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摘要：本文主要从往复式压缩机诊断方法的研究现状、引起复式压缩机填料热力故障的主要原因及诊断、往复式压缩机故障诊断应注意的问题三个方面对往复式压缩机填料温度过高问题进行了详细的分析与介绍。
关键字：往复式压缩机；研究现状；诊断方法；
中图分类号：TB652文献标识码： A
前言：作为炼油厂、化工厂重要设备的往复式压缩机，其运行的好坏直接关系着厂子的经济效益，但是由于多方面的原因，往复式压缩机经常会出现这样和那样的问题，所以对往复式压缩机的故障进行科学合理的处理是十分必要的。
一、往复式压缩机诊断方法的研究现状
往复式压缩机是工业上应用量大而且面广的一种重要通用机械．其故障的诊断比较复杂．对于其故障诊断技术的研究一直以来都得到了国内外学者的广泛注。在国外，美国学者曾经利用气缸内侧的压力信号图像判断气阀故障及活塞环的磨损。捷克学者依据对千余种不同类型的压缩机建立了常规性参数数据库．确定评定参数．以判断压缩机的工作状态等．在国内，有些专家对往复式压缩机的缸盖振动信号进行过简单的分析,也有人在缸盖振动信号对缸内气体压力的影响方面进行过研究．有人曾在研究结果的基础上设计了一套往复式压缩机的监测系统.还有一些学者在对压缩机的常规性能参数监测与控制方面做了很多的工作，以力求改变当前在往复式压缩机操作中通常存在的工作人员用耳听、眼看或者凭工作经验来判断机器故障的情况．
然而．由于往复式压缩机结构复杂、激励源多等特点．鉴于当前研究现状以及上述研究数据表明，计算机技术的不完善和人工智能领域的专家系统和神经网络技术的初步使用．使得故障诊断技术至今尚无一套像旋转机械那样成熟的．得到人们普遍认可和广泛应用的诊断系统．以供选择并获得往复式压缩机工作状态的有效特征参数．仅仅采取先凭经验或设想去确定和试凑特征参数，然后再进行实验验证的方法是不充分的，且不能找出最优特征参数，离实际应用还存在一定距离．这同往复式压缩机在工业中的重要地位是不相称的．
二、 引起复式压缩机填料热力故障的主要原因及诊断
往复式压缩机的故障可分成两大类：一类是机器热力性能故障，主要特征是压缩机工作时排气量不足或排气压力、温度及级间压力、温度异常等；另一类是机器动力性能故障，主要特征是压缩机工作时异常的响声、振动和过热。
压缩机热力性能故障，即压缩机的排气量、各级进、排气压力、温度等热力性能参数异常。事实上，气量、压力和温度三者之间是相互关联的，其中一个不正常就会影响其它两个。
（一）理论分析
1、排气量降低
影响排气量Q的因素很多，我们首先可以用作定性分析。
Q=V.n . λv. λp. λt. λl
式中：
λv--容积系数
λp--压力系数
λt--温度系数
λl--泄漏系数
n--压缩机转速
V--吸气容积
上式中，等式右边的任何一項都将影响排气量。一台机器的V和n一般是不会改变的，而其它因素在运转过程中都有可能改变，特别是λv和λl，λv减小，使气量减小；λl减小，也使气量减小。而气阀的不严密、活塞环的磨损、填料的磨损、管道及管系设备漏气都会造成各种系数的变化，从而影响排气量，造成各级压比的变化。此外，吸气滤清器阻塞也是造成气量降低的常见原因。
2、级间压力不正常
压力、气量和温度三者之间存在下述关系：
式中：Pi--i级吸气压力
Vi--i级吸气容积
Ti--i级吸气温度
Pi+1--i+1级吸气压力
Vi+1--i+1级吸气容积
Ti+1--i+1级吸气温度
