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摘 要：往复压缩机作为机械设备领域的一部分，由于其结构复杂，激励源多，对其实施故障诊断比较困难，尽管人们已对其开展了不少研究并取得了一些研究成果，但总的诊断水平还不是很高，这与其在生产中的应用现状是极不相符。本文主要对气阀故障诊断及实效形式和气阀故障信号的诊断等方面进行了分析探讨。
关键词：往复式压缩机 气阀故障 振动分析
往复式压缩机在石化企业中应用广泛，由于结构复杂，导致其出现故障的原因很多。在长期的生产实践中，人们发现，往复式压缩机最常见的故障零部件有气阀、活塞环、填料函以及一些联接件的摩擦副等，但往复式压缩机有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的诊断相当重要。
一、往复式压缩机气阀故障诊断的过程
气阀是往复式压缩机重要的组成部件之一。气阀的作用是控制气缸中的气体吸入和排出，压缩机上的气阀都是启闭不用专门控制机构而靠气阀两侧的压力差来自动实现启闭的自动气阀。气阀出现故障可导致压比失调、排温升高、排气量降低等，严重时甚至可造成机组报废。因此，能够及时有效的检测气阀故障，对保证往复压缩机有非常重要的意义。往复式压缩机气阀故障的检测通常是根据阀盖的振动加速信号和阀腔内压力信号分析进行的。在气阀故障诊断中，振动测点通常选在阀盖上，主要是由于此处的振动响应对气阀故障的反映较其它位置更为敏感，另外从信息传输角度也可以看出由气阀到阀盖表面的振动传递路径最短，因而所测得的信噪比最高，信号收路径影响最小。
二、气阀故障诊断及实效形式
振动分析法是在对设备所产生的机械振动进行信号采集、数据处理后，根据振幅、频率、相位及相关图谱所进行的故障分析。由于环形阀结构复杂，零部件数量多，长期在高温下承受着交变冲击载荷，极易发生故障。对结构、材质、制造工艺和操作条件完全相同的气阀，使用寿命在理论上应该是相近的，即失效时间呈正态分布。气阀的阀座和升程限制器一般表现为使用后中长期故障，阀片和弹簧在使用中表现为中短期故障。其失效形式如下：
1.阀座的作用及失效形式
阀座是气阀的主体，它与升程限制器一起构架了气阀组件的空间。阀座与升程限制器开通气体通道，是气体必经之处；阀座上的同心凸台表面经磨削加工，与阀片共同构成对气体的密封结构。阀座失效主要是由于密封面的锈蚀、积碳和磨损造成的。对于天然气压缩机来说，由于压缩介质天然气是多种成分的混合气体，其中的水蒸汽及硫化物是产生腐蚀的主要原因；吸入压缩机的气体中的灰尘颗粒以及高温下烃类分解形成的积碳，则会进一步加剧气阀开启和闭合时的机械磨损。密封不良会造成气体回流、吸排气效率下降、工作温度升高、气体压力异常等现象，因此可以通过检测热力参数来判定故障。
2.弹簧的作用及失效形式
弹簧在升程中具有缓冲阀片与升程限制器的撞击作用，在回程中具有辅助阀片自动复位并保证密封的作用。弹簧失效的主要形式是折断和弹性改变。弹簧失效后可以造成阀片不能准确、平稳地开启和闭合。弹力不一致，易使阀片歪斜、卡滞。弹簧失效的主要原因在于柱形弹簧钢丝直径小，对微小的外伤或腐蚀性缺口敏感。同时，高温蠕变和渗碳作用可能使弹簧弹性发生变化和使金相组织改变导致弹簧变脆。弹簧力变化会影响气阀开启、闭合的准确性。弹力变小，阀片延迟关闭造成气体回流，引起循环气体温度、压力的变化。阀片对升程限制器的撞击强度增大，使冲击振动及噪声增大，影响阀片寿命。弹力变大，气阀开启时，气流压力不能使阀片贴在升程限制器表面，会引起阀片的振颤，同时也会造成能量损失，影响到压缩机的效率。弹簧脆断，可引起复杂的振动，阀片运动卡滞，以及引起阀片受力不均等。因此，弹簧故障都可从热力学和动力学参数方面反应出来。
3.阀片的作用及失效形式
阀片是气阀的关键部件，其作用是在吸气或排气结束时，关闭气流通道，它与阀座一起形成密封结构。阀片失效的主要形式是变形与折断。经调查，阀片的失效几乎全部都与弹簧不同形式的失效（折断或严重锈蚀）有关。弹簧的失效，引起了阀片工况的变化，阀片受力不均，开启、闭合冲击变大，最容易使阀片在短时间内造成变形和断裂。另外，阀片材料的硬度也是阀片断裂的主要原因之一，硬度过高阀片表面的微裂纹增加，抗脆性破坏的性能下降。阀片工作时要承受交变与冲击载荷，不仅需要较高的硬度，还需要足够的韧性和抗疲劳的能力。故障的阀片不能保证气体通道的正常开启与闭合，因此会造成气体泄漏与回流。碎裂的阀片将引起复杂的振动，碎片进入气缸将对活塞、气缸系统造成严重的破坏。故障信号在振动方面会表现明显。
