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1、过程装备专业实验论文浅析示功图原理分析及应用姓名：学号：专业班级:2014年5月23号浅析示功图原理分析及应用摘要：示功图是压缩机运行状况和工作性能的综合反映，示功图法是研究压缩机性能与 工作状态的基本方法之一，是有效的参数法诊断手段，可在较深层次上诊断压缩机故障。 关键词：示功图，故障诊断，压缩机0引言示功图是压缩机运行状况和工作性能的综合反映，示功图法是研究压缩机性能与工作状 态的基本方法之一，是有效的参数法诊断手段，可在较深层次上诊断压缩机故障。在活塞式机器的一个循环中，气缸内气体压力随塞位移(或气缸内容积)而变化的循环 曲线。循环曲所包围的面积可表示为机器所作的功或所消耗的功，称为示功
2、图，它可用示功 器测录。示功图除了表示作或耗功的大小以外，常常用来分析研究以至改善气缸的工作过程。 内燃机示功图为四冲程内机的实际示功图。纵坐标表示气缸内气体压力p,横坐表示气缸工作 容积V。把装在压缩机上的示功仪实测下来的示功图，称为压缩机实际示功图。压缩机实际示功图与理论示功图有很大差异，其特征为：i. 压缩机实际示功图存在气体膨胀线，即完成一个工作循环中除吸气、压缩和排气过程外， 还有膨胀压缩机过程；ii. 压缩机实际示功图中吸气过程线低于名义吸气压力线，排气过程线高于名义排气压力线， 且压缩机实际示功图中吸、排气过程呈波浪形；iii. 压缩机实际示功图压缩、膨胀过程线的指数值是变化的。
3、压缩机的理论与实际示功图差 别较大，是因为压缩机在实际工作过程中受到余隙容积、压力损失、气流脉动、空气泄漏及 热交换等诸多因素的影响。1机械故障诊断技术的发展故障诊断(FD： Fault Diagnosis)始于机械设备故障诊断，其全名是状态监测与故障诊断 (CMFDCondition Monitoring and FaultDiagnosis)。机械故障诊断(MFD： Machine Fault Diagnosis) 是识别机器或机组运行状态的科学，它研究的是机器或机组运行状态的变化在诊断信息中的 反映。其研究内容包括对机器运行现状的识别诊断、运行过程的监测以及运行发展趋势的预 测三个方面。
4、机械故障诊断技术是七十年代以来，随着计算机和电子技术的飞跃发展，促进 工业生产现代化和机器设备的大型化、连续化、高速化、自动化而迅速发展起来的一门新技 术，也是一门以高等数学、物理、化学、电子技术、机电设备失效学为基础的新兴学科。现 代化机械设备的应用一方面大大促进了生产的发展；另一方面也潜伏着一个很大的危机，即 一旦发生故障所造成的直接和间接的损失将是十分严重的。这门新技术的宗旨就是运用当代 一切科技的新成就发现设备的隐患，以期对设备事故防患于未然。如今它已是现代化设备维 修技术的重要组成部分，并且成了设备维修管理工作现代化的一个重要标志。机械故障诊 断技术对确保机械设备的安全、提高产品质量
5、、节约维修费用以及防止环境污染均起到重要 作用。因此，在生产中运用现代设备故障诊断技术，可给企业带来巨大的经济效益。故障诊断技术是现代化生产发展的产物，是随设备管理和设备维修发展起来的。故障诊 断技术经过30多年的研究与发展，己应用于飞机自动驾驶、人造卫星、航天飞机、核反应 堆、汽轮发电机组、大型电网系统、石油化工过程和设备、飞机和船舶发动机、汽车、冶金 设备、矿山设备和机床等领域。机械故障诊断技术在世界各国的发展不平衡，美国在这一领域处于领先地位，其次是英、 法、德、日等国，与这些先进国家相比，我国在理论上跟踪得比较紧，但在诊断设备的可靠 性和实用性等方面仍有一定差距。我国机械设备故障诊断技
6、术的研究工作起步较晚，但发展 较快。西安交通大学对旋转机械故障诊断进行了研究；天津大学开展了轴承和齿轮的状态监 测研究；华中理工大学和哈尔滨工业大学开展了汽车发动机和汽轮机状态监测和诊断系统； 机械部门继一汽、二汽之后洛阳轴承厂开发了轴承故障诊断系统；冶金部门继太钢、宝钢之 后武钢进行离心鼓风机和透平压缩机的状态监测和故障诊断；中国矿业大学开发了 KTD型 旋转铁谱仪及计算机磨屑图像分析系统;北京科技大学对矿用汽车故障诊断有较深的研究探 讨。此外，设备诊断仪器的开发取得较大进展，为设备诊断提供各类仪器。这些发展为我国 设备状态监测和故障诊断技术的推广应用奠定了稳固的基础。2示功图的形式2. 1
7、，往复压缩机的示功图（或称指示图）是反映压缩机在一个工作循环中气缸压力变化 的曲线。示功图通常有三种形式：（1）ps图（压力行程图），它反映气缸压力与活塞行程间的关系。（2）p-a图（压力转角图），它反映气缸压力与曲轴转角间的关系。（3）p-t图（压力时间图），它反映气缸压力和一个循环周期内不同时刻间的关系。第一种示功图，曲线是封闭的，计算与分析都很方便；后两种示功图，曲线是展开的， 但可用分析法或作图法转换成封闭曲线。示功图是研究压缩机工作过程进行情况的重要依据， 利用示功图可以对压缩机进行一系列计算，还可以分析压缩机的故障。因而示功图的测试及 故障分析在压缩机的研究中占有重要地位，可广泛应
