机作为动力源，并定期对动力源进行维护保养，确保其输出的稳定性。
5. 使用减振装置：可以根据压缩机的使用环境和振动特性，选择合适的减振装置，如弹簧减振器、减振垫等。
对于往复式压缩机的振动问题，应该采取一系列的措施来进行分析和处理。
往复式压缩机振动原因分析及减振措施探讨
往复式压缩机振动原因分析及减振措施探讨往复式压缩机是工业生产中常用的一种设备，其主要作用是将气体压缩，使其增加压力。
但在使用过程中往复式压缩机常常会出现振动问题，振动不仅会影响设备的稳定性和工作效率，还可能导致设备的损坏甚至危险。
对往复式压缩机的振动原因进行分析，并探讨减振措施显得尤为重要。
一、往复式压缩机振动原因分析1. 设备自身原因往复式压缩机在工作过程中，由于设备运转等原因，可能会产生不平衡的振动。
设备的零部件安装不均匀、结构设计不合理等因素都有可能导致设备振动增加。
2. 润滑不足往复式压缩机在工作时需要进行润滑，以减少摩擦和磨损。
如果润滑不足或者润滑油质量不合格，都会导致设备摩擦增加，引起振动。
3. 气阀失调气阀是往复式压缩机正常运转的关键部件，如果气阀失调，工作不正常，可能会导致设备振动增加。
4. 压缩机负载过大在一些特殊情况下，往复式压缩机可能会因为负载过大而导致振动增加。
在设备超载运转时，设备可能会因为负载过大而出现振动现象。
5. 环境因素环境温度、湿度等因素都可能会影响往复式压缩机的工作状态，导致设备振动增加。
1. 设备日常维护定期对往复式压缩机进行检查和维护，及时发现和解决设备运转中的问题，是减少设备振动的重要措施。
在维护过程中，要特别注意设备的零部件安装情况和润滑情况，保证设备的正常运转。
2. 合理设计和安装在往复式压缩机的设计和安装过程中，要尽量保证设备的均衡和稳定性。
避免在设备设计和安装中出现不合理的因素，以减少设备的不平衡振动。
3. 优质润滑保证往复式压缩机良好的润滑情况是减少设备振动的有效途径。
选择合适的润滑油，控制润滑油的质量和使用量，对设备进行定期的润滑维护，可以有效降低设备的摩擦和磨损，减少设备的振动。
4. 气阀调整定期对往复式压缩机的气阀进行检查和调整，确保气阀的正常工作。
对气阀进行维护和更换，减少因为气阀工作不良导致的设备振动。
5. 控制压缩机负载在设备运转过程中，合理控制往复式压缩机的负载，尽量避免设备超载运转，可以有效降低设备的振动。
往复式压缩机运行状态评估及故障诊断方法研究
往复式压缩机运行状态评估及故障诊断方法研究摘要：交流压缩机是指通过吸入和排出气体来保证压缩机静压的方法。
因此,交流压缩机本质上是一种重要的容积装置,可以提高压缩机的整体静压。
在交流压缩机运行期间,活塞上下移动,由连接轴承和曲轴驱动。
活塞处于连续运动的状态,相应的气缸体积也会相应变化。
从组成上看,压缩机包括曲轴箱、电机等部件,因此构成相对复杂的器件结构。
同时,压缩机在运行过程中可能会突然发生故障,因为压缩机包含更多易损件。
一旦损坏,整个压缩机将影响整体性能,因此不利于保证运行效率。
对于不同类型的故障,应选择适合故障诊断的具体技术措施,以确保在最短时间内消除故障,随后恢复交流压缩机的正常运行。
关键词：往复式压缩机；运行状态评估；故障诊断方法引言往复式压缩机作为一种通用的化工设备，因其工作效率高、压力范围广、输出压力稳定等优点，在石化企业中广泛使用，是石油、化工生产使用过程中较为关键的设备，能够压缩空气、氢气、氨气、天然气、瓦斯气、乙烯气、丙烯气等气体，工作效率比较高。
然而，因为其零件较多、机构复杂，很容易发生机械故障。
有关数据显示，在石油、化工行业中，大约有15%的重大事故是因往复式压缩机出现问题而引发的。
因此，企业应该充分了解往复式压缩机的内部构造和工作原理，定期对压缩机进行检查维护，发现问题及时处理，从而避免事故的发生。
