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1、往复式压缩机事故一般分成机械故障和燃烧、爆炸事故。由于运动件较多，事故中大多数还是机械故障(有些燃烧、爆炸事故也是由于机械故障引起)，典型的机械故障有阀片碎裂、十字头及活塞杆断裂、汽缸开裂、汽缸盖破裂、曲轴断裂、连杆断裂和变形、连杆螺栓断裂、机身断裂和烧瓦、电机故障等。据统计，往复式压缩机有60%以上的故障发生在气阀上，能够及时发现气阀故障对往复式压缩机故障诊断是相当重要的;活塞杆断裂、裂纹事故也较常见，占重大事故的25%左右。活塞杆断裂，不仅损坏活塞本身，使机组的其它零部件产生连锁性破坏，而且还会引起爆炸，造成重大人员伤亡和严重经济损失;其它事故及故障的发生，同样影响着生产的正常运行和安全。
2、因此，往复式压缩机状态检测与故障诊断的研究主要针对以上的典型机械故障fgl。往复式压缩机故障情况的特点归纳如下:(1) 故障的多元性往复式压缩机的结构复杂，系统中零部件繁多，因而发生的故障也具有多元性。这种多元性主要表现在发生故障的部件众多;同一部件会发生不同的故障;同一部件同一故障对应不同故障原因等特点。这种多元性决定了故障的产生对应于系统的不同层次而表现出不同特征，换句话说，同一部件的故障可能是由于系统的不同层次所造成的。这里所说的层次是由故障源、传播路径、系统负荷等综合因素组成的。只有在深入了解往复式压缩机的运行状态、工作条件、故障历史记录等信息的基础上，才能准确的判定故障部位和故障类型
3、。这要求人们在故障分析时应从多方面入手，深入每个层次分析。(2)故障特征的不确定性往复式压缩机系统故障对压缩机的工作状态比较敏感，不同条件下的故障特征存在较大的差异。比如使用同一种分析方法，对同类型的不同压缩机组，在相同部位上的同一故障的表现形式往往存在难以理解的差别。这种不确定性还表现为用不同的故障诊断方法，对相同故障的故障程度进行描述，也经常出现一定的偏差。造成这种不确定性的原因，一方面是由于组成往复式压缩机系统的各子系统相互关联，各系统之间的祸合性很强，因此某一子系统的故障影响了其它相关子系统的工作状态，故障特征也随之改变。另一方面，往复式压缩机故障诊断技术尚不完善，还没有找到一种特别有
4、效的分析方法来处理所得的测试数据。因此，人的主观上的认识也受到一定的限制。(3)故障的并发性由于易损件多、子系统之间的相互干扰，使得往复式压缩机在工作过程中，不可避免的出现多个故障同时存在的情况。相对于旋转机械，这种多故障并存的现象，是往复式压缩机故障的一个显著特点。通过有效方法把各个故障的特征准确的提炼出来，是目前往复式压缩机故障诊断中的一个比较突出的问题。在多故障模式的故障诊断中，由于故障的多样性，故障特征向量的复杂性，应建立多种故障模式下的判断原则和判断标准，掌握多个故障模式间的相互关系。然后综合分析多故障模式下的征兆和机组状态，弄清设备故障性质、程度、类别、部位及产2. 3往复式压缩机
5、的常用诊断方法对于往复式压缩机这样一个复杂的机械系统，如何切实有效的进行故障诊断确实是一个科研难题。为此，国内外的专家学者以及从事设备维护的科研人员都进行了深入的研究，采用了多种的测试手段和不同信号处理方法，对故障的特征提取、故障分类和故障程度判定等综合运用了大量相关学科的知识。主要的诊断方法可以归纳为以下几种:(1)参数监测y s-ZOO通过监测压缩机在运行过程中的排气量、排气压力、排气温度、润滑油温度、润滑油压力等参数来进行故障诊断。这些参数可以及时、有效的判断出压缩机在土作中出现的问题，为故障诊断提供了有力的依据。但是应该注意到，这些参数对于故障的精确定位还是无能为力的，而且在故障的早期
