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离心式压缩机故障诊断技术分析

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  【摘 要】离心式压缩机输送的主要介质是空气、氢气等化工工艺过程中所需的介质气,为后续工艺流程提供压缩介质气,是保持后续生产工艺正常进行的基本条件。离心式压缩机运转所需的主要组成部分一般由驱动设备:蒸汽轮机(电机)、中间传动设备:齿轮箱(耦合器)、对介质做功的工作设备:离心式压缩机等组成。离心压缩机组在大型化工企业生产过程中位于至关重要的核心位置,可以比作化工领域的动力心脏;虽然现阶段压缩机组性能基本都能达到设计要求,但从简单的机械运转到负荷开机这之间还有很多变量以及不利因素需要把控。如由于现场工艺条件无法达到设计要求,但急于投产以及操作不当导致的机组喘振会大大影响机组的使用寿命。为此,对离心式压缩机的故障分析与诊断技术进行了探讨,以提高离心式压缩机在投产过程中的的工作效率。
  【关键词】离心式压缩机;故障分析;诊断技术
  引言
  通过对离心式压缩机故障诊断机理和技术梳理,分析了几种离心式压缩机诊断技术的应用现状,并结合工程实践经验以及离心式压缩机故障诊断技术的发展现状,梳理出离心式压缩机故障诊断技术的未来发展趋势,以及实现离心式压缩机故障诊断所需解决的难题。以期为后续离心式压缩机智能故障诊断提供基础。
  1、喘振的机理分析及判断
  在操作条件偏离设计条件的情况下,流量减小,并且进入叶轮或者扩压器的流动通道的气流方向改变。在叶片的非工作表面上发生气流边界层的分离现象,当情况严重时,即发生旋转失速。这时,压缩机虽仍在工作状态,但是大部分做功都变成能量损失,气体压力无法增大,致使压缩机出口压力降低,管系中下游管道的压力大于出口压力,便发生气体倒流,直至压缩机出口压力高于管系的压力,压缩机又重新恢复供气,之后又重复发生上述现象,整个系统重复出现周期性轴向低频大幅度气流振荡,这种现象就称为喘振。造成喘振的原因分为内因和外因:外部原因一般为与压缩机一起工作的管网系统的压力大于压缩机能够提供的压力;内因方面主要为压缩机流量减小,进入喘振区。在实际操作中,引起压缩机喘振通常是多种原因相结合而造成的。如压缩机转速升高或降低,流体特性的变化,包括流体温度及成分的变化;另外,压缩机机械参数的改变等也会影响压缩机的性能曲线,从而导致喘振流量的变化。在运行中可能造成喘振的原因主要有以下4点。①管网系统压力过高。当需要紧急停车时,要进行气体放空或回流,如果此时出口管路上的止回阀不灵活,或安装位置距离压缩机出口过远,当系统突然减量时,防喘振系统不能马上进行调节。②吸入流量不足。如果压缩机入口过滤器阻塞,导致吸入气体阻力增大,滤芯过脏,或是气温过低时发生结冰,导致压缩机入口气源减少或者切断,供气不足,若流量降低到喘振流量以下,就会导致喘振。③操作错误。在操作中,升速升压过快,降速之前没有先降压。④放喘振系统未投自动。当发生工况波动或电网波动等外界因素变化的情况时,若防喘振系统未投自动,则会因手动调节不及时造成喘振。
  2、压缩机的防喘振控制
  根据对压缩机喘振机理和原因进行分析,可以采取相应的措施来防止压缩机喘振,使工况稳定,确保正常运行,减少喘振对压缩机的损害。通过调节压缩机吸入量,或出口压力,使压缩机运行在稳定的工况区域。防喘振控制主要分为两种:一种是固定极限流量控制,另一种是可变极限流量防喘振控制。两者都是通过控制压缩机的进气流量超过一个特定的极限流量值,如果流量减少到这个值,则压缩机的防喘振阀打开,以保证压缩机入口有足够的进气量。固定极限流量控制是使进气流量大于一定值流量,从而避免进入喘振区运行,但是由于压缩机在低负荷运行时,能耗较大,应用范围不广。在需要通过转速调节来改变压缩机负荷的情况下,就更适合采用另一种防喘振控制,即可变极限流量防喘振控制。由于极限喘振流量是随着转速的降低而降低,因此最合理的方法是使进气流量始终与极限喘振流量保持适当的安全余量,防喘振调节器沿着喘振极限流量曲线右侧的安全控制线运行,这就是可变极限流量方法。
