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        化工制冷壓縮機(jī)異常振動(dòng)的非線性補(bǔ)償方法研究

        2022-09-02 09:24:36
        化工機(jī)械 2022年4期
        關(guān)鍵詞:壓縮機(jī)化工補(bǔ)償

        華 雷

        (浙江省天正設(shè)計(jì)工程有限公司)

        隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng),化工行業(yè)得到了飛速發(fā)展。 化工制冷壓縮機(jī)作為化工行業(yè)核心應(yīng)用產(chǎn)品之一,其工作性能至關(guān)重要,因此,化工制冷壓縮機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行一直是行業(yè)研究的重點(diǎn)[1]。目前,化工行業(yè)內(nèi)的制冷壓縮機(jī)故障檢測(cè)方法正在逐步發(fā)生變化,由傳統(tǒng)的定期維修轉(zhuǎn)向預(yù)知性維修,要想實(shí)現(xiàn)對(duì)化工制冷壓縮機(jī)的預(yù)知性維修,最重要的就是掌握其實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài),只有對(duì)機(jī)組進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè),提前預(yù)知制冷壓縮機(jī)的運(yùn)行趨勢(shì),準(zhǔn)確判斷出維修時(shí)機(jī),及時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行維修才能避免事故的發(fā)生[2]。 如果現(xiàn)場(chǎng)的制冷壓縮機(jī)發(fā)生異常振動(dòng), 說(shuō)明壓縮機(jī)存在故障隱患,但這是一個(gè)緩慢的發(fā)展過(guò)程,足以通過(guò)研究確定其異常振動(dòng)的發(fā)展規(guī)律,進(jìn)而確定維修機(jī)器的準(zhǔn)確時(shí)機(jī)[3]。相對(duì)于突發(fā)類的故障來(lái)說(shuō),如果可以通過(guò)異常振動(dòng)的補(bǔ)償,提前檢測(cè)到異常狀態(tài)并及時(shí)發(fā)出預(yù)警,進(jìn)而開(kāi)啟聯(lián)鎖保護(hù),可避免重大事故的發(fā)生。

        付楚琪等提出一種振動(dòng)環(huán)境下化工制冷壓縮機(jī)異常振動(dòng)補(bǔ)償方法,利用動(dòng)態(tài)誤差構(gòu)建制冷壓縮機(jī)異常模型,根據(jù)對(duì)制冷壓縮機(jī)異常模型的誤差因素進(jìn)行分析,在制冷壓縮機(jī)上加上振動(dòng)輸入動(dòng)態(tài)誤差值,減少異常振動(dòng)的誤差,提高制冷壓縮機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性。 通過(guò)多組實(shí)例進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并采集數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,結(jié)合實(shí)例驗(yàn)證結(jié)果證明該補(bǔ)償方法的可行性[4]。 李雅婷等及時(shí)檢測(cè)出制冷壓縮機(jī)的異常工作狀態(tài),提出一種制冷壓縮機(jī)異常振動(dòng)補(bǔ)償方法,首先利用混頻技術(shù)采集制冷壓縮機(jī)正常運(yùn)行過(guò)程中的振動(dòng)信號(hào)和反向掃描新頻率信號(hào),并計(jì)算出兩種振動(dòng)信號(hào)的閾值,分別采集振動(dòng)信號(hào)為10、20 Hz的異常振動(dòng)信號(hào), 通過(guò)對(duì)其進(jìn)行反向掃描(掃描帶寬設(shè)置為20 nm,兩種振動(dòng)信號(hào)待測(cè)距離為6 m),計(jì)算出制冷壓縮機(jī)工作狀態(tài)下的周期性位移,再根據(jù)混頻技術(shù)消除制冷壓縮機(jī)異常振動(dòng)狀態(tài)下的測(cè)距影響,將誤差降至補(bǔ)償前的1.052 mm[5]。 該方法可以直接檢測(cè)出制冷壓縮機(jī)的異常振動(dòng)信號(hào)并進(jìn)行補(bǔ)償,有效降低事故的發(fā)生率。 但是,當(dāng)前方法針對(duì)振動(dòng)的非線性干擾,沒(méi)有進(jìn)一步研究,只是簡(jiǎn)單地把非線性轉(zhuǎn)化成線性的, 隨著化工現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜程度的增加,這種針對(duì)振動(dòng)的非線性干擾越來(lái)越明顯。

        基于以上研究背景,筆者針對(duì)化工制冷壓縮機(jī)異常振動(dòng)情況, 設(shè)計(jì)一種非線性補(bǔ)償方法,以保證化工制冷壓縮機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