6、阶段，这些参数也是不敏感的。例如，某气缸的排气压力异常，基本可以断定是排气阀出现了问题，但是该段具有多个气阀的时候，很难仅仅通过该段总的排气压力来断定具体哪一个气阀出现了故障。在气阀弹簧失效的初期，从进、排气压力参数中也很难看出端倪。(2)振动信号分析z一往复式压缩机在工作过程中，不同部件的工作状态总是可以通过振动形式表现出来，因此，振动信号中含有丰富的信息。同时，由于振动信号的测量相对简单，仪器设备比较丰富可以适合各种不同场合，所以基于振动信号分析的往复式压缩机故障诊断技术一直是热点。但是，由于往复式压缩机在工作时激励源众多，各部件之间的振动信号存在严重的相互干扰，传递到机体表面的振动信号往
7、往十分复杂。往复式压缩机的转速较低，机械回转振动通常表现在低频处，有些机组的工作频率甚至不足1 OHz，但是由于冲击引起的其他部件的固有振动往往频率较高。因此，合理选择可以覆盖整个信号频带的传感器和测试设备是非常重要的。传感器的安装、振动侧点的选择、信号测试条件的相对一致性，都是在进行振动测试时应该认真思考的问题。(3)温度监测t2s_z这里的温度不仅仅包含进、排气温度，润滑油温度等工艺参数，更主要的是指往复式压缩机的许多零部件，在有冲击、摩擦及磨损的状态下所表现出来的特定位置的温度变化。例如，对于柱塞式压缩机的填料泄漏故障以及气阀故障，温度就是很好的诊断参数。但是，由于压缩机结构的限制，在很
8、多对温度比较敏感的故障部件上，例如对于连杆的大、小头轴承位置，温度参数是很难测取的。在往复式压缩机的故障诊断中，温度往往作为诊断的依据和振动分析等其他方法结合使用。(4)介质金属法28-30由于往复式压缩机运动件含有多种材料的摩擦副，这些摩擦副在相对运动时必然会生一定的损耗，而磨损掉的金属微粒会进入润滑液中，因此通过定期对润滑液中金属微粒的成分及含量进行测量，就可以对机体内部磨损程度和磨损部位做出判定。目前一般采用的测试手段有油液的铁谱分析、光谱分析、红外光谱和油品理化分析等。常用的是光谱分析和铁谱分析。光谱分析技术通过监测机械设备润滑系统中润滑油所含磨损颗粒的成分及其含量的变化，来监测不同部
9、件的磨损情况。铁谱技术利用高梯度强磁场的作用，将从设备润滑系统中采取的油样，分离出磨损颗粒，并借助不同仪器检验分析这些磨损颗粒的形貌、大小、数量、成分，从而对设备的运转工况，关键零件的磨损状态进行分析判断。不过，当往复式压缩机多个部位同时存在磨损，且摩擦副的材料相同时，该方法就很难精确地判断哪一部位发生了故障。油液分析缺乏定量分析的技术和理论，其分析结果只是定性地描述，存在一定的随机性，一般需要大量的样本数据进行分析，并由其统计特性给出分析结果。(5)示功图法31-33对于往复式压缩机而言，其热力性能故障也是往复式压缩机故障诊断的一个主要内容。同时，某些机械性能故障也会通过热力性能表现出来，而
10、热力性能的变化又常常通过示功图的变化表现出来。因此，示功图诊断就成为往复式压缩机一种十分有效的故障诊断方法。示功图常用示功器来测取。常用的示功器有机械式，电器式和电子式，在故障诊断中，一般采用电子式示功器。它是通过压力传感器和位移传感器将气缸内的压力信号和该瞬时的活塞位移信号同时测出，这些信号经过放大、滤波、A/D转换后送往计算机，这样就可以作图、打印和存储。然后通过比较所测取的示功图和正常示功图的差别就可以分析和诊断往复式压缩机的某些故障。示功图法虽然可以直接的反映出往复式压缩机系统的工作状态，但是，气缸内的压力信号和活塞位移的信号很难测取，对于那些出厂时没有配备相应监测系统的压缩机来说，几