在设备实际运行过程中，若能及早发现和诊断出设备的早期异常和故障，并在不拆解设备的情况下准确判断出故障的原因和部位，就可以有效提高企业生产的经济效益，减少和防止事故的发生。
1往复式压缩机工作原理往复式压缩机运行可分为膨胀、吸入、压缩、排气四个过程，设置有气缸、活塞和气阀等构件。
当活塞向左边移动时，缸的容积增大，压力下降，气缸中的气体不断膨胀，当压力降到小于进气管中的气体压力时，进气管中的气体推开吸入气阀进入气缸，直到活塞移行至左边最末端（左死点）为止。
当活塞调转向向右移动时，缸的容积逐渐缩小，开始进行压缩气体的过程，由于气阀的止逆作用，故缸内气体不能倒回进口管中，也不能从排气阀泄漏到缸外，活塞继续向右移动，缩小缸内的容积，使气体的压力不断升高。
往复式压缩机故障及诊断方法介绍
结论
今后往复式压缩机故障诊断技术的发展 趋势是利用小波分析、人工智能理论、 计算机辅助设计等方法与网络化相结合， 开发出多元信息融合的实时在线故障诊 断检测系统。
3.2 热力性能参数检测
测量热力性能参数，并据此判断往复式压缩 机状态，从而诊断故障的研究，此研究已有 较长历史。一般通过仪表检测压缩机的油温、 水温、排气量、排气压力、冷却水量等，为 查找有关部件的故障提供有用的信息。由于 该方法对故障点缺乏准确性及预测性，目前 主要用于检测工艺参数及压缩机的运行状态。
2 往复式压缩机诊断技术的研究现状
设备故障诊断技术的发展大致可分为四个阶段：
第一阶段是在19世纪，当时机器设备本身技术水平和 复杂程度都很低，因此采用事后维修方式。
第二阶段是进入20世纪后，随着大生产的发展，机器 设备本身的技术复杂程度也有了提高，设备故障或事 故对生产的影响显著增加，在这种情况下，出现了定 期预防维修方式。 第三阶段是从20世纪60年代开始，特别是70年底，设 备诊断技术随着现代计算机技术、数据处理技术等发 展，出现了更科学的按设备状态进行维修的方式。 第四阶段是进入20世纪80年代以后，人工智能技术和 专家系统、神经网络等开始发展，并在实际工程中应 用，使设备维修技术达到了智能化高度。虽然这一阶 段发展历史并不长，但已有研究成果表明，设备智能 故障诊断具有十分广泛的应用前景。
2 复式压缩机故障诊断技术的研究一直以来都得 到了国内外学者的广泛关注。 例如，美国学者曾利用汽缸内侧的压力信号图像判断 气阀故障及活塞环的磨损；捷克学者根据对千余种不 同类型的压缩机建立了常规性参数数据库，确定评定 参数，以判断压缩机的工作状态等。在国内，有些专 家对往复式压缩机的缸盖振动信号进行过简单分析， 也有人在缸盖振动信号对缸内气体压力的影响方面进 行过研究。
往复式压缩机故障分析
往复式压缩机故障分析摘要：往复式压缩机是炼油厂以及石油化工厂中普遍使用到的机械设备，在其运行中难以避免会产生故障，一般来说往复式压缩机在运行过程中的故障能够通过及时有效的措施较快的排除，能够很快恢复正常运行。
所以在往复式压缩机的日常运行中如果发生故障问题，必须第一时间采取措施，避免重大事故的发生。
关键词：往复式压缩机；故障分析；维修往复式压缩机的组成结构相对复杂，其零部件较多，可能产生的故障类型也各有不同，难以寻求一种综合性的监测方案来对其展开监测。
所以，我们应该对其不同的零部件以及针对不同故障进行有针对性的分析和监测，查明故障的诱因和表现形式，之后才能采取有效措施来解决故障。
1.往复式压缩机状态监测、故障诊断方法1.1直观检测直观检测即是维修人员凭借耳听、眼看和主观经验来对设备的故障原因进行判断，随着机械设备的更新换代，这种检测方式已经逐渐开始被淘汰。
1.2热力性能参数监测是指对热力性能参数进行监测，参照监测结果来对压缩机运行状态进行判定，进而实现故障的诊断。