        1 化工制冷壓縮機(jī)異常振動(dòng)非線性補(bǔ)償方法設(shè)計(jì)

        1.1 制冷壓縮機(jī)異常振動(dòng)的規(guī)律非線性特征分解

        化工制冷壓縮機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中, 受加工材料、現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜程度等因素的影響,會(huì)造成壓縮機(jī)的質(zhì)量偏心[6],圖1所示為化工制冷壓縮機(jī)質(zhì)量偏心示意圖。

        圖1 化工制冷壓縮機(jī)質(zhì)量偏心示意圖

        由式(4)可知,由于壓縮機(jī)的異常振動(dòng)導(dǎo)致坐標(biāo)系中的α、β發(fā)生非線性振蕩干擾, 使制冷壓縮機(jī)發(fā)生異常振動(dòng), 以異常振動(dòng)頻率為曲線,形成不平衡的異常振動(dòng)頻率,根據(jù)選取的異常振動(dòng)頻率, 推算出異常振動(dòng)規(guī)律分解后的非線性特征。

        1.2 計(jì)算制冷壓縮機(jī)異常振動(dòng)特征補(bǔ)償偏移值

        化工現(xiàn)場(chǎng)的制冷壓縮機(jī)異常振動(dòng)補(bǔ)償裝置由2組補(bǔ)償梁和激光攝像傳感器組成(圖2)[9]。 2#和3#激光攝影傳感器主要用于記錄制冷壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程中壓縮機(jī)梁體的振動(dòng)規(guī)律特征,以制冷壓縮機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)為基準(zhǔn),計(jì)算動(dòng)態(tài)過(guò)程中化工制冷壓縮機(jī)姿態(tài)變化所產(chǎn)生的水平、垂向偏移和偏移角,方便后期及時(shí)補(bǔ)償異常振動(dòng)誤差[10]。

        圖2 化工制冷壓縮機(jī)異常振動(dòng)補(bǔ)償裝置

        如圖3所示,根據(jù)制冷壓縮機(jī)2組補(bǔ)償梁的中心點(diǎn)構(gòu)建坐標(biāo)系Owxwyw:水平坐標(biāo)軸為Owxw,垂直坐標(biāo)軸為Owyw。

        圖3 坐標(biāo)系簡(jiǎn)圖

        當(dāng)化工制冷壓縮機(jī)發(fā)生異常振動(dòng)時(shí),檢測(cè)到振動(dòng)頻率為θ, 構(gòu)建化工制冷壓縮機(jī)異常振動(dòng)傳感器坐標(biāo)系Ow′xw′yw′。 兩個(gè)補(bǔ)償梁間的距離值為OwO3。 將補(bǔ)償梁與制冷壓縮機(jī)看成一個(gè)整體[11],得到Ow′O3′=OwO3。

        測(cè)量化工制冷壓縮機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)下,補(bǔ)償梁特征點(diǎn)A、B的激光攝影傳感器2#、3#的坐標(biāo)為(x2,y2)和(x3,y3),根據(jù)上述得到的異常振動(dòng)頻率,得到補(bǔ)償梁特征點(diǎn)C的坐標(biāo)為(x1,y1),此時(shí)化工制冷壓縮機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)下的振動(dòng)頻率θ′為:

        化工制冷壓縮機(jī)異常振動(dòng)補(bǔ)償偏移是指:制冷壓縮機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中提取的不平衡的異常振動(dòng)位移[13],而補(bǔ)償環(huán)節(jié)就是對(duì)補(bǔ)償梁上的異常振動(dòng)位移的不平衡及時(shí)做出修正,使整個(gè)制冷壓縮機(jī)運(yùn)行不受異常振動(dòng)的偏移值影響。

        1.3 設(shè)計(jì)化工制冷壓縮機(jī)異常振動(dòng)非線性補(bǔ)償算法

        在進(jìn)行化工制冷壓縮機(jī)異常振動(dòng)補(bǔ)償時(shí),通過(guò)光電探測(cè)器采集異常振動(dòng)信號(hào), 并利用DSP處理器進(jìn)行快速處理,補(bǔ)償化工制冷壓縮機(jī)異常振動(dòng)引起的非線性誤差變化[14]。 當(dāng)光電探測(cè)器進(jìn)行高速率波長(zhǎng)掃描時(shí),波長(zhǎng)隨時(shí)間線性增長(zhǎng),導(dǎo)致相位發(fā)生周期性變化,同時(shí)環(huán)境噪聲對(duì)干涉儀的干擾使得化工制冷壓縮機(jī)相位產(chǎn)生隨機(jī)性的變化[15]。

