流体机械论文

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1、压缩机的故障诊断技术压缩机的故障诊断技术机设定单 08-2 班 田雨雨 0801041424 摘要摘要： 故障诊断技术是在电脑技术、现代测量技术、信号处理技术以及预测理论的 基础上形成的一种现代新技术。 压缩机的故障诊断，就是根据压缩机在运行过程中产生的压力、温度、噪声、 振动、功耗以及排气量的变化等各种信息，来判别或识别压缩机是否发生了故 障。 压缩机故障诊断的意义，不仅可以及时发现故障和预防恶性事故的发生，避 免人员的伤亡、环境的污染和巨大的经济损失，而且还可以变革设备的维修制 度，改定期维修为预知维修。 关键字关键字：压缩机 故障诊断技术 信号处理 引言引言： 长期以来，人们对压缩机故障

2、诊断进行了深入研究，主要采用振动法、小波分析等方法 进行故障诊断。但却很少提及故障诊断专家系统的研究，这是很不合理的。因为专家故障 诊断系统能够不疲劳的连续工作，而且不受主观影响。一个优秀的专家故障诊断系统完全 能够取代一个人类专家的工作，而给出实时的、可靠的故障诊断。 本文结合压缩机故障的特点和人工智能的思想，提出了适合压缩机故障诊断的推理机和 知识库的构造方法，并在此基础上建立了压缩机故障诊断专家系统。一、 故障诊断技术的内容和类型（一）故障诊断技术故障诊断技术是在电脑技术、现代测量技术、信号处理技术以及预测理论的 基础上形成的一种现代新技术。压缩机的故障诊断，就是根据压缩机在运行过 程中

3、产生的压力、温度、噪声、振动、功耗以及排气量的变化等各种信息，来 判别或识别压缩机是否发生了故障。压缩机失效或发生事故以后所进行的分析 称为失效分析，它是压缩机故障诊断的一个方面。压缩机故障诊断的意义，不 仅可以及时发现故障和预防恶性事故的发生，避免人员的伤亡、环境的污染和 巨大的经济损失，而且还可以变革设备的维修制度，改定期维修为预知维修。 现在大多数企业的维修制度是定期维修，不论有无故障，都按维修计划的预定 时间进行检修，造成很大的浪费。而应用故障诊断技术后，由由于能诊断和预 测故障，因而压缩机正常运转时可以不停车，在发现故障预兆时能及时停车， 且可按诊断的故障性质和部位，有目的的进行检修

4、。这种预知维修，不但节约 了维修费用，而且减少了不必要的维修时间，大大增加了正常运转的时间，从 而大幅度地提高了生产率。（二）故障诊断的内容和类型1、故障诊断的内容 故障诊断的内容包括状态检测、识别诊断和预测三个方 面。在预测系统的可靠性和性能时，如果识别出异常状态，就要对其原因、部 位和危害程度进行诊断和评价，研究决定修正和预防的方法。2、故障诊断的类型 实际工程中，系统或机器运行的状态多种多样，且环境条件各不相同，由此便有不同的诊断类型：（1） 功能诊断和运行诊断 对于新安装或刚检修的系统或机器，需要诊断 它的功能是否正常，例如新安装或检修的压缩机，必须进行试运行，检查其温 度、压力是否正

5、常，功耗、气量是否达到要求，并根据检查和诊断结果对其进 行调整，这就是功能诊断。运行诊断是指对正常服役的系统或机器进行运行状态的诊断，监视其故障的 发生和发展。（2） 定期诊断和在线监控 定期诊断是间隔一定时间对在役系统或机器进 行一次检查和诊断，也称为巡回检查和诊断，简称巡检。在线监控则是采用现 代化仪表和电脑信号处理系统对系统或机器的运行状态进行连续监视和控制。 对于具体的系统或机器采用何种诊断形式，取决于系统或机器的关键程度、故 障影响的严重程度、运行中性能下降的速度和故障发生和发展的可预测性等。（3） 直接诊断和间接诊断 直接诊断就是根据直接对关键零部件进行监测 获取的信息进行的诊断。

6、机械设备就是在完成安装投入运行以后，由于受到机 器结构和运行条件的限制，在绝大多数情况下，都无法对它的关键零部件进行 直接诊断，只能采用间接诊断。例如，对压缩机轴承的间隙和磨损，在运行过 程中就难以直接测量，但可以采集到压缩机运行时的噪声、振动、油液的磨屑、 轴承的温度和发出的信息等所谓的二次信息，据此来间接地判别压缩机轴承的 间隙和磨损的变化。由于二次信息带有一定的“不确定性”所以根据二次信息 进行的间接诊断就不如直接诊断那样准确。例如用油温作为诊断轴承运行状态 的特征参数、以及油温的升高作为运行异常的表征时，就会出现问题，轴承运 行异常时会使油温升高，但周围环境温度过高时也会使油温升高，因

