[发明专利]一种基于活塞杆振动动态能量指数的故障报警方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于活塞杆振动动态能量指数的故障报警方法。

背景技术

活塞杆断裂是往复压缩机恶性故障之一，将会导致撞缸、机体损坏、气体外泄；对于石油石化企业的高压临氢压缩机，由于压缩介质易燃易爆，一旦出现活塞杆断裂易导致着火爆炸事故的发生，严重威胁企业安全稳定生产；目前，国内相关石油、化工企业压缩机普遍缺乏振动、位移监测手段，依靠人工巡检，听、看、摸的落后监测诊断方法无法避免活塞杆断裂的发生，更无法在故障发生后及时停车、避免故障的进一步恶化；

国内外往复机械故障相关研究中，大多数科研人员重点针对故障智能诊断与特征提取方法开展研究，诸如人工神经网络、支持向量机以及其它相关智能算法陆续应用于往复压缩机及其附属设备故障分析诊断，与活塞杆断裂及疲劳失效相关的研究主要针对活塞杆断裂后裂口形貌分析、金相分析、材料加工等方面查找故障原因，一方面是因为裂纹的产生与多物理场作用下疲劳和冲击有关，另一方面是由于裂纹产生早期特征微弱、提取难度大，尤其像往复压缩机这样复杂的载荷形式；目前国内少量往复压缩机已安装了在线监测诊断系统，对活塞杆监测偏重于位移直流量大小与趋势，监测活塞杆位移纵向下沉与横向位移；实际监测中，仅对位移直流量信号进行监测无法实现断裂类故障有效预警；新的故障特征提取与诊断方法研究有迫切的应用需求；

本发明建立了活塞杆轴心轨迹方程，利用常规的活塞杆位移监测信号，计算获得活塞杆轴心轨迹，提取活塞杆振动动态能量指数；针对典型的支撑环磨损、活塞杆紧固螺栓松动与活塞杆断裂故障，基于活塞杆振动动态能量指数的报警方法可有效克服常规位移量监测报警故障响应滞后、敏感性差的缺点，具有较好的实际应用价值；

发明内容

一种基于活塞杆振动动态能量指数的故障报警方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)对往复压缩机活塞杆水平方向位移、竖直方向位移至少两者之一进行监测，对飞轮键相信号进行监测，

(2)活塞杆水平方向位移整周期信号记为RX，竖直方向位移整周期信号记为RY，基于飞轮键相信号，至少采集RX、RY两者之一，

(3)令往复压缩机活塞杆监测位置的半径R，令t_i时刻，活塞杆水平方向位移值为RX_i、活塞杆竖直方向位移值为RY_i，轴心轨迹RO在水平方向的取值为x_i，轴心轨迹在竖直方向的取值为y_i，i＝1，2，3...n；n＝(60/ω)×k，ω是往复压缩机转速，单位是：rpm，k为采样率，单位是：点/秒；x_i与y_i的计算方法如下：

(R+RX_i+x_i)²+y_i²＝R²

x_i²+(R+RY_i-y_i)²＝R²

联立上述方程，可求得x_i与y_i，

若只有RX或RY其中一类数据，则不进行轴心轨迹计算；

(4)当能进行轴心轨迹RO计算时，提取活塞杆轴心整体振动能量参数：E_po，水平方向整体能量参数：E_px，竖直方向整体能量参数：E_py；

E_po的计算方法如下：

1)计算t_i时刻活塞杆轴心振动速度：vo(i)

2)求解整周期轴心振动速度平均能量：

E_px的计算方法如下：

1)计算t_i时刻活塞杆轴心在水平方向上的振动速度：vx(i)

2)计算水平方向上轴心振动速度平均能量：

E_py的计算方法如下：

1)计算t_i时刻活塞杆轴心在竖直方向上的振动速度：vy(i)

2)计算竖直方向上轴心振动速度平均能量：