这种监测方式通常是利用仪表来对压缩机油温、水温、排气压力以及冷却水量进行监测，进而找到相关故障区域的信息。
因为这一监测手段常常存在不准确性，当前一般用于对压缩机工艺参数的监测作业。
1.3振动噪声监测振动噪声监测法在实验阶段已经取得了较为显著的成果，这种监测技术是凭借对压缩机表面振动信号的分析来对活塞、气缸磨损以及主轴承状态进行检测；可以在气缸头上装置传感器，进行震动分析来实现故障的诊断；对润滑油管路中的压力波信号进行分析能够有效的判断压缩机主轴承是否存在故障。
这种方式虽然监测结果较为准确，但是其噪声过大，且因压缩机工况变化会造成信号不稳定，因此这一方法并未得以大范围推广应用。
1.4油液监测润滑油液监测可以归纳为下面两种：其一是油液自身物理化学性能的分析，包括了油液的酸度、水分、闪电等；其二是对润滑油中摩擦副磨损的分析，主要有光谱分析、铁谱分析等。
往复式压缩机故障分析和管道振动
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往复压缩机故障分析 压缩机热力参数异常-压缩机各部位温度不正常的原因
2020年1月7日12时50分
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往复压缩机故障分析
压缩机热力参数异常-油路故障
压缩机油路包括油泵、注油器以及油路系统中的过滤器、冷却器、管路 压力表等部分。
故障主要表现在油压偏低、偏高、油温过高，油量不足，局部润滑不良， 注油不正常等方面。
3 ——开启角。指阀片在气体推力作用下克服弹簧力到达全开的瞬时 位置开始，到活塞运动止点这段时间所对应的曲柄转角，(。)。
物理意义:
阀片在实际关闭过程中，既受到弹簧力的作用。又受到气体的阻挡，因此阀片 关闭时，θ2必须大于θ1，否则将产生较大的延时关闭，降低阀片使用寿 命。
另外，如果出现θ2>θ3的情况，表示气阀没有充分开启，产生颤抖现象，同 样也会降低阀片使用可靠性。
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常见故障——螺纹断裂（二）
故障现象：同心阀30R/54C中心螺栓断裂，阀片断裂。 分故障析：阀体上外圆有明显的磨擦痕迹，应是气阀安装不紧，在阀窝及 分故障析：压阀罩内转动所致。 方故障案：实行正确的气阀安装。
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常见故障——阀片外缘断裂
因此符合上述要求的气阀基本上都是良好的;不符合上述要求的气阀虽然不一 定不好，但如果背离此关系较远时，其工作状态肯定有问题
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往复压缩机故障分析
建立这两个可靠性准则的主要意义在于用来分析和修正一些 故障很多的气阀。如果这些气阀不符合该准则，而且经常 出现故障时，处理的方法有:
往复式压缩机运行状态评估及故障诊断方法研究
往复式压缩机运行状态评估及故障诊断方法研究摘要：近年来，我国的工业化进程有了很大进展，对往复式压缩机的应用也在不断增加。
就目前往复式压缩机的应用状况而言，由于其自身属性零部件过多的原因，在运行中容易出现多个故障，因此有必要引入不同的往复式压缩机故障诊断方案。
本文就往复式压缩机运行状态评估及故障诊断方法进行研究，以供参考。
关键词：化工设备；往复式压缩机；状态评估；故障诊断引言往复压缩机是容积式压缩机的一种，主要借助活塞杆或隔膜在气缸内的往复运动以实现气体的吸进、压缩及排出，是石油、化肥、天然气运输等领域最常用的关键设备之一，其运行状态是否良好直接影响到后续装置以及企业的安全稳定生产。