7、而二次诊 断常会出现误诊，即把正常误诊为异常，或把异常诊断为正常，会引起决策错 误。当采用多个特征参数进行诊断时就更加复杂。为了避免误诊，就需要研究 识别理论。（4） 简易诊断和精密诊断 简易诊断相当于人体的初步健康诊断，一般由 现场操作人员实施，能对系统或机器的运行状态迅速有效地作出概括性的评价。 例如，压缩机操作人员根据其温度、压力等参数的变化初步诊断压缩机的故障 等。精密诊断的目的是对简易诊断判定的系统或机器进行专门的精确诊断，由精 密诊断的专家来进行，它具有以下功能： 1） 确定故障类型，了解故障产生的原因。 2） 估计故障的危险程度，预测其发展。 3） 确定消除故障、恢复和改善系统或

8、机器正常装态的方法。二、压缩机故障诊断的对象 （一）零部件的故障诊断压缩机的主要零部件是曲轴、轴承、气阀、活塞杆、连杆、冷却器等，针 对这些零部件的故障进行诊断。（二）整机的故障诊断主要是对压缩机性能和程度的诊断和评价。在性能评价方面有功能的正常和 异常，故障的劣化，并分析产生的原因。在强度评价方面要分析主要零部件的 可靠性，预测它们的使用寿命。在压缩机性能和强度评价的基础上，确定修复 和改善的方法。对于整机的故障诊断，如前所述，必然属于根据二次信息进行的间接诊断，为了避免误诊，须应用识别理论。在识别中首先要明确诊断对象，即明确要诊 断的状态;其次是选定检测和诊断所用的特征参数以及确定这些特征

9、参数与被诊 断的状态之间的关系；最后要提出诊断原则，识别理论是诊断理论的主要内容。（三）机组或系统的故障诊断生产单位对机组或系统的正常运行是极为重视的，因而，机组或系统的故障诊断也就具 有特殊的重要性。机组或系统故障与零部件故障相互关联也有差别，不同的机组或系统， 其零部件故障与机组或系统故障之间的关系也不同，必须具体分析后才能确定。三、诊断信息的获取方法系统或机器在运行过程中获取诊断信息的常用方法有直接观察法、振动噪声 检测法、磨损残留物检测法、运行性能检测法等。（一）直接观察法对系统或机器进行直接观察可以对零件的状况获得第一手资料，操作人员根 据积累的经验可以直接对机器状态作出判断。这种方

10、法是定性的，而且是比 较粗超，且常仅适用于能直接观察到的机器零件。在直接观察中往往采用一些简单的仪器来扩大人眼的观察能力，如用于照 明机器内部暗处的光纤探头、光学内孔检查仪和铸铁内表面检查仪、红外测 温器、热敏涂料、以及探查表面微细裂纹用的着色渗透剂等。在直接观察中 获得的情况进行记录是十分必要和有效的，特别是需要分析零件在一段时间 内的变化或趋势，以及难于当场作出判断的情况。 （二）振动噪声检测法机器在运行过程中的振动和噪声是重要的诊断信息，它们反映了机器的状态。 振动和噪声的测量可以分为三个步骤：首先是总的振动或噪声强度测定，用以 初步判断机器运行是否存在问题；其次是频谱分析，以进一步判断

11、机器中的问 题发生在什么环节上；第三是对特定的零件（如滚动轴承等）采用一些特殊的 技术进行深入的分析。一般地说，在进行状态诊断时，总是先进行总的强度测 定，发现问题时再作频谱分析和其它测定。在噪声和振动检查中，可以用便携式的仪器，也可以用固定安装的仪器，后 者用于防止重要机器发生安全事故和突然损坏以及进行监控的场合。 （三）磨损残留物检测法机器零件（例如压缩机轴承、连杆轴瓦等）在运行过程中的磨损残留物可以 在润滑油中找到，目前测定的方法有以下 3 种： 1）用直接检查残留物、测定油膜间隙内电容和电感的变化、润滑油浑浊度 得方法，迅速获得零件失效的信息。 2）残留物的收集，例如采用磁性探头、特殊

