CN115681115A - 往复压缩机故障检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种往复压缩机故障检测方法和装置。该往复压缩机故障检测装置包括键相传感器、应力检测组件、排气压力检测组件和控制组件，键相传感器与往复压缩机的旋转部件相连接，应力检测组件与往复压缩机的气缸盖相连接，排气压力检测组件与往复压缩机的气缸排气缓冲罐相连接，控制组件与键相传感器、应力检测组件和排气压力检测组件相连接，该方法包括：根据曲轴相位角确定往复压缩机的气缸运行周期，获取气缸运行周期内的气缸盖最大应力和排气缓冲罐压力，根据两个或多个气缸运行周期的气缸盖最大应力和排气缓冲罐压力确定往复压缩机是否存在液击故障，从而实现了可靠及时的液击故障检测。

Description

往复压缩机故障检测方法和装置

技术领域

本公开涉及压缩机领域，具体地，涉及一种往复压缩机故障检测方法和装置。

背景技术

往复压缩机具有适用范围广、压比高等特点，通常作为核心设备广泛应用于石化、制冷等领域。然而，往复压缩机易损件多、故障源多、故障率较高，导致机组难以长期平稳运行。现场经验发现，活塞杆断裂是往复压缩机各类故障中最为严重的一类，甚至可能导致爆炸等安全事故。研究表明，液击因素是造成活塞杆断裂的最主要原因之一。由此可见，往复压缩机液击问题可能直接造成活塞杆断裂等安全事故。为防止发生类似安全事故，避免往复压缩机液击问题十分重要。当前的实际操作中，液击故障的检测依靠人工根据气缸内噪声进行判断，而人工判断的方法不够可靠，容易出现误检或漏检。

发明内容

为了解决上述问题，本公开提供一种往复压缩机故障检测方法和装置。

第一方面，本公开提供了一种往复压缩机故障检测方法，应用于往复压缩机故障检测装置中的控制组件，所述往复压缩机故障检测装置包括键相传感器、应力检测组件、排气压力检测组件和所述控制组件，所述键相传感器与所述往复压缩机的旋转部件相连接，所述应力检测组件与所述往复压缩机的气缸盖相连接，所述排气压力检测组件与所述往复压缩机的气缸排气缓冲罐相连接，所述控制组件与所述键相传感器、所述应力检测组件和所述排气压力检测组件相连接，所述方法包括：

获取所述键相传感器检测的曲轴相位角，根据所述曲轴相位角确定所述往复压缩机的气缸运行周期；

获取气缸运行周期内的气缸盖最大应力和排气缓冲罐压力，其中，所述排气缓冲罐压力为所述排气压力检测组件检测的气缸排气压力的最大值，所述气缸盖最大应力为根据所述应力检测组件检测的所述气缸盖的应变值获取的气缸盖应力的最大值；

根据两个或多个所述气缸运行周期的所述气缸盖最大应力和所述排气缓冲罐压力确定所述往复压缩机是否存在液击故障。

可选地，在周期性获取每个气缸运行周期的气缸盖最大应力和排气缓冲罐压力之前，所述方法还包括：根据所述曲轴相位角确定所述往复压缩机的气缸运行状态；所述获取气缸运行周期的气缸盖最大应力和排气缓冲罐压力包括：获取气缸运行周期内所述气缸运行状态为排气状态下的气缸盖最大应力和排气缓冲罐压力。

可选地，所述根据两个或多个所述气缸运行周期的所述气缸盖最大应力和所述排气缓冲罐压力确定所述往复压缩机是否存在液击故障包括：根据前一周期的所述排气缓冲罐压力和本周期的所述排气缓冲罐压力的比值，对本周期的所述气缸盖最大应力进行修正，得到本周期的气缸盖最大应力修正值；在本周期的所述气缸盖最大应力修正值与前一周期的所述气缸盖最大应力的第一变化率大于或等于第一预设变化率阈值的情况下，确定所述往复压缩机存在液击故障。