        因此,在t時(shí)刻所獲得的化工制冷壓縮機(jī)相位可表示為:

        其中,t、t+Δt分別為化工制冷壓縮機(jī)異常振動(dòng)信號(hào)的起始和結(jié)束時(shí)刻。

        筆者根據(jù)以上計(jì)算步驟,設(shè)計(jì)了化工制冷壓縮機(jī)異常振動(dòng)補(bǔ)償算法,實(shí)現(xiàn)了化工制冷壓縮機(jī)異常振動(dòng)的非線性補(bǔ)償。

        2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

        為驗(yàn)證文中非線性補(bǔ)償方法在化工制冷壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速變化和磁鏈變化過(guò)程中的補(bǔ)償效果,分別在轉(zhuǎn)速2 000、4 000 r/min、磁通量0.85、0.40 Wb的條件下,利用6sigma room進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。 化工制冷壓縮機(jī)的仿真參數(shù)設(shè)置情況如下:

        在上述仿真參數(shù)的支撐下,采集了化工制冷壓縮機(jī)在補(bǔ)償之前的異常振動(dòng)信號(hào)(圖4)。

        圖4 化工制冷壓縮機(jī)異常振動(dòng)信號(hào)在補(bǔ)償之前的波形圖

        由圖4所示波形圖可以看出, 當(dāng)化工制冷壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速由2 000 r/min變化為4 000 r/min時(shí),異常振動(dòng)信號(hào)的幅值由0.70上升到1.20, 說(shuō)明在非線性補(bǔ)償之前, 化工制冷壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速越大,化工制冷壓縮機(jī)異常振動(dòng)越明顯;當(dāng)化工制冷壓縮機(jī)磁通量由0.85 Wb變化為0.40 Wb時(shí),化工制冷壓縮機(jī)異常振動(dòng)信號(hào)的幅值由0.95 下降到了0.60,說(shuō)明在非線性補(bǔ)償之前,化工制冷壓縮機(jī)的磁通量越小,化工制冷壓縮機(jī)異常振動(dòng)越明顯。

        采用筆者設(shè)計(jì)的非線性補(bǔ)償方法對(duì)化工制冷壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速變化和磁鏈變化中的異常振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償,得到了化工制冷壓縮機(jī)異常振動(dòng)信號(hào)在補(bǔ)償之后的波形圖(圖5)。

        從圖5可以看出, 采用筆者設(shè)計(jì)的非線性補(bǔ)償方法對(duì)化工制冷壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速變化的異常振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償之后, 無(wú)論是在2 000 r/min轉(zhuǎn)速下還是4 000 r/min轉(zhuǎn)速下, 化工制冷壓縮機(jī)異常振動(dòng)信號(hào)的振動(dòng)幅值都可以控制在0.10以內(nèi), 說(shuō)明該非線性補(bǔ)償方法不會(huì)受到化工制冷壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的影響,對(duì)化工制冷壓縮機(jī)異常振動(dòng)信號(hào)具有更好的補(bǔ)償效果,可以很好地控制化工制冷壓縮機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行;對(duì)化工制冷壓縮機(jī)磁鏈變化的異常振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償之后, 無(wú)論是在0.85 Wb磁通量下還是0.40 Wb磁通量下, 化工制冷壓縮機(jī)異常振動(dòng)信號(hào)的振動(dòng)幅值都可以控制在0.15以內(nèi),雖然比轉(zhuǎn)速對(duì)化工制冷壓縮機(jī)振動(dòng)的影響大,但是仍然具有很好的補(bǔ)償效果,保證了化工制冷壓縮機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。

        圖5 化工制冷壓縮機(jī)異常振動(dòng)信號(hào)在補(bǔ)償之后的波形圖

        3 結(jié)束語(yǔ)

        筆者提出了新型化工制冷壓縮機(jī)異常振動(dòng)的非線性補(bǔ)償方法研究,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該補(bǔ)償方法的可行性,實(shí)現(xiàn)了化工制冷壓縮機(jī)異常振動(dòng)的非線性補(bǔ)償。 但是在高溫的工作環(huán)境下可能會(huì)增加化工制冷壓縮機(jī)運(yùn)行負(fù)載, 出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng),在轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)加大的情況下還是會(huì)降低制冷壓縮機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性,因此,該研究仍然存在一定缺陷。 在今后的研究中,還需要考慮到工作環(huán)境,以排除環(huán)境因素對(duì)化工制冷壓縮機(jī)振動(dòng)補(bǔ)償效果的影響。

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