11、乎不可能将绘制示功图所须的信号全部得到。同时，示功图法对于某些机械故障的诊断还是无能为力的，因此，虽然示功图法是非常有效的检测手段，但是在生产实际中却往往没有办法实现。以上只是对往复式压缩机故障诊断方法的一个简要概括，随着科技的发展，新的理论和方法还在不断的涌现。需要说明的是，任何一种方法都有其应用的局限性，没有哪一种方法可以涵盖往复式压缩机故障诊断的全部内容，因此，综合应用以上各种方法才是解决问题的最好办法。2.1.1往复式压缩机的系统构成一般由主机和附属装置组成。主机一般有以下几大部分s.(1)机体它是往复式压缩机的定位基础构件，由机身、中体和曲轴箱三部分构成。(2)传动机构传动机构是曲柄
12、连杆机构，由电机带动曲轴旋转，连杆的大头装在曲轴上，其小头与十字头相连，曲轴通过连杆带动十字头在滑道内作往复运动，再由十字头带动活塞组件在气缸内作往复运动。(3)压缩机构包括气缸、气阀、活塞组件及填料等。气缸的内表面与活塞工作端面所形成的空间是实现气体压缩的工作腔。气阀是装在气缸上控制气体作单向流动的，吸气阀只能吸气，排气阀只能排气。气阀的启闭动作主要由缸内、外压力差及气阀弹簧控制。活塞在气缸内作往复式运动时，使工作腔的容积作周期变化，它与吸、排气阀的启闭动作相配合，实现包括膨胀、吸气、压缩和排气四个过程的工作循环，从而不断吸入、排出并压缩气体。(4)润滑机构由齿轮泵(有的为转子泵)、注油器、
13、油过滤器和油冷却器等组成。齿轮油泵由曲轴驱动，向运动部件低压供油润滑。注油器由曲轴或单独用微型电动机驱动，通过柱塞或滑阀的压油作用，高压供给各级气缸及填料所需要的压缩机油或气缸油。供油量和压力均可调节。注油器还可以手动供油，有的空压机还设有叶片泵，便于开机前先向各润滑点注油。(5)冷却系统风冷式的主要由散热风扇(用曲轴经V带驱动)和中间冷却器等组成。水冷式的由各级气缸水套、中间冷却器、管道、阀门等组成。系统中通以压力冷却水，借水的流动带走压缩空气和运动部件所产生的热量。(6)操纵控制系统它包括减压阀，卸荷阀、负阀(压力)调节器等调节装置，安全阀、仪表以及润滑油、冷却水及排气的压力和温度等声光报
14、警与自动停机的保护装置，自动排油水装置等附属装置主要包括:空气过滤器、盘车装置、传动装置(指机外的)、后冷却器、缓冲器、油水分离器、储气罐、冷却水泵、冷却塔、各种管道、阀门、电气设备及其保护装置、安全防护罩、网等，有的还设有便于压缩机轻载启动(尤其是二次带压启动)和控制冷却水通断的电磁阀，以及压缩空气的净化装置和干燥装置等tll02.1.2往复式压缩机振动的工作循环及振动激振源分析图2.1为一活塞式压缩机的双作用气缸的结构简图，气缸、活塞组、连杆、曲轴组成了一个曲柄连杆机构。曲轴旋转，通过连杆、十字头和活塞杆带动活塞作往复运动，使得气缸壁和活塞围成的密闭容积发生周期性的变化。曲轴旋转一周，活塞
15、往复一次，闭容积内的气体经过膨胀、吸气、压缩、排气这四个过程，压缩机完成一个工作循环。以缸盖一侧的工作腔为例，说明往复式压缩机的工作过程yosyos0膨胀过程A-B:在位置A处，曲轴角为0度，活塞处于外止点。此时，缸头端排气阀关闭，由于气缸缸头端余隙的存在，缸头端内残留着一部分气体，气体压力为排气压力Pd。随着曲轴的转动，活塞被带着向右运动，缸头端容积增大，缸头端气体膨胀，气体压力迅速减小。直到活塞运动到B点，缸头端内气体压力达到最小值。吸气过程B-C:到达B点后，随着活塞继续向右运动，缸头端内气体压力足够小以至于缸头端吸气阀在吸气腔内气体的压力作用下打开，吸气腔内气体涌入缸头端内。直到活塞运动到内止点C缸头端的容积不再增大，缸头端内充满气体，气体压力为吸气压力Psa毅气图2.1双作用气缸结构简图Fig. 2.1 the structure of the cylinder压缩过程C-D:活塞在曲轴的带动下，由内止点C向外运动，缸头端容积变小，缸头端气体被压缩，气体压力增大，使得缸头端吸气阀关闭。活塞继续向外运动，缸头端内的气体受到压缩，体积不断减小，压力不断增大。直到活塞运动到D点，缸头端内气体压力达到最大值。排气过程D-A:到达D点后，随着活塞继续向外运动，缸头端
