往复压缩机在线监测系统

（4）传感器损坏
沉 降 传 感 器 损 坏
（5）人为原因造成传感器安装错误
主要包括：
1、吸、排气阀温度传感器检修后没有按照规定的要 求安装，例如：没有将传感器安装在规定的位置，安 装在了气缸外壁上；不同吸、排气阀传感器没有按照 组态次序安装，将吸气阀温度传感器安装在了排气阀 上等等。
2、活塞杆沉降、偏磨传感器检修后没有安装，或者安 装时没有正确调整间隙电压，造成沉降与偏摆信号产生 突变。
指标
最大采集点数及谱线数
输入信号类型 输入阻抗 输入范围 滤波特性 电源 功耗 环境温度 环境湿度 通道数
100KS/s 16bit
性能参数
连续采集
电压、电流 1MΩ ±10V，±5V，4-20mA 低通、高通、带通 220V AC 50Hz 20W -30℃ 70℃ 90% 无冷凝 64+8（键相）
•撞击监测：可诊 断十字头松动问 题
•压力监测： （监测气阀进出 口压力） 可诊断气阀故障；
•电流监测：可诊 断压缩机热效率 故障；
4.5单值棒图界面
在单值棒图界面， 可以清晰地监测往 复压缩机各个参数 相对于“报警线” 的情况，从而全面 的判断机器的运行 状况。
4.6综合监测界面
综合性能分析监 测包括： •振动监测图 •P-a、P-V示功图 •活塞杆沉降图
沉降及裂纹
Ø 连杆：裂纹、螺栓松动
Ø 十字头：磨损、螺栓松动
Ø 轴承损坏
Ø 吸气阀：咬住、流通面积小、漏气 Ø 排气阀：咬住、流通面积小、漏气 Ø 活塞环泄漏咬住 Ø 吸气管流通面积小 Ø 排气管流通面积小
Ø 十字头磨损、十字头松动 Ø 气阀漏气 Ø 活塞环磨损 Ø 活塞杆磨损 Ø 水套状态 Ø 中间冷却器状态
3、壳体振动传感器（磁铁吸附式）检修后，没有安装 在十字头上方，安装在了气缸外壁上。
4、曲轴箱振动传感器（磁铁吸附式）检修后，没有安装 在曲轴箱对角线位置，安装方向没有与活塞杆平行。
异 常 温 度 传 感 器 信 号 趋 势
正 常 沉 降 传 感 器 信 号 波 形
异 常 沉 降 传 感 器 信 号 波 形
往复压缩机远程监测诊断系统
BH5000R
北京化工大学 北京博华信智科技发展有限公司
吕超
2012年10月17日
主要内容 1. 系统组成 2. 监测手段 3. 现场工程 4. 软件功能介绍 5. 仪表维护
1.系统组成
数据采集系统模型
u传感器 u安全栅 u数采器 u服务器 u客户端
1.系统组成
1.系统组成
2.监测手段
部件
曲轴 十字头 （缸壳体） 活塞杆
气缸
测点定义
键相 壳体振动 十字头加速度
壳体温度 活塞杆位置 气缸压力 气阀温度
传感器选择
键相传感器 压电式速度传感器（加速度积分） 压电式加速度传感器（加速度）
热电阻（RTD） 垂直和水平涡流传感器(选配) 动态压力传感器(选配) 热电阻（RTD）
数据采 集器后 面板
数据采集器采用的硬件平台 为FPGA+DSP+无操作系统， 具有如下优点： u纯硬件平台，无操作系统， 可靠性高； u采用低功耗硬件设计 （20W），无风扇，可靠性 高； u抗干扰能力强，专业EMC （电磁兼容性）设计和认证， 抗干扰等级为三级。
1.系统组成
数据采集器性能参数
采样速率 精度
传感器的本体电缆接入防爆箱，通过主电缆接入 控制室安全栅，传感器的偏置电压为8 ～12V，可以 通过测量现场防爆箱接线端子或者安全栅输入端子来 判断线路问题及传感器问题。
5.3 温度传感器： 型号：Pt100
Pt100是铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而 改变。
Pt后的100即表示它在0℃时阻值为100欧姆，在 100℃时它的阻值约为138.5欧姆。它的工业原理：当 PT100在0摄氏度的时候他的阻值为100欧姆，它的阻值 会随着温度上升而成匀速增长的。
注1：目前往复压缩机有的传感器可考虑接到监测诊断系统中。 注2：其它相关的过程参数可由BH5000-R的数据库通过OPC接口从用户的过程控制系统
（DCS、PLC等）获得。
2.监测手段
