一种液驱式活塞压缩机气阀故障自适应诊断方法

技术领域

本发明涉及压缩机气阀故障诊断技术领域。更具体地说，本发明涉及一种液驱式活塞压缩机气阀故障自适应诊断方法。

背景技术

液驱式往复式压缩机在加氢站中应用广泛，是关键的动设备，其可靠性直接关系到站场安全、稳定运行。气阀是液驱压缩机的关键零部件，其运行状况受到制造、安装、介质、运行工况等情况影响，容易产生故障。及早、准确地诊断气阀故障，对于设备维修、减少非计划停机具有重要意义。现有一般采用机器智能诊断算法(神经网络、自持向量机、模糊聚类等)、PV图。主要存在的问题如下：

1、液驱式活塞压缩机的PV图精确绘制非常困难，依靠PV图诊断准确率不高。机械往复式活塞压缩机可根据曲轴转角推算出活塞位移，进而根据压缩机气缸内部压力，可绘制出PV图。PV图可以用于气缸活塞填料、气阀等故障诊断。但是，与机械往复式活塞压缩机不同，液驱式活塞压缩机的活塞运动没有与之对应的位移关系，无法绘制出准确的PV图，因此难以依靠PV图对气阀进行故障诊断。

2、液驱式活塞压缩机工况范围大，基于分类识别的机器诊断算法适用性差。与机械往复式活塞压缩机相比，液驱式活塞压缩机具有更宽工况的特性，其输出压力非常宽泛，比如液驱45MPa排压压缩机，理论上其输出压力可以在0-45MPa之间的任意值；液驱90MPa排压压缩机，理论上其输出压力可以在0-90MPa之间的任意值。因此，液驱压缩机运行工况更加广泛，比机械往复式活塞压缩机工况种类多很多。单纯地利用机器算法进行识别，在训练工况范围内有较高的识别度，在非训练工况的识别范围内误报很高。

3、故障样本少，难以开展目标训练。利用机器算法识别时，需要的样本数量较多，一般设备故障的概率较小，在现场实际中难以遇到大量样本，无法满足训练样本要求。通常该类方法更多的是用于实验室或者仿真环境下。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种液驱式活塞压缩机气阀故障自适应诊断方法，结合气阀结构组成及所处工艺流程位置特点，系统性地分析故障机理、现象建立基于逻辑推理的诊断方法，为一种及时、准确诊断液驱式压缩机气阀故障诊断的方法。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种液驱式活塞压缩机气阀故障自适应诊断方法，包括如下步骤：

步骤一、通过分析进气阀和排气阀结构及工艺流程，分析造成进气阀和排气阀故障的影响因素和故障影响后果，总结出进气阀和排气阀对应的各参数的特征规律，在此基础上建立进气阀和排气阀故障的逻辑推理机制；

步骤二、根据逻辑推理机制判断实时监测参数特征匹配程度；

步骤三、最终通过特征匹配判断进气阀和排气阀的故障情况。

优选的是，实时监测参数包括进气压力、进气温度、排气压力、排气温度、流量、进气阀温度和排气阀温度。

优选的是，进气阀和排气阀故障诊断结果包括正常、进气阀内漏、进气阀外漏、排气阀内漏、排气阀外漏和其他。

优选的是，所述步骤一中，分析的前提条件为：假设压缩机进气、排气压力工况稳定。

优选的是，所述步骤一中，进气阀和排气阀故障的影响因素包括上阀体与下阀体之间的中O型圈损坏、阀体上方的上O型圈损坏、阀体下方的下O型圈损坏、弹簧损坏、弹簧刚度变弱、阀芯损坏，分析上述影响因素对应产生的各参数变化情况，从而总结出进气阀和排气阀对应的各参数的特征规律。