往复式压缩机结构、工况较为复杂，易损零件较多，出现故障的几率较大，是行业内默认的可靠性较差的设备，一旦发生故障，轻型结果是影响企业的生产效率，造成一定的经济损失，严重型甚至会造成人员伤亡等重大安全事故。
因此保障压缩机安全运行已成为学者及企业人员重要的研究课题。
1往复式压缩机工作原理往复式压缩机的工作原理是由外部电机驱动机箱内的曲轴旋转，带动连杆动作，连杆拉动活塞做往复运动，气缸容积会随着设备的运行而不断变化，这种变化具有规律性。
当活塞从气缸顶部缸盖处开始运动时，气缸内的容积是一个逐步增大的过程，这时外部气体打开进气阀片，新气体进入气缸内，当气缸容积增大到一定程度时，进气阀便关闭，完成进气过程。
当活塞向缸盖处挤压运动时，气缸内容积是一个逐步缩小的过程，气缸内气体被活塞压缩，气体压力升高，当压力升高到一定程度时，排气阀会自动打开将气体排出。
当活塞运动极限时，促进排气阀关闭，这种循环往复的运动，实现了重复“吸气—压缩—排气”的过程。
2往复式压缩机故障诊断技术现状分析往复式压缩机的发展由来已久，其形成过程可以分成四个时期。
往复压缩机的历史最早时期可以追溯到19世纪。
那时，我国的技术系统尚不完善，技术还处在起步阶段。
通常情况下，都采用事后处理的方式进行对压缩机设备的维修和处理。
往复式压缩机管道系统振动分析与控制
往复式压缩机管道系统振动分析与控制管道系统振动会给设备运行和工作环境带来很多负面影响，如噪音、震动、设备磨损等。
因此，需要对往复式压缩机管道系统进行振动分析与控制。
首先，对于往复式压缩机管道系统振动问题的原因分析。
往复式压缩机的工作过程中存在气体脉动、谐振共振和机械震动等问题，这些问题都可以导致管道系统振动。
例如，气体脉动会引起管道内气体的压力波动，进而导致管道振动；谐振共振则是指在一定频率下，管道系统与其他机械部件的振动相互耦合；机械震动则来自于往复式压缩机本身的振动。
其次，针对往复式压缩机管道系统振动问题的一些解决方法。
首先，可以通过增加管道的刚度来抑制振动，如在管道上加装弯头、支架等设备来增加管道的刚度。
其次，可以通过使用减振器来控制振动，减振器可以吸收振动能量，减小振动的传递。
另外，合理设计管道系统结构和布局也可以减少或避免振动问题的发生。
最后，对于往复式压缩机管道系统振动的控制方法。
一方面，需要在设计阶段就考虑到振动问题，合理设计往复式压缩机管道系统的结构和布局，减少振动产生的可能性。
另一方面，可以采取必要的振动监测与控制措施，如使用振动传感器监测管道系统的振动状态，采取合适的控制措施来减少振动。
总之，往复式压缩机管道系统振动是一个需要重视的问题，它会给设备运行和工作环境带来很多负面影响。
因此，需要进行振动分析与控制，既要在设计阶段就考虑到振动问题，又要采取必要的措施来减少振动。
这
将有助于提高往复式压缩机管道系统的稳定性和可靠性，并提升设备的工作效率和寿命。
往复式压缩机的故障诊断研究
往复式压缩机的故障诊断研究摘要：为了能够有效地进行往复压缩机故障诊断，就相关问题进行了研究。
首先，分析了往复式压缩机的常见故障及机理；其次，讨论了往复式压缩机的故障诊断的基本要求；最后，研究了往复压缩机的故障诊断的关键技术。
关键词：往复式压缩机；故障诊断；机理TB652往复式压缩机的运动部件是一整套曲柄连杆机构，在工作时不仅有加速运动，同时也有减速运动，还有旋转运动以及往复运动。
往复压缩机在工作载荷的作用下，作用在连杆、活塞、十字头以及曲轴上的力包括惯性力、气体力以及摩擦力。
惯性力通常情况有两种，分别是曲柄旋转时形成的旋转惯性力以及活塞、十字头组件往复运动时产生的往复惯性力，连杆运动时则同时存在这两种惯性力的作用。
在这些力中，气体力和摩擦力属于机器的内力，不会传递到基础上去，仅仅地影响中体、机身、缸体、缸盖以及不同运动部件的受力状态和往复压缩机的磨损以及功耗情况。
