天然气输送离心式压缩机组故障诊断方法研究

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为使管道长距离输送天然气能连续进行.必须经增压站的输气动力设备对天然气增压，以克服其在管道流动中的摩擦阻力。离心式压缩机组以其结构紧凑、重量轻、体积孝稳定工况范围宽等优点广泛用于天然气管道输送过程的增压。压缩机组大多是从国外进口，价格昂贵，由于输气工况变化较大，生产要求压缩机在重负荷下连续运转、性能安全可靠。天然气压缩机组发生故障的主要原因是由于零件表面的疲劳破坏，另外天然气中有毒气体引起的零件的表面腐蚀也加速了压缩机主要部件的表面损伤。为提高压缩机组的使用效率和运转可靠性，科学使用和管理设备，提高经济效益和社会效益，对输气压缩机组进行故障诊断具有重要意义。

1离心式压缩机常见故障、原因及特征离心式压缩机主要由机壳、叶轮、涡壳、轴承、轴、回流器、扩压器、密封装置以及平衡盘等部分组成。离心式压缩机属于旋转机械，因此大多数故障都和转子有关。

1.1常见故障及原因分析 离心式压缩机组常见的故障有：轴承温度升高、转子振动大、转子轴位移大、噪声大、出口流量降低、喘振、旋转失速等。

①轴承温度升高。主要由润滑油供给不足或中断、润滑油含水、轴承与轴颈间隙孝进油温度高引起。

( 油压急剧下降。原因在于主油泵故障、油管破裂、过滤器堵塞、油泵吸入管漏气、油箱油位过低等。

③喘振及旋转失速。发生喘振的原因是工艺操作参数波动较大，负荷降低时导致气量减小：吸入管路堵塞，入口压力下降；吸入温度升高，使相同转速下喘振压升比下降；出口压力升高，超过相同转速下的喘振压升比；开车、停车发生喘振。

旋转失速是机组在变工况工作情况下，调速系统不能及时作出正确的反应，造成机组的转速太高或太低而联锁作者简介：李娟(1970-)，女，吉林德惠人，硕士研究生，副教授，主要从事专业课教学、实训基地建设、教材编写、教科研研究、精品资源共享课建设等工作。

跳车。故障原因是配气阀联动装置松动或卡涩现象、调速器迟缓率过大、调速器油位高。

④振动。振动是离心式压缩机组的主要问题，引起振动的原因较多。

1)转子不平衡。转子不平衡的主要原因有转子初始动平衡精度低、叶轮流道不均匀结垢、部件松动、转子弯曲等。

3)临界转速下共振。原因是转子系统处在临界转速下产生共振。

5)结构共振♂构共振-方面是由于机器本身各部件之间的振动频率合拍引起的，另-方面是由于外界振动频率敲与机器的涡动频率相同而造成的，或是由于外来激振力作用所产生的频率正好与机器本身某部件的振动频率相同。

6)其它较复杂的故障。转子与固定元件或密封片之间的摩擦引起的振动、轴弯曲变形或出现裂纹时的振动、当与机器相连接的管路存在不允许的扭矩时引起的振动，轴瓦间隙太大或太小引起的振动：此外还有压缩机叶片的磨损，轴的磨损等，这类故障突发性强 ，诊断方法还 比较少，因为信息不太敏感。

⑤压缩机出口流量降低。由于密封间隙过大、吸入管路过滤器堵塞、原动机转速下降引起的故障。

⑥耗油量大。由于润滑系统工作不良，阜磨损，收集器排油阀失灵等原因引起。

1.2故障特征 离心式压缩机组常见的故障主要有以下特征：①转子不平衡引起共振。主要特征：随着转速越高，振幅增长得越快；转速降低时，振幅趋近于零。

②临界转速引起共振。主要特征：振动和相位角在临界转速区域有较明显的变化；当转速在临界转速时振幅值达到最大，偏离临界转速时振幅下降。

Value Engineering ·47·卡尔曼预测滤波在脱靶量时滞问题中的应用研究Research for the Application of Kalman Filtering in Miss Distance Time-delay潘玲 PAN Ling(重庆工业职业技术学院 自动化学院，重庆 400012)(Chongqing Industry Polytechnic Colege School of Automation，Chongqing 400012，China)摘要：针对光电跟踪系统中的脱靶量时滞问题，对脱靶量时滞对系统控制性能的影响进行了分析。在机动目标运动模型的基础上提出了可行的预测滤波解决方案，设计了对应的卡尔曼滤波器 仿真结果表明对脱靶量的预测取得了良好的效果。