可选地，所述往复压缩机故障检测装置还包括进气压力检测组件，所述进气压力检测组件与所述往复压缩机的气缸进气缓冲罐和控制组件相连接，用于检测气缸进气压力，在根据两个或多个所述气缸运行周期的所述气缸盖最大应力和所述排气缓冲罐压力确定所述往复压缩机是否存在液击故障之前，所述方法还包括：获取气缸运行周期内所述气缸运行状态为吸气状态下的气缸盖吸气应力和气缸进气压力；根据所述气缸盖吸气应力、所述气缸进气压力和所述气缸盖最大应力，获取所述排气状态下的气缸盖侧计算排气最大压力；获取所述气缸盖侧计算排气最大压力与所述排气缓冲罐压力的气缸盖侧排气压力比；

所述根据两个或多个所述气缸运行周期的所述气缸盖最大应力和所述排气缓冲罐压力确定所述往复压缩机是否存在液击故障包括：在本周期的所述气缸盖侧排气压力比与前一周期的所述气缸盖侧排气压力比的第二变化率大于或等于第二预设变化率阈值的情况下，确定所述往复压缩机存在液击故障。

可选地，所述气缸、所述应力检测组件、所述排气压力检测组件和所述进气压力检测组件均为多个，其中：多个应力检测组件与多个气缸的气缸盖一一连接，多个排气压力检测组件与多个气缸的气缸排气缓冲罐一一连接，多个进气压力检测组件与多个气缸的气缸进气缓冲罐一一连接；所述控制组件分别与所述多个应力检测组件、所述多个排气压力检测组件和所述多个进气压力检测组件相连接。

可选地，所述应力检测组件包括多个应变片，多个所述应变片中的任一个应变片设置在所述气缸盖外侧表面的中心位置，其余应变片设置在所述气缸盖外侧表面，且不同的应变片与所述中心位置之间的距离不同。

可选地，根据所述曲轴相位角确定所述往复压缩机的气缸运行状态包括：在所述相位角处于第一预设相位角区间的情况下，确定所述气缸运行状态为吸气状态；在所述相位角处于第二预设相位角区间的情况下，确定所述气缸运行状态为排气状态。

第二方面，本公开提供一种往复压缩机故障检测装置，应用于往复压缩机，所述装置包括键相传感器、应力检测组件、排气压力检测组件和控制组件，所述键相传感器与所述往复压缩机的旋转部件相连接，所述应力检测组件与所述往复压缩机的气缸盖相连接，所述排气压力检测组件与所述往复压缩机的气缸排气缓冲罐相连接，所述控制组件与所述键相传感器、所述应力检测组件和所述排气压力检测组件相连接，其中：

所述键相传感器，用于检测往复压缩机的曲轴相位角；

所述应力检测组件，用于检测所述气缸盖的应变值；

所述排气压力检测组件，用于检测气缸排气压力；

所述控制组件，用于获取所述键相传感器检测的曲轴相位角，根据所述曲轴相位角确定所述往复压缩机的气缸运行周期；获取气缸运行周期内的气缸盖最大应力和排气缓冲罐压力，其中，所述排气缓冲罐压力为所述排气压力检测组件检测的气缸排气压力的最大值，所述气缸盖最大应力为根据所述应力检测组件检测的所述气缸盖的应变值获取的气缸盖应力的最大值；根据两个或多个所述气缸运行周期的所述气缸盖最大应力和所述排气缓冲罐压力确定所述往复压缩机是否存在液击故障。

可选地，所述装置还包括进气压力检测组件，所述进气压力检测组件与所述往复压缩机的气缸进气缓冲罐和控制组件相连接，其中：所述进气压力检测组件，用于检测气缸进气压力；所述控制组件还用于：根据所述曲轴相位角确定所述往复压缩机的气缸运行状态；获取气缸运行周期内所述气缸运行状态为吸气状态下的气缸盖吸气应力和气缸进气压力，以及所述气缸运行状态为排气状态下的气缸盖最大应力和排气缓冲罐压力；根据所述气缸盖吸气应力、所述气缸进气压力和所述气缸盖最大应力，获取所述排气状态下的气缸盖侧计算排气最大压力；获取所述气缸盖侧计算排气最大压力与所述排气缓冲罐压力的气缸盖侧排气压力比；在本周期的所述气缸盖侧排气压力比与前一周期的所述气缸盖侧排气压力比的第二变化率大于或等于第二预设变化率阈值的情况下，确定所述往复压缩机存在液击故障。