然而旋转惯性力、往复惯性力以及旋转力矩都是随曲柄转角变化的自由力和力矩，它们作用于机体轴承座上，经过地脚螺栓传递到基础，从而使基础形成振动。
但是基础对机体的反作用力也会使往复式压缩机产生振动。
此外，从压缩机的受力分析中可以知道，活塞力通过连杆传递曲轴上的一个垂直于汽缸轴线分力和十字头作用在滑道上的侧向力，构成一个有使压缩机倾倒趋势的倾覆力矩，该力矩也是一个随曲柄转角而周期性变化的自由力矩，传递到基础，同时也也将导致基础的振动。
1 往复式压缩机的常见故障及机理往复式压缩机故障按机理可分成两大类：一类是流体性质的，属于机器热力性能故障；另一类是机械性质的，属于机械功能故障。
引起故障的原因不同，确定故障所采集的信号和使用的方法也应有所不同。
（1）往复式压缩机热力性能的故障及机理常见往复式压缩机热力性能故障类型及起因如下所示：（a）排气量不足：气阀泄漏、活塞组件泄漏、填料漏气、管路连接法兰垫片破损等；（b）压力不正常：压力表失常、吸气压力低、气阀泄漏、油路堵塞、水压不正常等；（c）温度异常：气缸拉伤、水路故障、填料函故障、形位超差、气阀泄漏等。
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。
根据维纳 2 辛钦定理 , 自相关函数 R x (τ) 和自 谱密度 S x (ω) 是一傅立叶变换对 , 即
S x (ω) = ) R x (τ )e R (τ ∫ 1 = S (ω) e π∫ 2
x
-∞ +∞ +∞
-ω jτ
τ d ω d
( 5) ( 6)
性的进 、排气引起管道内气体压力脉动所产生的气 体压力波等综合响应 。振动能量是许多冲击信号在 所测点叠加的结果 , 各信号相位不同 , 传到测点的 时间也不同 。因此 , 叠加的结果可能使振动本应减 弱的部分在某些频率上的能量变得很大或使振动本 应加强的部分在某些频率上的能量变得很小 。正常 信号的脉动特征在设备出现故障时会有所改变 , 其 表现形式是谱图的能量分布及峰值的变化 。
= x0 ( n ) e
( 3)
根据离散傅立叶变换的频移性质 , x ( n ) 的 离散频谱为 ( 4) X ( k ) = X0 ( k + F0 ) 频移信号 x0 ( n ) 通过低通滤波器后 , 在时域以 T1 D 进行同步选抽 ( D 为放大倍数 ) , 频域上频谱 周期从 FS 缩短为 FS /D。频率细化法获得的分辨率 比同样点数的 FFT分析提高了 D 倍
从图中可以看出 , 谱的能量分布变化趋势与幅 值谱 、功率谱是相同的 。与幅值谱及功率谱相比 , 自回归谱谱峰更加尖锐 , 频率定位也较幅值谱和功 率谱准确 、清晰 。除此之外 , 自回归谱还有一大优 点 , 即在保证获得足够信息的前提下所需的采样数 目可以大大减少 。 31 细化分析 故障信号频谱分析中经常会遇到频率很密集的 谐波成分 , 常通过减小分析带宽来细化频谱 , 以提 [5 - 6] 高局部频段的频谱分辨率 。图 5 是对图 2a 频 率成分为 7 866121 Hz在频率分辨率为 1 时进行细 化分析得到的图像 。从振动信号幅值谱上看 , 该信 号的最大幅值出现在频率 7 866121 Hz处 , 但实际 上该信号的幅值并未出现在该频率成分上 , 而是发 生在频率 7 86416 Hz附近 。当然 , 这 2 个频率成分 十分接近 , 运用细化技术能清晰地将二者分辨出 来 , 避免了误判 。因此 , 进行细化谱分析 , 能剔除 各种噪声和相邻部件振动信号的干扰 , 大大提高了 故障诊断的精度 。
引 言