假设第i级机器正常，而由于某种原因使i+l 级吸气容积增高，则Pi+1也相应增高；反之降低。又若因i+1级前中问冷却器冷却情况恶化使Ti+l 增高，则Pi+1也相应增高，反之降低。第i+1级的吸气压力近似等于i级的排气压力，故Pi+1增高能使i级压比增加，Ⅵ减小。若i级前面是正常的，则Pi也将增高，并且向前影响，但影响的程度递降。如果i+1级的后一级是正常的，则Pi+l对后面压力的影响不大。
3、排气温度异常
由热力学知排气温度为：
式中：Td--排气温度
Ts--进气温度
ε--压比
K--绝热指数
上式明确地表达了影响排气温度的因素。中间冷却情况的恶化，或者吸气预热，使Ts增加，造成排气温度升高。如果排气阀泄漏，使热气体回窜入气缸，它不仅会在吸气过程中加热进气，而且压缩过程的开始阶段继续加热气体，使排气温度升高。而温度的变化又会导致压比的变化，进一步影响温度变化，直至两者达到平衡。
（二）诊断方法
建立压缩机热力性能参数故障模式的方法有两种：一是实机测试法。采用实际压缩机在有故障运转时的性能参数值来建立标准故障模式。例如当气阀有故障时，可以根据各级的压力和压比确定其故障部位。为此，应编制在不同排气压力下的正常压力分配明细表。该表可通过开动机器空载运转，记录各级的压力和功率，然后依次加载至一定的表压，直至比工作压力高出10％为止，记录各级的压力和功率，将全部数据综合，即可生成正常压力分配明细表。另一种是计算机模拟法。近年来，随着计算机的飞跃发展和人们对压缩机工作机理的进一步深入研究，建立了压缩机各种物理过程的数学模型。通过对这些模型进行计算机模拟，可求出机器在不同故障条件下的热力性能参数，以此可建立标准故障模式。
在工厂的实际应用中，采用以上两种方法建立压力分配表存在着一定的困难，但工厂对于每台机组有着多年的操作数据，可根据多年机组正常操作时的资料，总结出机组各级的正常压力范围，以此作为机组正常的压比分配表。
多年来，我们从生产过程中发现，造成往复式压缩机热力故障的主要原因为填料函和气阀等易损件的损坏。填料函的故障可使排气量降低、压比失调等。对于将气缸与外部大气隔离的填料函故障，可在日常管理中，通过检查填料密封处是否漏气，再结合压力、气量变化的方法予以确认。统计数据表明，气阀故障占往复式压缩机故障总数的60％，气阀故障可导致压比失调、排温增高、排气量降低等，严重时甚至可拉毛气缸导致机组报废。一些文献中提出可采用振动测试方法判断气阀故障，但这种方法在实际中很难实现，这主要是因为气阀内安装空间狭小，温度很高，同时，影响气阀振动的因素很多，而一台机组往往有几十个气阀，很难采用测量的办法予以判断。在实际中我们发现，气阀故障最直接的反映是压比失调，l级进气阀损坏会导致后面各级压力下降，而后面各级气阀故障往往会导致上一级的压力明显上升，排气温度发生明显变化，这与前面的理论分析是一致的。因此可根据压比、温度这两个热力参数来确定气阀故障。
（三）诊断实例
化工往复式压缩机工况往往比较稳定，压比变化非常明显，只要有准确的各级压比分配表，结合日常检查就可初步确定填料或气阀造成的热力故障。例如对于某种排量20m3／min、排压0．8MPa的两级活塞式压缩机，利用上面的方法实现了热力故障的早期诊断。根据多年的操作经验，该机组的各级正常压比为：一级0．18—0．23MPa，二级0．8MPa。
故障一：日常检查时发现一级压比略微增大，检查填料密封处，发现二级气缸填料泄漏，更换二级填料后，压比恢复正常。
故障二：日常检查时发现一级压比明显增加，达到0．3MPa，检查填料密封处，无泄漏现象，进一步检查，发现二级排气温度增高。停车检查气阀，发现二级气阀一個弹簧断裂，更换气阀弹簧后，重新开车，压比恢复正常。