  3、离心式压缩机故障诊断技术分析
  离心式压缩机是一种复杂的机械设备,针对离心式压缩机故障诊断和状态监測的技术手段和方法较多,主要的技术方法为:直观检测、振动噪声监测、热力性能参数监测、专家系统和神经网络、润滑油液分析等。
  3.1直观检测方法
  直观检测方法是指工作人员采用眼看、耳听和自身经验对离心式压缩机的故障进行判断。伴随智能化技术在机械设备上的应用,此方法已逐渐不能满足故障诊断的需求。
  3.2振动噪声监测
  振动噪声监测诊断的机理是应用离心式压缩机主轴表面的振动信号对主轴与气缸之间是否由于喘振导致剐蹭、密封磨损漏气、以及主轴承状态进行诊断。即利用振动传感器采集的振动信号进行时域和频域分析,实现压缩机在线状态监测。由于这种方法最直接也相对来说较为可靠,所以现阶段该方法广泛应用于机组监测过程中。
  3.3油液监测技术
  油液监测是通过对润滑油中的磨粒进行监测的技术,一般分为在线和离线两类。离线监测方法主要包括铁谱分析、油液光谱分析以及应用能谱仪分析等;在线监测方法主要包括在线式铁谱仪和颗粒计数器等,在部分离心式压缩机故障诊断中应用。
  4、离心压缩机故障诊断技术的发展趋势
  4.1 现代信号处理技术在振动信号数据处理中的应用
  在离心压缩机的故障诊断中,我们发现,最困难的就是数据信息提取,这一问题的存在对我们提早发现问题一直都是一个瓶颈式的障碍,所以信息采集方面我们必须要在现有的基础上、有针对的研究、突破,如果我们可以将这一问题很好的解决,那么在今后的发展过程将会取得更大的突破。
  4.2 建立先进的网络诊断系统
  现在来看离心压缩机所带动的生产设备一般都是大型的、连续的、复杂的生产设备,所以说设备诊断的网络化就成了我们对设备检测的主要方向,将整个系统都网络化我们不仅可以更好的实时监测到系统的运行情况,还可以通过实践的积累总结出容易出现问题的情况,如现阶段的远程测控系统就是基于该原理设计的。
  4.3人工智能诊断技术
  目前已广泛应用于离心式压缩机故障诊断的人工智能诊断技术包括专家系统和神经网络技术。其主要的机理是立足于大量的领域专家知识和实践经验的智能化系统,以此为基础解决难度大、复杂度高的系统故障诊断难题。其具备易于构建、推理预测简单、解释机制强等优势;而专家知识准确和可靠获取、系统具备较强的自学习能力是其需要解决的问题。
  4.4 故障基理的研究
  随着离心压缩机故障诊断及维修方面的深入研究,离心压缩机的工作原理的理论研究也显得更加重要,在很多时候我们往往可以通过理论研究以及技术参数来分析离心压缩机发生故障的原因和将来可能会发生的故障,这样对提高故障处理效率和准确性都有着积极的作用。
  结束语
  离心式压缩机应用领域广泛,主要涉及石油、化工、机械等行业。由于离心式压缩机的应用行业范围广,因此针对离心式压缩机的故障诊断技术研究具有重要的实际意义。针对离心式压缩机的故障机理开展研究分析,梳理出离心式压缩机故障及机理,总结了离心式压缩机故障诊断技术的应用情况,以期通过在线监测以及将来的智能测控分析系统为离心式压缩机后期负荷投产的研究提供一定的指导。
  参考文献:
  [1]辛斌.缩机故障诊断技术研究[J].化学工程与装备,2018(08):215-216.
  [2]李晓鸣.离心式压缩机状态监测与故障诊断技术的应用[J].现代制造技术与装备,2018(08):104-105.
  [3]辛斌.离心式压缩机故障诊断技术研究[J].当代化工研究,2018(06):70-71.
  (作者单位:沈阳鼓风机集团股份有限公司)
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