三、气阀故障信号诊断
1.温度信号
温度信号包括吸气腔温度、排气腔温度、缸内气体温度、阀体温度和缸体温度等信号。以上信号中，由于阀体温度和缸体温度对故障的反应惯性大，变化缓慢，同时容易受到外界环境以及运行时间的影响，其信号对于故障诊断不是理想的信号。在压缩机稳定运行达到相对热平衡后，吸、排气腔的气体温度变化不大，容易测量，而且对故障的反应较为敏感，应作为故障监测的特征信号。鉴于此，在压缩机运行现场配置了红外线测温仪，严密观测气阀的温度变化，气缸内气体温度变化。
2.压力信号
压力信号包括吸气腔压力、排气腔压力、气流脉动压力和缸内气体压力等信号。各气腔压力状况与故障紧密联系，可以通过吸、排气腔压力和压力脉动诊断故障，但这种方法需针对各个气阀设置测点，不便实现。缸内气压信号与故障联系紧密，气缸压力的变化可直接反应热力故障的原因，是较理想的诊断信号，压缩机的运行状态、故障大都可以通过气缸压力随时间的变化曲线反应出来。
3.振动和声音信号
利用振动信号诊断故障是当前应用比较多的方法。振动信号监测方便，信号处理方法也较完善；但由于往复压缩机的振动信号成分较为复杂，干扰因素多，因此需在信号测点布置、信号处理、特征提取方面作综合考虑。噪声信号通常都是作为有害信号在系统设计时加以排除。机器噪声中包括大量的机器状态信息，往复压缩机气阀是冲击、敲击噪声的主要来源之一，冲击和敲击噪声信号必然带有阀片运行状态信息，通过对噪声信号进行分离及分析，可以了解设备运行状态，对设备进行状态监测及故障诊断。
四、总结
由于气阀各种故障都会导致压缩机热力性能和动力性能异常，因而应从相关信号如气体温度、压力、流量、噪声、振动、气阀运动状况等人手进行深入分析，这样才能准确地判断故障原因。
参考文献
[1] 郭仁宁，李颂. 往复式压缩机气阀故障分析与改善措施[J]. 煤矿机械. 2009（12） .
[2] 魏存祥，胥勋才，骆敏珠，冯丞科. 往复式天然气压缩机故障诊断方法[J]. 天然气技术. 2009（05） .
关键词：往复式压缩机 气阀故障 振动分析
往复式压缩机在石化企业中应用广泛，由于结构复杂，导致其出现故障的原因很多。在长期的生产实践中，人们发现，往复式压缩机最常见的故障零部件有气阀、活塞环、填料函以及一些联接件的摩擦副等，但往复式压缩机有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的诊断相当重要。
一、往复式压缩机气阀故障诊断的过程
气阀是往复式压缩机重要的组成部件之一。气阀的作用是控制气缸中的气体吸入和排出，压缩机上的气阀都是启闭不用专门控制机构而靠气阀两侧的压力差来自动实现启闭的自动气阀。气阀出现故障可导致压比失调、排温升高、排气量降低等，严重时甚至可造成机组报废。因此，能够及时有效的检测气阀故障，对保证往复压缩机有非常重要的意义。往复式压缩机气阀故障的检测通常是根据阀盖的振动加速信号和阀腔内压力信号分析进行的。在气阀故障诊断中，振动测点通常选在阀盖上，主要是由于此处的振动响应对气阀故障的反映较其它位置更为敏感，另外从信息传输角度也可以看出由气阀到阀盖表面的振动传递路径最短，因而所测得的信噪比最高，信号收路径影响最小。
二、气阀故障诊断及实效形式
振动分析法是在对设备所产生的机械振动进行信号采集、数据处理后，根据振幅、频率、相位及相关图谱所进行的故障分析。由于环形阀结构复杂，零部件数量多，长期在高温下承受着交变冲击载荷，极易发生故障。对结构、材质、制造工艺和操作条件完全相同的气阀，使用寿命在理论上应该是相近的，即失效时间呈正态分布。气阀的阀座和升程限制器一般表现为使用后中长期故障，阀片和弹簧在使用中表现为中短期故障。其失效形式如下：
1.阀座的作用及失效形式