三、往复式压缩机故障诊断应注意的问题
近年来往复式压缩机的故障诊断技术不断发展．推陈出新．在实际运用中也积累了不少成功的经验．但往复式压缩机的在线状态监测及故障诊断仍是目前研究的热点和难点。对往复式压缩机进行故障诊断要注意以下一些问题：
(一)小波分析，人工智能理论等多种分析技术相结合．应注重非定常信号的处理．
(二)故障监测准确率不高。间接采集获到的信号都带有一定程度的不确定性．常常会出现误诊．
(三)应加深识别理论的研究与定量关系的研究．如：气阀的故障诊断．对阀片的前期裂纹存在的预测，不同的裂纹的类型、长度及方向在频谱图上的表现特征仍需深入研究。
(四)一些典型故障如活塞杆，曲轴，连杆断裂预测或存在裂纹诊断等仍不能诊断．
(五)系统诊断方法单一．专家系统知识库急需充实．计算机辅助实验的开发工作急需加强．
(六)高可靠性、专用新型集成化、价格适中，特别是长寿命的可预埋于往复式压缩机内的传感器与监测仪的研制．
(七)系统数学模型建立困难较大．并且通过振动分析获得往复式压缩机故障诊断与特征参数之间的对应关系非常复杂，这些问题都是亟待解决的．
由上面分析可见．往复式压缩机故障诊断方法仍是个难点问题，所以。我们应该利用已有的旋转机械的故障诊断方法去研究往复式压缩机故障。
总之，如何对往复式压缩机填料温度过高问题进行科学合理的处理是需要我们在实际的工作经验不断予以研究的，并且要提高从业人员自身的文化素质和技能水平，一保证复式压缩机在生产中更好的得到应用。
参考文献：
[1] 王发辉; 刘秀芳; 程艳霞. 往复式压缩机故障诊断研究现状及展望[J]. 制冷空调与电力机械.2007(3)
[2] 李芳. 往复式压缩机故障诊断技术研究[J]. 东北石油大学.2011(3)
[3] 程艳霞; 铁占续; 孙付伟; 往复式压缩机故障诊断方法研究综述[J]. 仪器仪表用户.2006(10)
关键字：往复式压缩机；研究现状；诊断方法；
中图分类号：TB652文献标识码： A
前言：作为炼油厂、化工厂重要设备的往复式压缩机，其运行的好坏直接关系着厂子的经济效益，但是由于多方面的原因，往复式压缩机经常会出现这样和那样的问题，所以对往复式压缩机的故障进行科学合理的处理是十分必要的。
一、往复式压缩机诊断方法的研究现状
往复式压缩机是工业上应用量大而且面广的一种重要通用机械．其故障的诊断比较复杂．对于其故障诊断技术的研究一直以来都得到了国内外学者的广泛注。在国外，美国学者曾经利用气缸内侧的压力信号图像判断气阀故障及活塞环的磨损。捷克学者依据对千余种不同类型的压缩机建立了常规性参数数据库．确定评定参数．以判断压缩机的工作状态等．在国内，有些专家对往复式压缩机的缸盖振动信号进行过简单的分析,也有人在缸盖振动信号对缸内气体压力的影响方面进行过研究．有人曾在研究结果的基础上设计了一套往复式压缩机的监测系统.还有一些学者在对压缩机的常规性能参数监测与控制方面做了很多的工作，以力求改变当前在往复式压缩机操作中通常存在的工作人员用耳听、眼看或者凭工作经验来判断机器故障的情况．
然而．由于往复式压缩机结构复杂、激励源多等特点．鉴于当前研究现状以及上述研究数据表明，计算机技术的不完善和人工智能领域的专家系统和神经网络技术的初步使用．使得故障诊断技术至今尚无一套像旋转机械那样成熟的．得到人们普遍认可和广泛应用的诊断系统．以供选择并获得往复式压缩机工作状态的有效特征参数．仅仅采取先凭经验或设想去确定和试凑特征参数，然后再进行实验验证的方法是不充分的，且不能找出最优特征参数，离实际应用还存在一定距离．这同往复式压缩机在工业中的重要地位是不相称的．