往复式压缩机是工业工程中使用最广泛的机器 之一 。由于自身结构特点和运行工况的复杂性 , 压 缩机工作时必然会产生振动 , 其内部零部件的性能 状态信息通过一定的传递途径反映到壳体表面的振 动信号中 , 故利用振动信号对压缩机进行不解体故 [1] 障诊断是行之有效的方法之一 。笔者将从频域 分析角度入手 , 对压缩机的振动信号作分析处理 , 进而提取反映其工作状况的特征信息 , 对压缩机的 工作状态作出准确判断 。将机械设备故障诊断常用 的频谱方法进行有机综合 , 以幅值谱和功率谱作为 基本分析方法 , 以自回归谱和频率细化技术作为必 要补充 , 分析能够说明问题 , 具有实际应用价值 。
往复式压缩机的振动分析
图 1 往复式压缩机阀盖振动信号
作为一种典型的往复机械 , 往复式压缩机的振 动主要由曲柄连杆机构运动引起的振动 、气体的脉 动 、各部件之间的周期性撞击等组成 , 各种振动都 会使机体产生周期性脉动 。图 1 所示的阀盖振动 信号中含有冲击成分 , 冲击源主要是进 、排气阀以
Sx ( f) =
σ2 a TS
1 k =1
6
m
<k e
πkfT S - j2
2
( 9)
进行复调制 , 得到
π F0 2 - j N ΔF n d
数字信号 x ( n ) 为
x ( n ) = x0 ( n ) e
π 2 - j F F 0n
自回归谱反应了一个时间序列在频域中的组成 情况 , 它是机械设备故障诊断中极为行之有效的工 具之一 。
N-1
x ( t) d t = ∫ 1 ω = 1 ω | X (ω) | d S (ω) d πT ∫ π∫ 2 2 P =
2
1
+∞
-∞
+∞
+∞
2
x
( 7)
-∞
-∞
由此可见 , 要得到一个时域信号的功率谱密度 S x ( ω) 有 2 个途径 , 一个是先求出自相关函数 ) , 再进行傅立叶变换求出 S x (ω) ; 另一个 R x (τ 途径是先求出傅立叶变换幅值谱 X (ω) , 再由式 ( 7 ) 求出 S x (ω) 。笔者的软件设计中采用后者 。
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石 油 机 械
2008 年 第 36 卷 第 8期
( ZOOM 技术 ) 用于提高局部频段频谱分析的分辨
率
[3]
, 笔者采用这 4 种谱分析方法对压缩机的振动
信号进行频谱分析及故障诊断 。 11 离散傅立叶变换及快速傅立叶变换 ( FFT) 算法 傅立叶变换是一种将信号从时域变换到频域的 变换形式 。离散傅立叶变换 (DFT) 是连续傅立叶 变换在离散系统中的表现形式 , 而快速傅立叶变换 ( FFT) 算法 [ 2 ] 是快速计算 DFT的一种高效方法 。 设时域离散信号为 x ( n ) , n = 0, 1, …, N - 1, 其 傅立叶变换为 X ( k ) , 则
[2]
振动信号的频域分析方法
频谱分析中常用的有幅值谱和功率谱 。另外 , 自回归谱也常用来作为必要的补充 。频率细化技术
3 基金项目 : 陕西省自然科学基金项目 “ 石油钻井过程安全预警与多源信息融合智能监控技术研究 ” ( 2006E12 ) ; 中国石油天然气集 团公司石油科技中青年创新基金项目 “ 钻井安全诊断及主动防范系统网络控制技术平台构建 ” ( 05E7040) ; 陕西省教育厅专项科研计划项 目“ 基于信息融合的钻井过程事故智能监控与预警技术 ” ( 07JK365) 。 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
ω jτ
x
-∞
根据巴塞伐定理 , 同一个信号在时域内所包含 的总功率应等于频域中所包含的总功率 。设 x ( t) 的傅立叶变换是 X (ω) , 则有
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
2008 年 第 36 卷 第 8期 检测诊断