2. 监测手段
2. 监测手段
2.1 键相信号: 设置上死点标记
（1） 将参考气缸的活塞盘车到上死点。
（2） 在飞轮上做标记。
温度传感器接线
5.4 传感器维护常见问题： 1、传感器自身故障 2、传感器接线松动
（1）防爆箱内端子接线松动 （2）控制室内接线箱接线松动 3、传感器磁座磁力减弱或磁座滑落 4、传感器损坏 5、人为原因造成传感器安装错误
1、传感器自身故障 一般情况下，传感器自身发生故障的可能性很小。 首先，我们使用的都是工业级的本安型传感器，
异 常 沉 降 传 感 器 信 号 波 形
从系统判断传感器故障：
温度传感器
1、系统显示温度测点异常升高 吸气阀气阀泄漏，排气阀积碳，排气阀泄漏， 传感器安装位置错误。
温度传感器
加速度传感器 PCB 608A11EX
电涡流传感器
Metrix MX10039-0007-10-02-00
1.系统组成
P+F 温度隔离安全栅 KFD2-UT2-Ex2-1
P+F 频率信号隔离安全栅 KFD2-VR4-Ex1.26
1.系统组成
数据采集器前面板
数据采集器内部电源板、 主控板、接口板
2. 监测手段
2.3 十字头振动（缸壳体）
安装于十字头上的加速度传感器 能检测出由冲击所引起的机械故障， 如十字头松动，液体吸入气缸或连杆 与套筒间隙过大。
由于冲击引起的是高频振动，因此加速度传感器比速度式传 感器更适合于冲击类的机械故障测量。
2. 监测手段
2.3 十字头振动（缸壳体）
加速度传感器进行十字头振动监测可以检测以下机械故障：
4.1 概貌图界面
4.2 振动监测界面
波形图作用 （该界面只显示实时的振动，历史趋势略）
•气阀的延迟开启 与关闭 •阀片异常撞击 •弹簧运动情况 •活塞环/支承环的 磨损和损坏 •连杆大小头轴衬 瓦的异常间隙 •活塞锁紧螺母松 动 •缸套损坏 •内部机械损坏
监测部件
•缸体/气缸缸 头
•曲轴箱 •电机主轴 •十字头 •主轴轴承
电 涡 流 传 感 器 线 性 范 围
电 涡 流 传 感 器 组 件
电 涡 流 传 感 器 前 置 器
注意事项： 1）停车后，如果更换了支撑环，需要重新调整
间隙电压，重新设定零点，间隙电压需调整 -10V(间隙2.5mm) 。
2）停车后，如果没有更换支撑环，但是动了活 塞杆传感器，则在开车前需要将传感器间隙 电压调整为动之前的间隙电压（所以如果要 动活塞杆传感器，在之前需要记下当时的间 隙电压）。这是为了开车后活塞杆信号能连 续。不会有突变！
适用于条件恶劣的环境，都能在零区稳定、安全地工 作。
其次，我们会使用传感器标定试验台对加速度传 感器与电涡流传感器进行标定，根据传感器的使用标 准对不合格的传感器进行剔除。
再次，我们将对传感器的耐高温、耐寒性能做测 试，尤其对气阀温度传感器，我们将对其做长时间的 高温测试，测试温度为180摄氏度。
加 速 度 传 感 器 标 定 试 验 台
3. 现场工程
3.2 温度传感器安装
3. 现场工程
3.3 壳体振动传感器
3. 现场工程
3.4 曲轴振动传感器
3. 现场工程
3.5 键相传感器
3. 现场工程
3.6 活塞杆沉降传感器
3. 现场工程
3.7 防爆箱
3. 现场工程
3.7 防爆箱
3. 现场工程
3.3 机柜接线
4. 软件功能介绍
u 十字头螺母或螺栓松动 u 十字头间隙过大 u 活塞销圈间隙过大 u 整体动力压缩机的动力缸爆裂
2. 监测手段
2.4 壳体振动（曲轴箱）
u 对称平衡式压缩机上的气缸作用在曲轴上的力从 物理上讲能相互抵消，但是当过程发生变化，如气 阀损坏、刮缸、泄露等故障时，其作用在机器上的 压力会产生不平衡。
u 压电式加速度（速度）传感器可对这种往复式压缩 机旋转振动传送到压缩机壳体的机械振动提供理想 的监测。
电涡流传感器接线： 电涡流传感器防爆箱中有前置器。
将万用表两根笔分别测量S和G，就可测量间隙电压。
5.2 曲轴箱振动，十字头冲击振动传感器：
型号：PCB 608A11/Ex 频率响应范围：0.5Hz—10KHz 测量范围：±50g 灵敏度：100 mV/g ——1V/98m/s2 工作温度范围：-54—121 箱
