往復(fù)壓縮機(jī)在進(jìn)、排氣閥吸氣、排氣，活塞、連桿、十字頭往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生撞擊和噪聲，并且各缸之間的撞擊和噪聲相互干擾，如果采用常規(guī)頻譜分析的手段，頻譜圖上將呈現(xiàn)連續(xù)而密集的寬帶譜線，故障特征信號(hào)被背景噪聲所湮沒(méi)，難以提取和識(shí)別，而且振動(dòng)對(duì)氣體泄漏也不敏感。

       沖擊、漏氣和摩擦是往復(fù)機(jī)械最主要的信號(hào)類型，其在時(shí)域的特征如圖1所示。我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)使用的往復(fù)壓縮機(jī)是由多個(gè)氣缸組成，各缸的進(jìn)排氣閥的開(kāi)啟、關(guān)閉沖擊信號(hào)混雜在一起。往復(fù)壓縮機(jī)診斷技術(shù)強(qiáng)調(diào)各項(xiàng)參數(shù)處理成為相對(duì)曲軸轉(zhuǎn)角的定位信號(hào)進(jìn)行分析，閥門(mén)開(kāi)啟關(guān)閉、十字頭運(yùn)動(dòng)等事件與曲軸相位對(duì)應(yīng)起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)故障分析和預(yù)知。相位信號(hào)通過(guò)下述手段采集，在飛輪罩殼上固定安裝磁電式速度傳感器，盤(pán)車(chē)使1缸處于上止點(diǎn)位置，在飛輪上鉆孔使其與磁電傳感器精確對(duì)齊，各缸之間的角度差是固定的，這樣在逐缸測(cè)試各種類型的信號(hào)時(shí)，便有了一個(gè)相位參考基準(zhǔn)，就可以各類信號(hào)在一個(gè)做功周期內(nèi)與相應(yīng)的事件準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)起來(lái)，同時(shí)同類缸的同類信號(hào)也可以放在一起進(jìn)行類比判斷，哪個(gè)缸存在異常便易顯現(xiàn)出來(lái)。為進(jìn)一步消除各缸信號(hào)串?dāng)_，對(duì)振動(dòng)和超聲波信號(hào)進(jìn)行分頻段處理，超聲波信號(hào)取36kHz~44 kHz和15 .5 kHz~40 kHz；振動(dòng)高頻信號(hào)取5 .6kHz ~40 kHz；振動(dòng)中頻取180 Hz~8 kHz；振動(dòng)低頻取1Hz~8 kHz。高頻信號(hào)頻率高、波長(zhǎng)短、方向性好、衰減大，因此抗干擾性強(qiáng)；中、低頻信號(hào)與之相反，但能反映振動(dòng)能量的大小。幾種類型的信號(hào)采用不同的頻段組合，既可隔離干擾又能反映振動(dòng)的能量大小，各種信號(hào)相互印證，結(jié)合性能分析，便能對(duì)往復(fù)壓縮機(jī)故障進(jìn)行全面地分析與診斷。

1、往復(fù)壓縮機(jī)的常見(jiàn)故障機(jī)理、典型特征

      往復(fù)壓縮機(jī)主要由曲軸、連桿、十字頭、活塞桿、活塞、氣閥、缸體、機(jī)座等組成，通過(guò)吸氣、壓縮、排氣、膨脹實(shí)現(xiàn)氣體的增壓。活塞壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障較多，常見(jiàn)故障有氣閥漏氣、活塞環(huán)磨損、連桿大頭瓦磨損等故障。

1.1氣閥的故障機(jī)理和特征分析

      壓縮機(jī)氣閥為自動(dòng)閥，由閥座、閥片、彈簧和升程限制器組成。它借助于氣缸和閥腔之間的氣體壓力差而開(kāi)啟，并由于受到進(jìn)、排氣過(guò)程中流經(jīng)氣閥的氣流推力作用而上升;當(dāng)推力大于彈簧的反作用力時(shí)，閥片停留在升程限制器上;反之，當(dāng)氣流推力小于彈簧力時(shí)，閥片便向下關(guān)閉。氣閥是活塞壓縮機(jī)中最為關(guān)鍵的一個(gè)組件，也是易于損壞且故障率最高的部件，占總故障的60%以上。它的工作狀況直接影響到壓縮機(jī)的排氣量、功率消耗等性能，也影響到運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性。

（1）壓力-轉(zhuǎn)角曲線

根據(jù)進(jìn)排氣壓力、溫度、氣體組分、余隙等參數(shù)計(jì)算理論壓力-轉(zhuǎn)角曲線；

缸頭端的缸內(nèi)壓力-轉(zhuǎn)角曲線與理論曲線比較；

曲軸端的缸內(nèi)壓力-轉(zhuǎn)角曲線與理論曲線比較。

（2）Logp-LogV曲線

      由氣體的過(guò)程方程pVⁿ=常數(shù)

