专利名称：一种基于模拟示功图的往复压缩机连杆大、小头瓦故障诊断方法
技术领域：
本发明属于往复压缩机故障诊断技术领域，涉及一种基于模拟示功图的往复压缩机连杆大、小头瓦故障诊断方法。
背景技术：
往复压缩机是流程工业企业关键机组，尤其在炼油、化工、输气管道行业中起着至关重要的作用。目前，越来越多的往复压缩机安装了在线监测系统，由于在线监测系统的使用，气阀泄漏、支撑环磨损、拉缸、活塞杆断裂等故障均可有效进行监测诊断，但对连杆大、小头瓦磨损故障依旧没有取得进展。国内外对往复压缩机示功图的研究，绝大多数均从实际采集的示功图形状变化出发对往复压缩机组故障进行诊断，如南京航空航天大学刘卫华，西安交通大学郁永章对基于示功图的往复压缩机故障诊断方法进行了较深入介绍；哈尔滨工业大学高晶波等，利用示功图修正对气阀进行诊断；北京化工大学江志农等，利用支持向量机算法对故障示功图进行智能识别从而进行故障诊断。此外，大连理工大学赵俊龙等，利用振动冲击信号模拟气缸压力变化曲线。尚未发现利用模拟示功图进行往复压缩机连杆大、小头瓦故障诊断的研究内容。作为往复压缩机关键部件之一，连杆分别与曲轴、十字头连接，是将旋转运动转化为往复运动、传递力矩的关键。传统的连杆大、小头瓦故障诊断方法是基于气缸动态压力监测，结合往复惯性力计算十字头销换向点位置，以及大头瓦受力状态，通过在线监测十字头冲击振动获得连杆大、小头瓦磨损情况。但国内绝大多数国产往复压缩机组没有加工示功孔，无法引出动态压力信号，导致连杆大、小头瓦故障诊断一直无法有效进行。本发明以往复压缩机实际工作参数为基础，结合热力学研究模拟计算往复压缩机气缸动态压力，绘制模拟示功图，计算十字头销换向点与大头瓦受力状态，对往复压缩机连杆故障诊断具有积极作用，无需安装动态压力传感器，降低故障监测经济成本，同时避免机组开示功孔或安装动态压力传感器带来的安全风险。
发明内容
本发明涉及往复压缩机故障诊断，是一种基于模拟示功图的对往复压缩机连杆大、小头瓦故障进行诊断的新方法。该方法基于数值模拟方法，模拟计算往复压缩机实际工作状态下的气缸压力变化规律，绘制模拟示功图，计算活塞受气体压力。根据机组转速、往复运动部件质量计算机组往复惯性力，结合活塞受气体压力计算运动部件整体受力情况，获得十字头销理论换向点与连杆大头瓦受力状态。使用往复压缩机在线监测诊断系统，取得十字头部位冲击振动信号，结合理论的十字头销换向点位置与理论的连杆大头瓦受力状态，对十字头大小头瓦故障进行分析诊断。该方法基于往复压缩机模拟示功图绘制与往复运动质量惯性力计算，求得往复运动部件受力曲线，结合十字头冲击振动监测对往复压缩机连杆大头瓦、小头瓦进行故障分析，其特征在于包括以下步骤一种基于模拟示功图的往复压缩机连杆大、小头瓦故障诊断方法，该方法基于往复压缩机模拟示功图绘制与往复运动质量惯性力计算，求得往复运动部件受力曲线，结合往复压缩机振动监测对连杆大头瓦、小头瓦进行故障分析，其特征在于包括以下步骤I)获得往复压缩机吸、排气压力，吸气阀弹簧刚度、弹簧预压缩量、阀片位移，排气阀弹簧刚度、弹簧预压缩量、阀片位移、阀片受压面积，往复压缩机气缸余隙容积，活塞面积，活塞杆截面积，曲轴半径，压缩介质，吸气温度，排气温度参数；2)根据机组实际运行状态，建立往复压缩各过程数学模型；3)通过对数学模型的数值求解，使用迭代修正算法计算气缸内压力变化，绘制气缸模拟示功图，计算活塞受气体力变化规律；4)模拟计算往复压缩机往复惯性力和运动部件整体受力情况，得到模拟的十字头销受力曲线与连杆大头瓦受力曲线；5)使用往复压缩机在线监测诊断系统，获得十字头部位冲击振动信号；6)当模拟的十字头销换向点位置左右10°范围内出现振幅超过15m/s2及以上冲击，即认为连杆小头瓦出现严重磨损，当模拟的连杆大头瓦受力最大点位置左右10°范围内出现振幅超过15m/s2及以上冲击，即认为连杆大头瓦出现严重磨损。所述步骤2)建立的膨胀与压缩过程数学模型( α+1) S 活塞 R 曲 ω sin ω tPdt—Adt=—a [VC0LH+S 活塞 R 曲(l_cos ω t) ] dP上式中各参数意义α :α =」γ , γ为气体比热容比；