2、传感器接线松动 由于人工操作、振动等原因，传感器线路可能会
出现松动，常见松动包括两种： （1）防爆箱内端子接线松动
温 度 传 感 器 线 路 松 动
沉 降 传 感 器 线 路 松 动
（3）传感器磁座磁力减弱或磁座滑落
振 动 传 感 器 线 路 松 动
注意事项：
3）报警线的设定：
1、安装传感器时，如果机组已经运行了一段时间，那 么支撑环与活塞环将存在一定的磨损，这时需要测 量活塞体到缸套之间的间隙，并以此间隙值的0.5 倍作为报警线；
2、如果是新机组或支撑环进行过更换，则可根据机组 自带的沉降报警参数作为报警线，也可测量活塞体 到缸套之间的间隙，并以此间隙值的0.5倍作为报 警线。
通过历史波形分析，可清 晰准确的判断出往复压缩 机部件的状态，真正做到 了全面、系统的监测往复 压缩机的工作状态。
4.7多参数分析界面
通过实时波形分析，可 清晰准确的判断出曲轴 在各个角度下，往复压 缩机部件的运行状态；
4.8 运行状态图界面
4.9历史比较图界面
4.10活塞杆轨迹图界面
4.11 报警统计界面
活塞杆沉降/偏摆监测界面
监测支承环的 磨损状态
有效：
• 十字头松动 • 螺栓松动
•活塞环磨损 •连杆螺栓松动 •填料函磨损 •支承环磨损 •活塞杆沉降 •十字头与滑道间隙过大 • 螺栓松动
4.4 缓变量监测界面
可自主选择 以下缓变量 进行监测：
•温度 •压力 •撞击 •电流
•温度监测: 可诊 断气阀故障；
Ø采用阀门温度监测所带来的好处有：
u 早期确定损坏和有故障的阀门。 损坏的阀门会导致容量变小，效率降低或由于阀门部件落 入气缸而损坏气缸套。
u 确定活塞头与曲柄端之间是否有由于活塞环的损坏或磨损 而带来的气体泄漏。
3.现场工程
3.1 硬件组成
往复机、 传感器、 防爆接线箱、 电缆、 机柜、 系统硬件 服务器
2.4 壳体振动（曲轴箱）
壳体振动监测可检测的典型的运行问题包括：
•由于压差异常或惯性失衡而产生的不平衡 •基础松动（如砂浆或垫片损坏） •连杆负荷过大引起的力矩过高
2.监测手段
2.5 阀门温度监测
吸气和排气阀通常是往复式压缩机中维修率 最高的部件。故障阀会明显降低压缩机的效率。 阀门温度监测模块能够显示压缩机阀门温度并帮 助管理往复设备。
指针
TDC - Mark
电机侧 飞轮
曲轴箱
2. 监测手段
2.2 活塞杆位置
Ø 活塞杆位置监测系统可以检测以下机械故障：
u 活塞环磨损程度
u 连续监测十字头松动状态 u 活塞杆弯曲程度 u 往复式压缩机的每个气缸的滑动区状况
Ø活塞杆位置监测具有以下特点：
u 连续在线监测活塞杆移动的最大幅度和方向 u 具有最大幅度时的曲柄角度 u 为支撑环替换或十字头维修提供准确依据
4.12诊断报告界面
4.13机组月报界面
4.14 厂级报表界面
5.仪表维护
5.1 键相，活塞杆沉降、偏摆传感器： 型号：Bently 3300 XL 11mm电涡流传感器 线性范围：0.5—4mm 频率响应范围：0—8000Hz 推荐初始间隙：2.5mm 灵敏度：4V/mm 工作温度范围：探头部分和电缆与前置器有一定的区 别，探头部分、电缆为-51—177℃，前置器为-35— 85℃，
1.系统组成
服务器前面板
服务器后面板
RS232接口，和DCS系统 Modbus通讯
2.监测手段
监测类别 振动监测
动态压力监测 （示功图）
缓变量监测 （温度/压力/撞击）
主要诊断信息
Ø 吸/排气阀损坏 Ø 气缸磨损 Ø 活塞环/支承环磨损
在线监测系 统能够解决 的现场问题
Ø 活塞杆：填料函磨损、导向环磨损、
频谱图作用
•气缸变形和松动 •基础和地脚螺栓 问题
•主轴瓦故障 •对中问题 •压力脉动导致的 振动
•辅助设备 (水和 油泵)
4.3 示功图监测界面
•气缸余隙容积过大 咬住
•吸气阀 流通面积 小
漏气 咬住 •排气阀 流通面积 小 漏气 •活塞环泄漏/ 咬住 •吸气管流通面积小 •排气管流通面积小
历史比较可更 加清晰的看出 拐点的变化形 式