阀座是气阀的主体，它与升程限制器一起构架了气阀组件的空间。阀座与升程限制器开通气体通道，是气体必经之处；阀座上的同心凸台表面经磨削加工，与阀片共同构成对气体的密封结构。阀座失效主要是由于密封面的锈蚀、积碳和磨损造成的。对于天然气压缩机来说，由于压缩介质天然气是多种成分的混合气体，其中的水蒸汽及硫化物是产生腐蚀的主要原因；吸入压缩机的气体中的灰尘颗粒以及高温下烃类分解形成的积碳，则会进一步加剧气阀开启和闭合时的机械磨损。密封不良会造成气体回流、吸排气效率下降、工作温度升高、气体压力异常等现象，因此可以通过检测热力参数来判定故障。
2.弹簧的作用及失效形式
弹簧在升程中具有缓冲阀片与升程限制器的撞击作用，在回程中具有辅助阀片自动复位并保证密封的作用。弹簧失效的主要形式是折断和弹性改变。弹簧失效后可以造成阀片不能准确、平稳地开启和闭合。弹力不一致，易使阀片歪斜、卡滞。弹簧失效的主要原因在于柱形弹簧钢丝直径小，对微小的外伤或腐蚀性缺口敏感。同时，高温蠕变和渗碳作用可能使弹簧弹性发生变化和使金相组织改变导致弹簧变脆。弹簧力变化会影响气阀开启、闭合的准确性。弹力变小，阀片延迟关闭造成气体回流，引起循环气体温度、压力的变化。阀片对升程限制器的撞击强度增大，使冲击振动及噪声增大，影响阀片寿命。弹力变大，气阀开启时，气流压力不能使阀片贴在升程限制器表面，会引起阀片的振颤，同时也会造成能量损失，影响到压缩机的效率。弹簧脆断，可引起复杂的振动，阀片运动卡滞，以及引起阀片受力不均等。因此，弹簧故障都可从热力学和动力学参数方面反应出来。
3.阀片的作用及失效形式
阀片是气阀的关键部件，其作用是在吸气或排气结束时，关闭气流通道，它与阀座一起形成密封结构。阀片失效的主要形式是变形与折断。经调查，阀片的失效几乎全部都与弹簧不同形式的失效（折断或严重锈蚀）有关。弹簧的失效，引起了阀片工况的变化，阀片受力不均，开启、闭合冲击变大，最容易使阀片在短时间内造成变形和断裂。另外，阀片材料的硬度也是阀片断裂的主要原因之一，硬度过高阀片表面的微裂纹增加，抗脆性破坏的性能下降。阀片工作时要承受交变与冲击载荷，不仅需要较高的硬度，还需要足够的韧性和抗疲劳的能力。故障的阀片不能保证气体通道的正常开启与闭合，因此会造成气体泄漏与回流。碎裂的阀片将引起复杂的振动，碎片进入气缸将对活塞、气缸系统造成严重的破坏。故障信号在振动方面会表现明显。
三、气阀故障信号诊断
1.温度信号
温度信号包括吸气腔温度、排气腔温度、缸内气体温度、阀体温度和缸体温度等信号。以上信号中，由于阀体温度和缸体温度对故障的反应惯性大，变化缓慢，同时容易受到外界环境以及运行时间的影响，其信号对于故障诊断不是理想的信号。在压缩机稳定运行达到相对热平衡后，吸、排气腔的气体温度变化不大，容易测量，而且对故障的反应较为敏感，应作为故障监测的特征信号。鉴于此，在压缩机运行现场配置了红外线测温仪，严密观测气阀的温度变化，气缸内气体温度变化。
2.压力信号
压力信号包括吸气腔压力、排气腔压力、气流脉动压力和缸内气体压力等信号。各气腔压力状况与故障紧密联系，可以通过吸、排气腔压力和压力脉动诊断故障，但这种方法需针对各个气阀设置测点，不便实现。缸内气压信号与故障联系紧密，气缸压力的变化可直接反应热力故障的原因，是较理想的诊断信号，压缩机的运行状态、故障大都可以通过气缸压力随时间的变化曲线反应出来。
3.振动和声音信号
利用振动信号诊断故障是当前应用比较多的方法。振动信号监测方便，信号处理方法也较完善；但由于往复压缩机的振动信号成分较为复杂，干扰因素多，因此需在信号测点布置、信号处理、特征提取方面作综合考虑。噪声信号通常都是作为有害信号在系统设计时加以排除。机器噪声中包括大量的机器状态信息，往复压缩机气阀是冲击、敲击噪声的主要来源之一，冲击和敲击噪声信号必然带有阀片运行状态信息，通过对噪声信号进行分离及分析，可以了解设备运行状态，对设备进行状态监测及故障诊断。
四、总结
由于气阀各种故障都会导致压缩机热力性能和动力性能异常，因而应从相关信号如气体温度、压力、流量、噪声、振动、气阀运动状况等人手进行深入分析，这样才能准确地判断故障原因。
参考文献
[1] 郭仁宁，李颂. 往复式压缩机气阀故障分析与改善措施[J]. 煤矿机械. 2009（12） .
[2] 魏存祥，胥勋才，骆敏珠，冯丞科. 往复式天然气压缩机故障诊断方法[J]. 天然气技术. 2009（05） .