二、 引起复式压缩机填料热力故障的主要原因及诊断
往复式压缩机的故障可分成两大类：一类是机器热力性能故障，主要特征是压缩机工作时排气量不足或排气压力、温度及级间压力、温度异常等；另一类是机器动力性能故障，主要特征是压缩机工作时异常的响声、振动和过热。
压缩机热力性能故障，即压缩机的排气量、各级进、排气压力、温度等热力性能参数异常。事实上，气量、压力和温度三者之间是相互关联的，其中一个不正常就会影响其它两个。
（一）理论分析
1、排气量降低
影响排气量Q的因素很多，我们首先可以用作定性分析。
Q=V.n . λv. λp. λt. λl
式中：
λv--容积系数
λp--压力系数
λt--温度系数
λl--泄漏系数
n--压缩机转速
V--吸气容积
上式中，等式右边的任何一項都将影响排气量。一台机器的V和n一般是不会改变的，而其它因素在运转过程中都有可能改变，特别是λv和λl，λv减小，使气量减小；λl减小，也使气量减小。而气阀的不严密、活塞环的磨损、填料的磨损、管道及管系设备漏气都会造成各种系数的变化，从而影响排气量，造成各级压比的变化。此外，吸气滤清器阻塞也是造成气量降低的常见原因。
2、级间压力不正常
压力、气量和温度三者之间存在下述关系：
式中：Pi--i级吸气压力
Vi--i级吸气容积
Ti--i级吸气温度
Pi+1--i+1级吸气压力
Vi+1--i+1级吸气容积
Ti+1--i+1级吸气温度
假设第i级机器正常，而由于某种原因使i+l 级吸气容积增高，则Pi+1也相应增高；反之降低。又若因i+1级前中问冷却器冷却情况恶化使Ti+l 增高，则Pi+1也相应增高，反之降低。第i+1级的吸气压力近似等于i级的排气压力，故Pi+1增高能使i级压比增加，Ⅵ减小。若i级前面是正常的，则Pi也将增高，并且向前影响，但影响的程度递降。如果i+1级的后一级是正常的，则Pi+l对后面压力的影响不大。
3、排气温度异常
由热力学知排气温度为：
式中：Td--排气温度
Ts--进气温度
ε--压比
K--绝热指数
上式明确地表达了影响排气温度的因素。中间冷却情况的恶化，或者吸气预热，使Ts增加，造成排气温度升高。如果排气阀泄漏，使热气体回窜入气缸，它不仅会在吸气过程中加热进气，而且压缩过程的开始阶段继续加热气体，使排气温度升高。而温度的变化又会导致压比的变化，进一步影响温度变化，直至两者达到平衡。
（二）诊断方法
建立压缩机热力性能参数故障模式的方法有两种：一是实机测试法。采用实际压缩机在有故障运转时的性能参数值来建立标准故障模式。例如当气阀有故障时，可以根据各级的压力和压比确定其故障部位。为此，应编制在不同排气压力下的正常压力分配明细表。该表可通过开动机器空载运转，记录各级的压力和功率，然后依次加载至一定的表压，直至比工作压力高出10％为止，记录各级的压力和功率，将全部数据综合，即可生成正常压力分配明细表。另一种是计算机模拟法。近年来，随着计算机的飞跃发展和人们对压缩机工作机理的进一步深入研究，建立了压缩机各种物理过程的数学模型。通过对这些模型进行计算机模拟，可求出机器在不同故障条件下的热力性能参数，以此可建立标准故障模式。
在工厂的实际应用中，采用以上两种方法建立压力分配表存在着一定的困难，但工厂对于每台机组有着多年的操作数据，可根据多年机组正常操作时的资料，总结出机组各级的正常压力范围，以此作为机组正常的压比分配表。
