一种基于活塞杆振动动态能量指数的故障报警方法

摘要

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。本发明建立了活塞杆轴心位移轨迹方程，利用常规的活塞杆位移监测信号，计算获得活塞杆轴心位移轨迹，提取活塞杆轴心振动能量指数与轨迹面积；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，基于活塞杆轴心振动能量指数的诊断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。

主权项

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＝R²x_i²+(R+RY_i‑y_i)²＝R²联立上述方程，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，水平方向能量参数：E_px，竖直方向能量参数：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)$vo\left(i\right)=\frac{\sqrt{{(x_i-x_{i-1})}^2+{(y_i-y_{i-1})}^2}}{t_i-t_{i-1}}$2)求解整周期轴心振动速度平均能量：$E_{po}=\frac{\underset{i=2}{\overset{n}{\Sigma }}vo{\left(i\right)}^2}{n-1}$E_px的计算方法如下：1)计算t_i时刻活塞杆轴心在水平方向上的振动速度：vx(i)$vx\left(i\right)=\frac{\sqrt{{(x_i-x_{i-1})}^2}}{t_i-t_{i-1}}$2)计算水平方向上轴心振动速度平均能量：$E_{px}=\frac{\underset{i=2}{\overset{n}{\Sigma }}vx{\left(i\right)}^2}{n-1}$E_py的计算方法如下：1)计算t_i时刻活塞杆轴心在竖直方向上的振动速度：vy(i)$vy\left(i\right)=\frac{\sqrt{{(y_i-y_{i-1})}^2}}{t_i-t_{i-1}}$2)计算竖直方向上轴心振动速度平均能量：$E_{py}=\frac{\underset{i=2}{\overset{n}{\Sigma }}vy{\left(i\right)}^2}{n-1}$(5)当只有RX或RY其中一类数据，则直接计算X方向能量参数：E'_px，或Y方向能量参数：E'_py，E'_px的计算方法如下：1)计算t_i时刻活塞杆轴心在水平方向上的振动速度：vRx(i)$vRx\left(i\right)=\frac{\sqrt{{({\mathrm{RX}}_i-{\mathrm{RX}}_{i-1})}^2}}{t_i-t_{i-1}}$2)计算水平方向上轴心振动速度平均能量：$E_{px}^{\prime }=\frac{\underset{i=2}{\overset{n}{\Sigma }}vRx{\left(i\right)}^2}{n-1}$E'_py的计算方法如下：1)计算t_i时刻活塞杆轴心在竖直方向上的振动速度：vRy(i)$vRy\left(i\right)=\frac{\sqrt{{({\mathrm{RY}}_i-{\mathrm{RY}}_{i-1})}^2}}{t_i-t_{i-1}}$2)计算竖直方向上轴心振动速度平均能量：$E_{py}^{\prime }=\frac{\underset{i=2}{\overset{n}{\Sigma }}vRy{\left(i\right)}^2}{n-1}$(6)基于步骤(4)和步骤(5)中的能量参数，结合往复压缩机进气压力p_suc、排气压力p_dis、活塞杆长度L_pis、往复运动部件总质量M_recip、压缩机转速ω，提取活塞杆不同振动动态能量指数，$K_m=\frac{E_m\times M_{recip}}{(p_{dis}-p_{suc})\times L_{pis}\times \omega }$K_m：代表活塞杆振动动态能量指数，m＝1，2，3，4或5；E_m：代表不同能量参数，E₁＝E_po，E₂＝E_px，E₃＝E_py，E₄＝E'_px，E₅＝E'_py，p_dis：代表进气压力值，单位MPa；p_suc：代表排气压力值，单位MPa；L_pis：代表活塞杆长度值，单位m；M_recip：代表往复运动部件总质量，单位kg；(7)基于步骤(6)提取的活塞杆振动动态能量指数K_m，进行报警判断，设定报警限值为250，危险限值为1000，当K_m超过250时，m＝1，2，3，4或5，认为出现故障，进行故障报警，当K_m超过1000时，则有必要立即停机。