[發明專利]一種往復式壓縮機示功圖的繪制方法

有效

• 申請號: 202010902337.7
• 申請日: 2020-09-01
• 公開（公告）號: CN111980907B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 鄧剛;張玉斌;程攀勇
• 申請（專利權）人: 蘇州德姆斯信息技術有限公司
• 主分類號: F04B51/00
• 分類號: F04B51/00
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 姚姣陽

本發明揭示了一種往復式壓縮機示功圖的繪制方法，包括：S1、確定標準示功圖，定義和獲取各項參數；S2、測量往復式壓縮機穩定運行多個完整周期的全部壓力信號數據，計算得到壓縮機在每個完整周期內的數據點數均值；S3、在壓力信號數據中隨機取多個連續的數據點，得到壓縮機在一個完整周期內的壓力信號數據；S4、創建一個等差序列，將壓力信號數據中第一個數據點對應的曲柄轉角遍歷設為序列中的數值，得到多張推測示功圖、分別計算其與標準示功圖間的相似性分數；S5、尋找相似性分數最高的一張推測示功圖、將其作為實際示功圖。本發明僅利用一個傳感器即可完成示功圖的繪制，不但降低了企業的監測成本，而且提高了最終結果的準確性。

技術領域

本發明為一種示功圖的繪制方法，具體涉及一種利用單傳感器數據、針對往復式壓縮機的示功圖的繪制方法，屬于機械設備故障診斷領域。

背景技術

常見的往復式壓縮機系統在工作時會經歷四個過程，結合如圖1所示的往復式壓縮機的局部結構示意圖進行說明。

當活塞自右向左運動時，氣缸內氣體體積減小、壓力增大，這一過程即為壓縮機的“壓縮”過程；當氣體壓力增大到一定程度時，排氣閥打開，活塞繼續向左運動，氣體持續排出，直至活塞運動到外止點位置(即圖示氣缸最左側)，這一過程即為壓縮機的“排氣”過程；隨后，活塞從外止點位置向右移動，由于在外止點位置時氣缸中存在余隙容積，余隙容積內的氣體仍然具有較大的壓力，在活塞剛離開外止點位置時吸氣閥達不到設定的壓力差無法立即打開，余隙容積內的氣體體積隨著活塞向右移動不斷增大、氣缸內壓力不斷減小，這一過程即為壓縮機的“膨脹”過程；最后，活塞繼續向右移動，吸氣閥達到所需要的壓力差開始吸氣，直至活塞移動內止點位置(即圖示氣缸最右側)完成吸氣，這一過程即為壓縮機的“吸氣”過程。總體而言，往復式壓縮機系統的整體工作過程就是上述壓縮、排氣、膨脹以及吸氣這四個過程的周而復始。

由于在上述四個過程中氣缸內的壓力和氣體體積始終處于不斷變化的狀態，為了實現對于上述過程的全面監控，目前業內主流的操作方式需要借助示功圖實現。在此項技術中，示功圖是指在往復式壓縮機的一個循環中，氣缸內氣體動態壓力隨氣缸內容積/活塞位移的改變而變化所形成的封閉曲線，曲線所包圍的面積可理解為壓縮機所做的/所消耗的功。典型的往復式壓縮機的示功圖如圖2所示。可以說，對于示功圖的監測和分析是往復式壓縮機狀態監測與故障預警的重要手段，通過示功圖可以更靈敏、更及時地對氣閥泄露等可能造成爆炸事故的嚴重故障進行預警和排查。

現有技術中對于往復式壓縮機的示功圖的繪制通常采用同步采集的方式完成，即利用動態壓力傳感器測量動態壓力，同時利用光電傳感器(或鍵相傳感器等能產生周期脈沖信號的任何傳感器、如旋轉編碼器)測量飛輪轉過的角度。在進行信號采集操作前需要拆卸壓縮機的部分零部件，確定活塞的止點位置，然后在飛輪輪緣某一相應位置貼上一條狀鋁箔紙。機器運轉后，隨著飛輪轉動利用鋁箔紙強烈的反光性能，光電傳感器便可以周期性的產生脈沖信號，每次產生脈沖信號時就意味著活塞到達止點位置，這是后續進行P-T圖與P-S圖、P-V圖轉換的基準。同步采集的動態壓力信號和脈沖信號如圖3所示，通過圖3可以看出，每一次活塞離開內止點時就會同時產生一個脈沖信號。因此，相鄰的兩個脈沖信號之間對應的動態壓力數據便是一個周期內的壓力數據，此時假設曲軸是等角速度旋轉的，便可以計算出每一刻壓力數據所對應的活塞位移數據，進而能計算出對應的氣缸內的體積數據。

但是通過上述操作描述可以得知，現有技術在實際的應用過程中缺點十分顯著。首先，由于現有技術在信號采集前需要拆卸壓縮機的部分零部件、以確定活塞的止點位置，因此如果所需要監測的壓縮機數量較大，那么僅這部分工作會造成巨大的人力物力消耗。其次，確定好活塞的止點位置后，在進行飛輪相應位置的標記時可能存在誤差，影響最終結果的準確性。最后，由于現有技術的示功圖繪制和監測需要借助兩個傳感器來完成，技術實現成本較高；而且，兩個傳感器在配合工作時耦合性要求較高，在壓縮機長時間的運行狀態下，任一傳感器都可能會出現意料之外的問題，影響整個技術方案的實現。