8、用于教学试验和压缩机的在线状态监测。2. 2，实际循环示功图被压缩气体进入工作腔完成一次气体压缩称为一级。压缩机曲轴旋转一周，在气缸容积 中所进行的各过程的总和称为循环。压缩机循环分为理论循环和和实际循环。实际上，压缩 机的理论循环是不存在的，仅是研究压缩机工作原理的基础；实际循环较理论循环复杂。图中所示的P。，P2分别表示名义进气压力及名义排气压力，所谓名义压力是指在进气 接管中或排气接管中的压力按时间积分的平均值。每个实际工作循环由膨胀、进气、压缩、 排气等过程组成，其中，过程线c_d为膨胀过程，过程线d_a为进气过程，过程线a 一咱为 压缩过程，过程线b-c为排气过程。影响压缩机实际循环
9、指示图的因素有：气缸余隙容积、 压力损失、气流脉动、泄漏、热交换等。3基于示功图分析的故障诊断方法往复压缩机由于其结构的复杂性、特殊性，故障机理和诊断方法与旋转机械有较大 的差异，完全引用旋转机械诊断技术的研究成果是不可行的。因此，应根据往复压缩机 的特点，吸收旋转机械诊断系统的长处，对其开展故障诊断研究。往复压缩机故障 模式可分为机械功能故障和热力性能故障两大类。对于热力性能故障可采用热力参数 法给予诊断，气缸压力信号、示功图是较好的参数法诊断手段，它可在较深层次上诊断 压缩机的故障原因。示功图可表征的压缩机故障示功图是压缩机运行状况和工作性能的 综合反映，示功图法是研压缩机性能与工作状态的
10、基本方法之一。活塞压缩机的示功图，是反映压缩机在一个工作循环中活塞在每一个位置时气缸内 气体压力变化的曲线。根据测试的示功图，可对压缩机进行分析计算。如根据示功图的 面积可计算出缸内的平均指示压力，指示功率和气阀功率损失；根据实际排气压力和吸 气压力求出实际压力比；根据气体压力所产生的作用力，找出动力计算和强度校核的依 据。此外，利用示功图形状的变化，人们还可以分析判断压缩机的气阀、活塞环、填料 等的泄漏情况、进排气过程的压力损失情况、压缩及膨胀过程的热交换情况等故障状态， 为压缩机进行有效的状态监控提供依据，保证压缩机的正常安全运行。下表列出了几种 典型示功图所显示的各种故障图中虚线表示压缩
11、机工作正常时的情况，实线为有故障情 况，通过两者比较，可以判别压缩机的某些故障。表中对示功图的特点作了说明。故障原因及示功图形状示功图特点一(1)膨胀线ad向右离开正常的位置；(2)吸气线d-c较正常的短；寸(3)指示图面积较正常的小。解决方法调整气缸余隙的 尺(1) 开始吸气时卡住，吸气阀开 拆开吸气阀进行 启滞缓，d处低于正常位置； 清洗、修理或更换(2) 吸气终了时卡住，吸气阀关闭滞缓，部分吸入气体又回流出去，压缩线cb较正常位置左移；(3) 示功图面积较正常的小。(1) 开始排气时卡住，排气阀开 启滞缓，b点高出正常位置；(2) 排气终了时卡住，排气阀关 闭滞缓，部分排出气体又回流进
12、来，膨胀线a-d右移离开正常位(1)吸气阀不严密，压缩线cb 左移，偏离正常位置，排气线 b-a较乖常的短；(2)排气阀不 严密，压缩气体从管道中返回气 缸吸气的一侧，膨胀线ad右 移偏离正常位置，吸气线d-c较 正常的短；(3)吸排气阀不严密;拆开排气阀进行清洗、修理或更换清洗或更换吸、排 气阀；清洗或更换 活塞环(4)活塞环漏气。故障原因及示功图形状功图特点解决方法5. J非气阀片自阀片上跳开在膨胀过程中排气阀跳开， 压力产生突变，膨胀线ad向 上形成一小钩，且右移离开正常 位置；(2 )由于排气阀跳开，压 力没有排气阀片刚开启时的突 变，排气开始时无正常的小凸出 部分，排气线b-a较正常
13、位置略 高，到排气终了时同复到正常位 置，因而形成一条倾斜线；(3) 吸气线d-e较正常的短，示功面 积也较正常小。拆开排气阀进行 清洗、修理或更换6通道阀或通道管截面积小L(1)由于吸气时的阻力大，吸 气线d-c较正常的低，且在吸气 开始时形成两个大小不同的小 凸出部分。清洗过滤器，检查 吸气阀和吸气管 道的通道面积7. J非气阀或排气管截面积小一由于排气时阻力大，排气线 b-a较正常位置高，当排气阀终 了时又同复到正常位置，便形成 一条逐渐向下倾斜的排气线： (2)示功图面积较正常的大。检查排气阀和排气管道的通道面 积4总结通过对示功图的分析，找出影响压缩机高效工作的主要因素，寻求解决途径
14、。同时，通 过理论和实践应用的结合，拓宽示功图分析和发展思路，找到更好的工作状态因素。提出下 步示功图的发展方向，为研发提供正确方向。参考文献【1】张斌，张薇薇.机械设备故障诊断技术概述【J】.建筑机械化.2005. (8)： 14. 15.【2】李国华，张永忠.机械故障诊断【M】.北京：化学工业出版社.1999.【3】黄伟力，黄伟建，王飞，等.机械设备故障诊断技术及其发展趋势【J】.矿山 机械.2005. 33(1)： 66. 68.【4张奇兵.设备诊断技术的发展【J】.冶金设备.1997. (1)： 42. 45.【5】伦冠德.机械设备故障检测诊断技术现状与发展【J】.拖拉机与农用运输车.
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