2020年往复机械状态监测与健康管理技术研究进展

1.活塞式发动机在线监测诊断系统

针对活塞式发动机故障机理、诊断方法方面开展深入研究，解决了信号处理与分析诊断方面的“卡脖子”难题研发出融合振动、缸内压力、瞬时转速、键相及热工参数的发动机在线监测诊断系统，实现了流程工业活塞式发动机状态监测与故障诊断技术跨越式发展。活塞式发动机在线监测诊断系统实际应用对象包括天然气输送行业燃气发动机，油气田开采行业燃气发动机、重油机，核电行业应急发电柴油机，以及发动机制造企业试车台等，该成果对推动我国流程工业企业往复机械视情维修技术发展具有重要作用，已在国内推广应用数百台，有效避免了往复设备重大安全事故发生，经济效益与社会效益显著。目前实际应用机组数量18台，产生直接经济效益超过1500万元。

图1 活塞式发动机各类测点布局及监测参数的获取

2.变负荷工况下往复式压缩机工作机理与气量调节方法研究

开展变负荷工况下往复式压缩机工作机理与气量调节方法研究，掌握变负荷工况下往复式压缩机热力学行为、动力学行为，提出基于气阀通流面积优化的调节方法，进一步开展气量调节系统关键技术研究，包括调节系统执行结构设计、调节系统多参数关联优化设计计算、调节系统故障自愈调控方法研究等；建立无级气量调节多系统耦合控制模型，掌握执行机构动态响应与控制系统调控参数对气量调节结果影响的规律，并在压缩机变负荷工作模型基础上建立单气缸多气阀辐射型气量分配模型；提出了基于神经网络的气量调节实时评估与负荷反馈控制方法，完成典型故障识别、调控参数补偿与气量调控重构，实现了局部执行机构故障隔离与系统在线自愈，大幅度提高了系统的鲁棒性，为压缩机可靠、稳定运行奠定了基础。

基于研究成果，自主研发一套液压与电控执行机构分体式设计的往复式压缩机无级气量调节系统，解决了现有无级气量调节系统电液集成执行机构成本高、结构复杂、体积庞大、现场安装维护不便的问题。

图2 往复式压缩机工作机理与气量调节过程位移信号

3.往复压缩机智能监控一体化系统

往复压缩机智能监控一体化系统包括气量调节子系统与智能监测诊断子系统。一体化系统可根据用户需要进行整体安装应用，也可进行模块化拆分满足用户不同应用需求。往复压缩机智能监控一体化系统集成了往复压缩机在线监测、故障预警、故障自动诊断、无级气量调节功能，可实现对撞缸、活塞杆断裂、气阀泄漏等典型故障自动预警诊断；气量调节范围0-100%，压力控制精度不超过1%，满足全自动、人工手动控制需求。

图3 往复压缩机智能监控一体化系统总体设计框图