12、的过滤器等收集滚动轴承因工 作表面疲劳引起的大块剥落颗粒。 3）油样分析，这种方法可以确定机器中什么零件磨损。 （四）运转性能检测法 1、整机性能的测定 整机性能测定是指通过测量机器的输出或输出与输 入的关系来判断机器运行状态的是否正常，例如，测量压缩机的功耗与排气量 的关系等。这些指标对于机器的初期失效往往不很灵敏，因为一些主要零件在 影响机器性能以前可能已经存在缺陷，只不过没有反应到这些指标上去罢了。 2、零件性能测定 零件性能测定主要用于对机器可靠性起决定影响的关键零件。虽然零件的状况主要依靠直接、振动与噪声测量以及磨损残留物测定 等方法，对特定零件的状态还需要一些特殊的方法来确定。例如

13、，采用电阻应 变片、声发射等非破坏性检验方法来检查机器零件的状况；采用非接触式电子 探头测量轴心的位置，用热电偶测量轴承中摩擦发热的情况，安装专用的传感 器测量气缸衬套的磨损情况；采用直接观察、噪声和气味收集分析的方法检查 密封状况。 机器零件在运行过程中发热是一种普遍的物理现象。温度测量和监视的技 术一般比较成熟。反应速度快的测温方法有采用热电偶、红红外热象、热敏涂 料和（下图摘自：压缩机故障诊断专家系统的设计 王佩广 等/北京航空航天大学）易熔合金塞等。 在探测故障时采集各种故障信息所用的工具称为传感激，它是采集信号的 装置，对应各种不同的故障探测方法有各种不同的传感器。压缩机故障诊断中

14、常用的传感器有压力传感器、温度传感器、拾振器、声级计以及用来测量其性 能变化的各种传感器。四、故障诊断中的信号处理 系统或机器在运行中产生的各种信息，以及被诊断的结构系统在激励作用 下产生的各种信息，经由传感器变换为信号输出，多数情况下，这些信号以电 压（或电流）的时间历程的形式输出。这些信号包含有丰富的可用来作为故障 诊断依据的各种特性参数，而这些特性参数一般都复合混杂在传感器输出的信 号中。这些输出的信号中还伴随着各种各样的电噪声，并多半以随机的形式出 现。因此，为了对系统或机器进行故障诊断，就需要从这些信号中找出诊断所 需的特性参数，并确定其特性曲线。信号处理或数据处理技术就是用来从传感

15、 器输出的信号中分离出所需的特性参数曲线的。信号处理技术的另一个重要作 用是寻找用于诊断的特制指标，要求这个指标对系统或机器具有敏感性。由此 可见，信号处理技术是故障诊断中的一个重要环节。 由于系统或机器在运行过程中产生的各种信息的特性不同，便形成了上述 各种不同的诊断技术，各种诊断技术所要的是与它本身的自然规律相符合的特 性参数，所以故障诊断中信号处理技术可分为温度的信号处理、光学的信号处 理、振动的信号处理、声的信号处理和其它的信号处理。故障诊断故障特征提取数据采集故障决策图 1 压缩机故障诊断系统基本结构故障 诊断模块状态检测层故障模式探测层系统诊断层实际使用中，有关的信号处理技术已在相

16、应的仪器中作了考虑，如温度测 量仪、振动计、声级计等二次仪表。 由于故障诊断用的信息多种多样十分广泛，采集这些信息和交换、传送相 应信号用的传感器也是多种多样种类繁多，设计、制造传感器和配用的仪表涉 及机械学、电学、物理学和化学等学科的理论基础，处理这些信号所采用方法 也具有广泛的多样性，各种各样的数学方法和计算技术都会被采用。识别和诊 断故障的方法当然也具有广泛的多样性，尤其是电脑的应用具有划时代打的重 要作用。可见，故障诊断学是一门多学科交叉横向联合的新兴边缘学科，它具 有广泛的理论基础，几乎涉及到自然学科的各个领域。 由于故障诊断就是被诊断的对象（即被诊断的系统或机器）当前状态的识 别，识别它是正常的还是异常的，若为异常则异常到什么程度，是轻微故障还 是完全失效。系统状态的变化必然由它本身动态特性的变化来反映，因此，诊 断实质上是在时间域内识别出每个时刻被诊断对象的实时状态。抽象到理论上 来看，故障诊断就是系统识别问题，系统识别理论必然成为故障诊断的主要内 容。 本文所提出的压缩机故障诊断思想充分考虑了人们在原先压缩机诊断中形 成的故障分析