[发明专利]一种通过测量活塞杆应变获得往复压缩机p-V图的方法

说明书

一种通过测量活塞杆应变获得往复压缩机p‑V图的方法，根据测得的活塞杆应变得到杆载荷，用杆载荷减去往复惯性力得到气体力合力的变化曲线，然后对气体力合力曲线用傅立叶级数形式进行非线性回归，得到气体力合力拟合函数，然后用傅立叶级数形式表达轴侧气压函数，进而得到盖侧气压函数，再求解气体力合力为轴侧气体力与盖侧气体力之和的方程，得到气压函数的各项系数，然后得到轴侧与盖侧气压函数(p‑θ图)，进而得到往复压缩机p‑V图。本发明一方面不用在压缩机上打孔，避免了现有技术中破坏压缩机本体的问题。另一方面，通过采集数据，计算，拟合出的曲线能够反映出吸气、排气、膨胀和压缩的过程，根据往复压缩机p‑V图能够进行故障诊断和运行状态监测。

技术领域

本发明属于往复压缩机技术领域，具体涉及一种通过测量活塞杆应变获得往复压缩机p-V图的方法。

背景技术

往复压缩机适用范围广，理论上可压缩所有气体，不论流量大小均可达到所需压力，容积效率高，可适应有油和无油工况，被认为是最高效的气体压缩设备而广泛应用于制冷空调、空气动力、石油化工及天然气工业等国民经济各个领域。往复压缩机一旦发生故障，将会影响整个工艺流程，造成严重甚至灾难性的后果。为了杜绝事故的发生，对压缩机进行状态监测及故障诊断至关重要。

指示图即p-V图是压缩机工作性能和运行状态的综合反映，是诊断压缩机故障最有效的工具。通过压缩机工作过程的p-V图可以得到吸、排气压力损失、指示功率、压比及容积效率等性能参数，通过p-V图的形状可以直接反映出气阀、活塞环及填函等的泄漏情况、管道气流脉动情况和压缩机工作过程中的热交换情况等。

现今按照API618标准制造的压缩机都配有测压孔，而还在服役中的大多老旧压缩机由于没有预留测压孔，测量气缸内压力变化需要对气缸进行加工，而某些压缩特殊介质的工艺压缩机是不允许在气缸上加工出测压孔的，此外缸壁开孔还会影响气缸强度，存在潜在威胁，如此侵入式的测取方式严重限制了p-V图诊断法的推广应用。

为了使p-V图法不再局限于实验研究，能够应用于实际生产中，需要采用不影响气缸结构及强度的方法得到气缸内的压力变化监测。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种通过测量活塞杆应变获得往复压缩机p-V图的方法。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术方案：

一种通过测量活塞杆应变获得往复压缩机p-V图的方法，包括以下步骤：

(1)在飞轮处安装光电传感器，通过得到的外止点信号，确定压缩机曲柄转角θ初始值0，在活塞杆上粘贴应变片，测量得到压缩机运转一个周期曲柄转角θ从[0，2π]每个角度对应的杆载荷函数F_rod(θ)；

(2)对[0，2π]周期内的气体力合力函数F_g(θ)进行非线性回归，得到拟合结果为周期为[0，2π]的函数F′_g(θ)；其中，气体力合力函数F_g(θ)＝F_rod(θ)-F_I(θ)，F_rod(θ)为杆载荷函数，F_I(θ)为往复惯性力，往复惯性力F_I(θ)＝m_prω²(cosθ+λcos2θ)，其中m_p为往复惯性质量，r为曲拐半径，ω为压缩机转速，λ为曲柄半径连杆比，θ为曲柄转角；