[发明专利]一种往复式压缩机无损故障诊断系统及方法

权利要求书

1.一种往复式压缩机无损故障诊断系统，其特征在于：包括安装在滑道内部的十字头(14)，所述十字头(14)的一侧与往复式压缩机的活塞杆(13)相连，在滑道的限位作用下，十字头(14)能够运动的方向与活塞杆(13)的运动方向一致；所述十字头(14)的另一侧通过连杆(15)与曲轴(16)的一端相连，曲轴(16)在其飞轮的带动下做圆周运动，所述的飞轮处安装光电传感器，用于通过得到外止点信号，进而确定出曲轴(16)的转角；所述的活塞杆(13)上设置有测点，测点通过应变传感器测量出其上和下两点处的应变值，进而测得往复式压缩机运行过程中活塞杆(13)上下点动态应变值；所述的活塞杆(13)上安装加速度传感器，用于测量活塞杆(13)在x、y轴方向的动态加速度；所述的光电传感器、应变传感器以及加速度传感器采集到的信息发送至故障诊断模块，故障诊断模块根据计算所得气体力与活塞杆(13)在x、y轴方向的冲击力随曲轴(16)转角动态变化曲线，通过与正常运行工况下的气体力及冲击力曲线对比，分析确定往复式压缩机存在的故障；计算压缩机气体力与活塞杆(13)在x、y轴方向的冲击力随曲轴(16)转角动态变化曲线具体方法如下：

为压缩机的活塞杆(13)建立等效悬臂梁模型，将压缩机的活塞(11)所在端视为固定端，将十字头(14)连接端视为自由端，并将连杆(15)以及滑道对十字头(14)的作用力均视为作用在十字头(14)的质心，然后对活塞杆(13)进行受力分析；

在建立的等效悬臂梁模型中，计算轴向载荷产生的应变，计算活塞杆(13)的内部弯矩，并且根据活塞杆(13)的加速度、应变和内部弯矩推导出等效活塞杆(13)与十字头(14)相连的另半部分在x、y轴方向的受力及作用在活塞(11)上的气体力表达式；

计算得到气体力以及等效活塞杆(13)与十字头(14)相连的另半部分所受冲击力。

2.一种使用权利要求1所述的往复式压缩机无损故障诊断系统的故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据测得的活塞杆(13)在测点处的动态应变值及活塞杆(13)在x、y轴方向的加速度，计算压缩机气体力与活塞杆(13)在x、y轴方向的冲击力随曲轴(16)转角动态变化曲线；

根据计算所得压缩机气体力与活塞杆(13)在x、y轴方向的冲击力随曲轴(16)转角动态变化曲线，通过与正常运行工况下的气体力及冲击力随曲轴(16)转角动态变化曲线对比，分析确定往复式压缩机存在的故障问题，具体的判断方式如下：如果气体力曲线出现异常，则判定气缸(12)组件出现了故障；如果冲击力随曲轴(16)转角动态变化曲线出现相应的冲击信号异常，则说明对应运动副磨损较为严重，判定运动机构出现故障。

3.根据权利要求2所述的故障诊断方法，其特征在于，计算压缩机气体力与活塞杆(13)在x、y轴方向的冲击力随曲轴(16)转角动态变化曲线具体方法如下：

为压缩机的活塞杆(13)建立等效悬臂梁模型，将压缩机的活塞(11)所在端视为固定端，将十字头(14)连接端视为自由端，并将连杆(15)以及滑道对十字头(14)的作用力均视为作用在十字头(14)的质心，然后对活塞杆(13)进行受力分析；

在建立的等效悬臂梁模型中，计算轴向载荷产生的应变，计算活塞杆(13)的内部弯矩，并且根据活塞杆(13)的加速度、应变和内部弯矩推导出等效活塞杆(13)与十字头(14)相连的另半部分在x、y轴方向的受力及作用在活塞(11)上的气体力表达式；

计算得到气体力以及等效活塞杆(13)与十字头(14)相连的另半部分所受冲击力。

4.根据权利要求3所述的故障诊断方法，其特征在于：

在建立的等效悬臂梁模型中，活塞杆(13)在x、y轴方向的加速度表示为：

式中，m₁、m₂、m₃分别为活塞(11)、活塞杆(13)、十字头(14)的质量；G₂、G₃分别为活塞杆(13)、十字头(14)的重力；F_g为气体力；F_x、F_y分别为活塞杆(13)在x、y轴方向的冲击力；F_N1为活塞(11)对活塞杆(13)的侧向力。