r-iP :气体内实时压力；Sffis :活塞承受气压面积；Rft :曲轴半径；ω:曲轴角速度；A :假定单位时间系统与外界热交换量；Vcolh :气缸余隙容积；t:时间。所述步骤3)中计算气缸内压力变化所使用的迭代修正算法具体如下根据公式( α+1) S 活塞 R 曲 ω sin ω tPdt—Adt=—a [VC0LH+S 活塞 R 曲(l_cos ω t) ] dP模拟计算膨胀过程压力曲线；初始条件^=OJci= P _，终止条件P彡P3*，即膨胀过程开始时间为0，开始压力等于实际排气阀开启时刻压力，终止条件气缸压力大于或等于实际吸气阀开启压力；根据膨胀过程结束时刻气缸压力与对应的曲轴转角，作为吸气过程压力计算初始条件，获得吸气过程压力变化趋势；根据吸气过程结束时刻气缸压力与对应的曲轴转角，作为压缩过程压力计算初始条件，根据公式
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( α +1) S 活塞 R 曲 ω sin ω tPdt—Adt=— α [VC0LH+S 活塞 R 曲(1-cos ω t) ] dP模拟计算压缩过程压力曲线；根据压缩过程结束时刻气缸压力与对应的曲轴转角，作为吸气过程压力计算初始条件，获得排气过程压力变化趋势；根据排气过程结束时刻气缸压力与对应的曲轴转角，其中气缸压力记为P= P’ $ ;将P’ 与假定的膨胀过程开始压力P实排进行比较，若
权利要求
1.一种基于模拟示功图的往复压缩机连杆大、小头瓦故障诊断方法，该方法基于往复压缩机模拟示功图绘制与往复运动质量惯性力计算，求得往复运动部件受力曲线，结合往复压缩机振动监测对连杆大头瓦、小头瓦进行故障分析，其特征在于包括以下步骤.1)获得往复压缩机吸、排气压力，吸气阀弹簧刚度、弹簧预压缩量、阀片位移，排气阀弹簧刚度、弹簧预压缩量、阀片位移、阀片受压面积，往复压缩机气缸余隙容积，活塞面积，活塞杆截面积，曲轴半径，压缩介质，吸气温度，排气温度参数；.2)建立往复压缩各过程数学模型；.3)通过对数学模型的数值求解，使用迭代修正算法计算气缸内压力变化，绘制气缸模拟示功图，计算活塞受气体力变化规律；.4)模拟计算往复压缩机往复惯性力和运动部件整体受力情况，得到模拟的十字头销受力曲线与连杆大头瓦受力曲线；.5)使用往复压缩机在线监测诊断系统，获得十字头部位冲击振动信号；.6)当模拟的十字头销换向点位置左右10°范围内出现振幅超过15m/s2及以上冲击，即认为连杆小头瓦出现严重磨损，当模拟的连杆大头瓦受力最大点位置左右10°范围内出现振幅超过15m/s2及以上冲击，即认为连杆大头瓦出现严重磨损。
2.根据权利要求I所述的基于模拟示功图的往复压缩机连杆大、小头瓦故障诊断方法，其特征在于所述步骤2)建立的膨胀与压缩过程数学模型
3.根据权利要求I所述的基于模拟示功图的往复压缩机连杆大、小头瓦故障诊断方法，其特征在于所述步骤3)中计算气缸内压力变化所使用的迭代修正算法具体如下根据公式
全文摘要
本发明涉及往复压缩机故障诊断，是一种基于模拟示功图的对往复压缩机连杆大、小头瓦故障诊断方法。该方法基于数值模拟方法，模拟计算往复压缩机实际工作状态下的气缸压力变化规律，绘制模拟示功图，计算活塞受气体压力。根据机组转速、往复运动部件质量计算机组往复惯性力，结合活塞受气体压力计算运动部件整体受力情况，获得十字头销理论换向点与连杆大头瓦受力状态。使用往复压缩机在线监测诊断系统，取得十字头部位冲击振动信号，结合理论的十字头销换向点位置与理论的连杆大头瓦受力状态，对十字头大小头瓦故障进行分析诊断。该方法无需安装动态压力传感器，即可诊断连杆大、小头瓦故障，降低成本，避免开示功孔或安装动态压力传感器的风险。
文档编号F04B51/00GK102913431SQ201210444340
公开日2013年2月6日 申请日期2012年11月8日 优先权日2012年11月8日
发明者江志农, 张进杰, 毕文阳, 马波, 马晋 申请人:北京化工大学