优选的是，所述步骤三中，判断故障情况的具体过程为：

进气压力、进气温度、排气压力、排气温度、流量、进气阀温度、排气阀温度均监测为正常时，诊断结果为气阀正常；

进气压力、进气温度及进气阀温度监测为升高时，排气压力、排气温度、流量、排气阀温度均监测为正常时，诊断结果为进气阀内漏；

进气压力及流量监测为降低时，排气温度监测为升高时，进气温度、排气压力、进气阀温度、排气阀温度均监测为正常时，诊断结果为进气阀外漏；

排气压力监测为降低时，排气温度及排气阀温度监测为升高时，进气压力、进气温度、流量、进气阀温度均监测为正常时，诊断结果为排气阀内漏；

排气阀温度监测为升高时，流量监测为降低时，进气压力、进气温度、排气压力、排气温度、进气阀温度均监测为正常时，诊断结果为排气阀外漏。

优选的是，通过气阀在对应位置原有存在的温度传感器、流量计、压力传感器对各参数进行实时监测，通过液驱式活塞压缩机PLC进行监测。

本发明至少包括以下有益效果：

本发明的诊断方法可应用在加氢站状态监测系统中，对液驱式氢气压缩机的气阀进行故障诊断，确保设备安全可靠。具有如下优点：

1)本发明利用液驱式压缩机PLC控制监测参数，不需要额外添加传感器；

2)本发明诊断故障方法需求故障样本少，甚至无样本也可进行诊断；

3)本发明的诊断方法适应液驱式往复式压缩机宽工况范围；

4)本发明的诊断方法可以及时、快速诊断气阀故障。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的诊断流程图；

图2为本发明的进气阀结构图；

图3为本发明的排气阀结构图；

图4为本发明的逻辑推理判断示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明提供一种液驱式活塞压缩机气阀故障自适应诊断方法，其包括如下步骤：

步骤一、通过分析气阀结构及工艺流程，分析造成气阀故障的影响因素和故障影响后果，总结出阀体对应的各参数的特征规律，在此基础上建立气阀故障的逻辑推理机制；进气阀和排气阀故障的影响因素均包括上阀体1与下阀体2之间的中O型圈3损坏、阀体上方的上O型圈4损坏、阀体下方的下O型圈5损坏、弹簧6损坏、弹簧6刚度变弱、阀芯7损坏。

步骤二、根据逻辑推理机制判断实时监测参数特征匹配程度；

步骤三、最终通过特征匹配判断气阀故障情况。

具体实施方案如下：

诊断模式与压缩机所处工况相关，不同的工况下，其变现特征有差异。此方案中假设压缩机进气、排气压力工况稳定。

1、根据气阀结构分析气阀故障出现影响后果，进气阀和排气阀结构如图2和图3所示。

进气阀分析结果如下：

排气阀分析结果如下：

2、总结参数特征规律在此基础上建立气阀故障的逻辑推理机制。当气阀出现故障时，具体表现为内漏和外漏两个方面。要求：气阀外部安装有温度传感器及压力传感器，并利用流量计(安装在压缩机排气口)进行监测。

3、编制程序实现气阀故障的逻辑推理判断，如图4所示。

其中，Pi，进气压力，MPa；Pd，排气压力，MPa；Ti，进气温度，℃；Td，排气温度，℃；Q，流量，kg/min；Tvi,进气阀温度，℃；Tvd，排气阀温度，℃。

判断故障情况的具体过程为：

进气压力、进气温度、排气压力、排气温度、流量、进气阀温度、排气阀温度均监测为正常时，诊断结果为气阀正常；

进气压力、进气温度及进气阀温度监测为升高时，排气压力、排气温度、流量、排气阀温度均监测为正常时，诊断结果为进气阀内漏；

进气压力及流量监测为降低时，排气温度监测为升高时，进气温度、排气压力、进气阀温度、排气阀温度均监测为正常时，诊断结果为进气阀外漏；

排气压力监测为降低时，排气温度及排气阀温度监测为升高时，进气压力、进气温度、流量、进气阀温度均监测为正常时，诊断结果为排气阀内漏；

排气阀温度监测为升高时，流量监测为降低时，进气压力、进气温度、排气压力、排气温度、进气阀温度均监测为正常时，诊断结果为排气阀外漏；

监测参数超出了上述气阀故障分析的结果范围，诊断结果为其他，再进一步判断故障。

通过液驱式压缩机PLC控制实时监测各阀门对应的参数，从而依据本申请的方法实时获得各阀门的工作或故障情况。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。