      兩邊取對(duì)數(shù)可得Logp+ nLogV=常數(shù)，這是一個(gè)斜率為n，變量為Logp和LogV的線性方程。n是壓縮和膨脹的過(guò)程指數(shù)，它的值由氣體的組分、壓力、溫度所決定。ne表示膨脹的過(guò)程指數(shù)，nc表示壓縮的過(guò)程指數(shù)，n是ne與nc的比值。正常情況下，n值應(yīng)該等于1。在膨脹過(guò)程中，氣體通過(guò)排氣閥漏入氣缸內(nèi)，并與氣缸余隙中殘留的氣體一起膨脹，造成氣缸內(nèi)壓力比正常時(shí)要高，這就使活塞需要更遠(yuǎn)的行程才能使缸內(nèi)壓力低于吸氣閥的開(kāi)啟壓力，導(dǎo)致斜率ne變??；而壓縮過(guò)程中，氣體繼續(xù)通過(guò)排氣閥漏入氣缸內(nèi)，使氣缸內(nèi)壓力上升較快，排氣閥能較早打開(kāi)，導(dǎo)致斜率nc值變大。

（3）氣閥的超聲波波形

      氣閥在整個(gè)膨脹、吸氣、壓縮、排氣過(guò)程中，基線變寬，在整個(gè)作功過(guò)程中都存在氣體噪聲，表明這個(gè)氣閥漏氣，而另一排氣閥和兩個(gè)吸氣閥也受干擾，波形基線有所變寬。

（4）氣閥的溫度   

1.2連桿大頭瓦磨損的故障機(jī)理和特征

      對(duì)于雙作用壓縮機(jī)，活塞桿受力由作用在活塞兩側(cè)的氣體壓力差，活塞、活塞桿、十字頭、連桿產(chǎn)生的往復(fù)慣性力，活塞環(huán)與氣缸、十字頭與滑軌產(chǎn)生的摩擦力組成。由于氣體壓力、往復(fù)運(yùn)動(dòng)組件的加速度是瞬時(shí)變化的，活塞桿的受力也隨之變化。

   測(cè)量活塞兩側(cè)的壓力曲線，計(jì)算往復(fù)運(yùn)動(dòng)組件的往復(fù)慣性力，可求出活塞桿的受力曲線和活塞桿受力反向的角度。當(dāng)十字頭銷與襯套、曲軸銷與連桿大頭瓦間隙過(guò)大時(shí)，在活塞桿受力反向時(shí)就會(huì)產(chǎn)生沖擊，間隙大則沖擊的幅值也大。

      通過(guò)在壓縮機(jī)中體下方測(cè)量十字頭的低頻振動(dòng)曲線，再與活塞桿受力曲線比較，即可判斷連桿大、小頭間隙是否正常。

      活塞桿受力和中體低頻振動(dòng)曲線，在活塞桿受力反向時(shí)出現(xiàn)幅值異常的沖擊幅值。檢查發(fā)現(xiàn)連桿大頭瓦巴氏合金層已磨穿。

 1.3活塞環(huán)燒蝕

      若活塞環(huán)磨損，則活塞兩側(cè)壓力的合力反向時(shí)，在中體下方所測(cè)低頻振動(dòng)信號(hào)將出現(xiàn)顯著的振幅，振幅尖峰出現(xiàn)的位置對(duì)應(yīng)活塞兩側(cè)壓力的合力曲線過(guò)零線的位置。

1.4氣閥松動(dòng)

      在壓縮機(jī)每個(gè)氣閥上采集超聲波信號(hào)和高頻振動(dòng)信號(hào)，超聲波信號(hào)對(duì)氣閥的漏氣很敏感，而振動(dòng)信號(hào)能有效判斷氣閥出現(xiàn)的沖擊。

  吸氣閥在20度~40度曲軸轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)出現(xiàn)了較大的沖擊尖峰，該位置并非氣閥開(kāi)啟位置，也不是其它氣閥串?dāng)_所致。當(dāng)曲軸側(cè)缸內(nèi)壓力開(kāi)始上升約20度后出現(xiàn)的沖擊，表明氣閥可能存在松動(dòng)。開(kāi)始?jí)嚎s時(shí)，氣體壓力較低，不足以托起氣閥，故起始位置無(wú)沖擊，當(dāng)壓力升至能托起氣閥時(shí)，氣閥沖向閥罩產(chǎn)生沖擊信號(hào)。檢查發(fā)現(xiàn)，氣閥密封墊圈脫落，氣閥便在閥室內(nèi)反復(fù)撞擊。