石 油 机 械
CH I NA PETROLEUM MACH I N ERY
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往复式压缩机振动信号频谱分析与故障诊断
王江萍 鲍泽富
(西安石油大学机械工程学院 )
3
摘要 从频域分析的角度入手 , 将机械设备故障诊断常用的频谱方法进行有机综合 , 以幅值 谱和功率谱作为基本分析方法 , 以自回归谱和频率细化技术作为必要补充 , 对压缩机的振动信号 作分析处理 , 进而提取反映压缩机工作状态的特征信息 。介绍了离散傅立叶变换 、自功率谱和自 回归模型及自回归谱的基本原理 。诊断的原理是将采集的离散信号输入到编制好的频率分析软件 中 , 得到所要求的时域 、频域图 , 再对各图形进行分析比较 , 进而判断压缩机的状态 。系统在对 故障诊断时达到了预期效果 , 即初步确定了压缩机的故障状态 。 关键词 往复式压缩机 频谱分析 幅值谱 功率谱 傅立叶变换 故障诊断 一定的频率撞击阀座所产生的激励 , 周期性 、间歇
2008 年 第 36 卷 第 8期
王江萍等 : 往复式压缩机振动信号频谱分析与故障诊断
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大幅值的频率位置又出现了变化 。 图 3 为同一信号的正常功率谱 , 与幅值谱相 比 , 频率结构基本相同 , 但其谱峰更尖锐 , 更加突 出了最主要的频率分量 。因此 , 在实际应用中更多 的采用功率谱分析 。
X0 ( k ) , 对 x0 ( n ) 以 e
πnF 0 / F - j2
Eak = 0, D ak =σa , Eak ai = 0 ( k ≠ i ) 。 m 叫做阶
次 , 常数系数 < i ( i = 1, 2, …, m ) 称为自回归 系数 , 且 m > 0、 <m ≠0, 模型式 ( 8 ) 称为 m 阶自 回归模型 , 记为 AR ( m ) 。 πfT j2 对模型式 ( 8 ) 作 z 变换 , 并令 z = e S , 得 [2] 时间序列 { xk } 的自回归谱
31 自功率谱
[4]
往复式压缩机故障诊断实例
以下将以实例说明应用 “ 往复式压缩机振动 信号频谱分析软件 ”对往复式压缩机气阀进行诊 断的过程 。分析所用数据采自 12 —20 /8 空气压缩 3 机 , 转速为 20 m /m in; 加速度传感器安置于阀盖 上 , 采样频率为 20 kHz, 数据长度为 4 096。 11 幅值谱及功率谱分析 图 2 为空气压缩机不同状态下振动信号幅值 谱 。从图中可以看出 , 在发生故障以后 , 谱的能量 分布发生了变化 , 尤其是在阀片折断后 , 幅值谱发 生了显著变化 。在弹簧失效时 , 幅值谱的能量分布 也发生了一定变化 , 而这种变化与阀片折断时的谱 图是不同的 。在气阀弹簧失效时 , 最大幅值出现在 3 935154 Hz处 , 谱峰也有所增多 , 出现较大幅值 的频率位置也较正常信号有所偏移 。阀片折断时 , 振动能量最大幅值出现在 5 498104 Hz处 , 出现较
软 件 编 制
笔者的软件主要是针对往复式压缩机进行故障 诊断 , 将采集到的离散信号输入到编制好的频谱分 析软件中 , 得到所要求的时域 、频域图 。再对各图 形进行比较分析 , 进而判断压缩机的状态 。为此 , 软件必须具有读入数据文件功能 、数据处理功能 、 图形显示功能等 。除此之外 , 为了使用方便 , 软件 还应包括帮助功能 。最终确定的软件系统功能模块 如图 6 所示 。该软件使用 V isual B asic 610 (中文企 业版 ) 编写界面和程序 , 因为 V isual B asic 610 的