[发明专利]一种往复式压缩机示功图的绘制方法

说明书

本发明揭示了一种往复式压缩机示功图的绘制方法，包括：S1、确定标准示功图，定义和获取各项参数；S2、测量往复式压缩机稳定运行多个完整周期的全部压力信号数据，计算得到压缩机在每个完整周期内的数据点数均值；S3、在压力信号数据中随机取多个连续的数据点，得到压缩机在一个完整周期内的压力信号数据；S4、创建一个等差序列，将压力信号数据中第一个数据点对应的曲柄转角遍历设为序列中的数值，得到多张推测示功图、分别计算其与标准示功图间的相似性分数；S5、寻找相似性分数最高的一张推测示功图、将其作为实际示功图。本发明仅利用一个传感器即可完成示功图的绘制，不但降低了企业的监测成本，而且提高了最终结果的准确性。

技术领域

本发明为一种示功图的绘制方法，具体涉及一种利用单传感器数据、针对往复式压缩机的示功图的绘制方法，属于机械设备故障诊断领域。

背景技术

常见的往复式压缩机系统在工作时会经历四个过程，结合如图1所示的往复式压缩机的局部结构示意图进行说明。

当活塞自右向左运动时，气缸内气体体积减小、压力增大，这一过程即为压缩机的“压缩”过程；当气体压力增大到一定程度时，排气阀打开，活塞继续向左运动，气体持续排出，直至活塞运动到外止点位置(即图示气缸最左侧)，这一过程即为压缩机的“排气”过程；随后，活塞从外止点位置向右移动，由于在外止点位置时气缸中存在余隙容积，余隙容积内的气体仍然具有较大的压力，在活塞刚离开外止点位置时吸气阀达不到设定的压力差无法立即打开，余隙容积内的气体体积随着活塞向右移动不断增大、气缸内压力不断减小，这一过程即为压缩机的“膨胀”过程；最后，活塞继续向右移动，吸气阀达到所需要的压力差开始吸气，直至活塞移动内止点位置(即图示气缸最右侧)完成吸气，这一过程即为压缩机的“吸气”过程。总体而言，往复式压缩机系统的整体工作过程就是上述压缩、排气、膨胀以及吸气这四个过程的周而复始。

由于在上述四个过程中气缸内的压力和气体体积始终处于不断变化的状态，为了实现对于上述过程的全面监控，目前业内主流的操作方式需要借助示功图实现。在此项技术中，示功图是指在往复式压缩机的一个循环中，气缸内气体动态压力随气缸内容积/活塞位移的改变而变化所形成的封闭曲线，曲线所包围的面积可理解为压缩机所做的/所消耗的功。典型的往复式压缩机的示功图如图2所示。可以说，对于示功图的监测和分析是往复式压缩机状态监测与故障预警的重要手段，通过示功图可以更灵敏、更及时地对气阀泄露等可能造成爆炸事故的严重故障进行预警和排查。

现有技术中对于往复式压缩机的示功图的绘制通常采用同步采集的方式完成，即利用动态压力传感器测量动态压力，同时利用光电传感器(或键相传感器等能产生周期脉冲信号的任何传感器、如旋转编码器)测量飞轮转过的角度。在进行信号采集操作前需要拆卸压缩机的部分零部件，确定活塞的止点位置，然后在飞轮轮缘某一相应位置贴上一条状铝箔纸。机器运转后，随着飞轮转动利用铝箔纸强烈的反光性能，光电传感器便可以周期性的产生脉冲信号，每次产生脉冲信号时就意味着活塞到达止点位置，这是后续进行P-T图与P-S图、P-V图转换的基准。同步采集的动态压力信号和脉冲信号如图3所示，通过图3可以看出，每一次活塞离开内止点时就会同时产生一个脉冲信号。因此，相邻的两个脉冲信号之间对应的动态压力数据便是一个周期内的压力数据，此时假设曲轴是等角速度旋转的，便可以计算出每一刻压力数据所对应的活塞位移数据，进而能计算出对应的气缸内的体积数据。

但是通过上述操作描述可以得知，现有技术在实际的应用过程中缺点十分显著。首先，由于现有技术在信号采集前需要拆卸压缩机的部分零部件、以确定活塞的止点位置，因此如果所需要监测的压缩机数量较大，那么仅这部分工作会造成巨大的人力物力消耗。其次，确定好活塞的止点位置后，在进行飞轮相应位置的标记时可能存在误差，影响最终结果的准确性。最后，由于现有技术的示功图绘制和监测需要借助两个传感器来完成，技术实现成本较高；而且，两个传感器在配合工作时耦合性要求较高，在压缩机长时间的运行状态下，任一传感器都可能会出现意料之外的问题，影响整个技术方案的实现。