多年来，我们从生产过程中发现，造成往复式压缩机热力故障的主要原因为填料函和气阀等易损件的损坏。填料函的故障可使排气量降低、压比失调等。对于将气缸与外部大气隔离的填料函故障，可在日常管理中，通过检查填料密封处是否漏气，再结合压力、气量变化的方法予以确认。统计数据表明，气阀故障占往复式压缩机故障总数的60％，气阀故障可导致压比失调、排温增高、排气量降低等，严重时甚至可拉毛气缸导致机组报废。一些文献中提出可采用振动测试方法判断气阀故障，但这种方法在实际中很难实现，这主要是因为气阀内安装空间狭小，温度很高，同时，影响气阀振动的因素很多，而一台机组往往有几十个气阀，很难采用测量的办法予以判断。在实际中我们发现，气阀故障最直接的反映是压比失调，l级进气阀损坏会导致后面各级压力下降，而后面各级气阀故障往往会导致上一级的压力明显上升，排气温度发生明显变化，这与前面的理论分析是一致的。因此可根据压比、温度这两个热力参数来确定气阀故障。
（三）诊断实例
化工往复式压缩机工况往往比较稳定，压比变化非常明显，只要有准确的各级压比分配表，结合日常检查就可初步确定填料或气阀造成的热力故障。例如对于某种排量20m3／min、排压0．8MPa的两级活塞式压缩机，利用上面的方法实现了热力故障的早期诊断。根据多年的操作经验，该机组的各级正常压比为：一级0．18—0．23MPa，二级0．8MPa。
故障一：日常检查时发现一级压比略微增大，检查填料密封处，发现二级气缸填料泄漏，更换二级填料后，压比恢复正常。
故障二：日常检查时发现一级压比明显增加，达到0．3MPa，检查填料密封处，无泄漏现象，进一步检查，发现二级排气温度增高。停车检查气阀，发现二级气阀一個弹簧断裂，更换气阀弹簧后，重新开车，压比恢复正常。
三、往复式压缩机故障诊断应注意的问题
近年来往复式压缩机的故障诊断技术不断发展．推陈出新．在实际运用中也积累了不少成功的经验．但往复式压缩机的在线状态监测及故障诊断仍是目前研究的热点和难点。对往复式压缩机进行故障诊断要注意以下一些问题：
(一)小波分析，人工智能理论等多种分析技术相结合．应注重非定常信号的处理．
(二)故障监测准确率不高。间接采集获到的信号都带有一定程度的不确定性．常常会出现误诊．
(三)应加深识别理论的研究与定量关系的研究．如：气阀的故障诊断．对阀片的前期裂纹存在的预测，不同的裂纹的类型、长度及方向在频谱图上的表现特征仍需深入研究。
(四)一些典型故障如活塞杆，曲轴，连杆断裂预测或存在裂纹诊断等仍不能诊断．
(五)系统诊断方法单一．专家系统知识库急需充实．计算机辅助实验的开发工作急需加强．
(六)高可靠性、专用新型集成化、价格适中，特别是长寿命的可预埋于往复式压缩机内的传感器与监测仪的研制．
(七)系统数学模型建立困难较大．并且通过振动分析获得往复式压缩机故障诊断与特征参数之间的对应关系非常复杂，这些问题都是亟待解决的．
由上面分析可见．往复式压缩机故障诊断方法仍是个难点问题，所以。我们应该利用已有的旋转机械的故障诊断方法去研究往复式压缩机故障。
总之，如何对往复式压缩机填料温度过高问题进行科学合理的处理是需要我们在实际的工作经验不断予以研究的，并且要提高从业人员自身的文化素质和技能水平，一保证复式压缩机在生产中更好的得到应用。
参考文献：
[1] 王发辉; 刘秀芳; 程艳霞. 往复式压缩机故障诊断研究现状及展望[J]. 制冷空调与电力机械.2007(3)
[2] 李芳. 往复式压缩机故障诊断技术研究[J]. 东北石油大学.2011(3)
[3] 程艳霞; 铁占续; 孙付伟; 往复式压缩机故障诊断方法研究综述[J]. 仪器仪表用户.2006(10)