Abstract：To miss distance time-delay problem in electro-optical tracking system，the impact set on the performance of system controlby miss distance time-delay problem was analyzed.On the basis of the mobile target model，a feasible prediction filtering solution wasproposed.Design a corresponding Kalman filter.The simulation results show that the prediction of the miss distance has achieved goodresults。

关键词：光电跟踪系统；脱靶量；卡尔曼滤波；预测误差Key words：electro-optical tracking system；miss distance；kalman filter；forecast error中图分类号：V556.8 文献标识码：A 文章编号：1006-4311(2013)20-0047-02O 引言航空、航天及军事工程的发展对光电系统的跟踪精度提出了越来越高的要求。为提高精度 ，从控制的角度提高响应速度，减小动态滞后误差是首要的。对伺服系统而言 ，其所获得的脱靶量(方位和俯仰角偏差)是经过光电转换、信号处理、数据采集存储、图像识别算法计算和传输等环节后的结果，必然滞后于 目标成像时间。在跟踪快速运动目标时，滞后量的存在必然影响控制系统的稳定性和跟踪精度。因此需要对机动 目标当前状态进行实时滤波和对未来时刻作预测估计，从而引导伺服跟踪系统连续、稳定地跟踪 目标。

1脱靶量时滞对跟踪系统的性能影响作者简介：潘玲(1982-)，女，江苏姜堰人，重庆工业职业技术学院讲师，研究方向为自动化。

系统补偿后的开环传递函数通常为典型的 II型系统，典型 I型系统表示为G(s)设系统采样频率为，开环截止频率为 fc，时滞环节产生的相位裕度损失为 △p，则系统的相位裕度为q'trarg[G(j1) )]arctanT11) -arctanT2toc-Aq其中 2订吐2盯· ls 上所以下 从上可知，跟踪系统中的时滞会降低相位裕度 ，从而导致系统的超调量增加 ，甚至使系统产生振荡 ，最终丧失跟踪能力。时滞越大，系统的开环截止频率越小，导致系统④油膜振荡。振幅很快增加。

⑤喘振。压缩机噪声和振动都十分强烈，压比、流量波动大，频率-般为低频。

2针对输气动力设备故障诊断的数据挖掘技术上述研究方法大多是对常规故障进行诊断。对作为输气动力设备的离心式压缩机而言，其突发性事故频繁 ，必然是有不易洞察的隐含故障，比如叶轮及轴的磨损类故障，故障信息不敏感，很难用常规方法进行诊断。因此对深层次的隐含故障进行诊断研究是亟需解决的问题。 目前，对隐含故障诊断的研究不多，在国内的相关研究中，分别采用神经网络法、分形法等对隐含故障进行了映射或模式分类，但没有对输气动力设备诊断的研究〖虑输气动力设备的复杂性，必须深入 挖掘”其隐含故障关系，才能把握故障的特征并做出诊断、预报。

数据挖掘技术就是从大量、不完全、模糊、随机、有噪声的数据中，综合运用数理统计、计算智能、人工智能、模式识别等先进的技术手段，提取出潜在的、有用的信息和知识。对于较复杂难以用-般方法诊断的隐含故障采用数据挖掘技术进行诊断，提前做出预报以避免突发性故障的发生，可以有效保证输气工作的正厨行。

目前 ，常用 的数据挖掘技术 方法包括 ：粗集理 论(RS)、人工神经网络(ANN)、遗传算法(GA)、统计分析方法等。使用时可以将这些数据挖掘技术相结合，取长补短，以达到更好的效果。在故障诊断中运用数据挖掘集成技术建立故障诊断的模型，对于复杂、隐含的故障，常通过逐步缩小不确定数据的范围来挖掘其隐含的、复杂的关系。