可选地，所述气缸、所述应力检测组件、所述排气压力检测组件和所述进气压力检测组件均为多个，其中：多个应力检测组件与多个气缸的气缸盖一一连接，多个排气压力检测组件与多个气缸的气缸排气缓冲罐一一连接，多个进气压力检测组件与多个气缸的气缸进气缓冲罐一一连接；所述控制组件分别与所述多个应力检测组件、所述多个排气压力检测组件和所述多个进气压力检测组件相连接。

可选地，所述应力检测组件包括多个应变片，多个所述应变片中的任一个应变片设置在所述气缸盖外侧表面的中心位置，其余应变片设置在所述气缸盖外侧表面，且不同的应变片与所述中心位置之间的距离不同。

采用上述技术方案，根据曲轴相位角确定往复压缩机的气缸运行周期，获取气缸运行周期内的气缸盖最大应力和排气缓冲罐压力，根据两个或多个气缸运行周期的气缸盖最大应力和排气缓冲罐压力确定往复压缩机是否存在液击故障，从而实现了可靠且及时的液击故障检测。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是本公开实施例提供的一种往复压缩机故障检测装置的结构示意图；

图2是本公开实施例提供的另一种往复压缩机故障检测装置的结构示意图；

图3是本公开实施例提供的多个应变片在气缸盖上的设置方式的示意图；

图4是本公开实施例提供的另外一种往复压缩机故障检测装置的结构示意图；

图5是本公开实施例提供的一种往复压缩机故障检测方法的流程图；

图6是本公开实施例提供的另一种往复压缩机故障检测方法的流程图；

图7是本公开实施例提供的气缸盖应力随着曲轴相位角变化的示意图；

图8是本公开实施例提供的气缸盖侧压力随着曲轴相位角变化的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

在下文中的描述中，“第一”、“第二”等词汇，仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。

首先，对本公开的应用场景进行说明。本公开可以应用于压缩机领域，特别是往复压缩机的液击故障检测。液击故障是指液体进入往复压缩机气缸内，由于液体的不可压缩性，在往复压缩机活塞压缩过程中，活塞由压缩气体突然变成压缩不可压缩的液体，导致活塞杆和气阀阀片等部件承受异常冲击的现象。针对液击问题，当前的相关技术主要集中于避免液体进入压缩机气缸以及气缸排液这两个方面，但并没有检测液击故障的手段。当前的实际操作中，液击故障的检测依靠人工根据气缸内噪声进行判断，而人工判断依赖个人经验，大部分人判断准确度很低，即使个人经验丰富的人也会出现一定概率的误检或漏检。

为了解决上述问题，本公开提供了一种往复压缩机故障检测方法和装置，根据曲轴相位角确定往复压缩机的气缸运行周期，获取气缸运行周期内的气缸盖最大应力和排气缓冲罐压力，根据两个或多个气缸运行周期的气缸盖最大应力和排气缓冲罐压力确定往复压缩机是否存在液击故障，从而实现了可靠且及时的液击故障检测。

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。

图1是本公开实施例提供的一种故障检测装置的结构示意图，图1中示出了该往复压缩机故障检测装置，首先对往复压缩机的工作原理进行说明：

往复压缩机是指通过气缸内活塞、柱塞或隔膜的往复运动使缸体容积周期变化并实现气体的增压和输送的一种压缩机。如图1所示，往复压缩机一般包括气缸、活塞、旋转部件、气缸进气缓冲罐和气缸排气缓冲罐等，气缸包括气缸盖、缸体、进气阀和排气阀等。

其中，旋转部件包括曲轴、飞轮及其他旋转部件，带动活塞在气缸内往复运动，也就是带动活塞在靠近气缸盖侧和远离气缸盖侧之间往复运动。

在往复压缩机的一个气缸运行周期中，工作过程可分成膨胀、吸气、压缩和排气四个过程，对应的气缸运行状态分别为膨胀状态、吸气状态、压缩状态和排气状态，以下是气缸盖侧这四个状态的简单说明：

膨胀状态：当活塞从气缸的靠近气缸盖侧向远离气缸盖侧移动时，原先残留在气缸盖侧中的余气不断膨胀，气缸盖侧气体压力下降。

吸气状态：当气缸盖侧压力降到比气缸进气缓冲罐中的气缸进气压力稍小时，气缸进气缓冲罐中的气体便推开进气阀进入气缸。随着活塞向远离气缸盖侧移动，气体继续进入缸内，直到活塞移至远离气缸盖侧的另一侧末端(又称内止点)为止。在吸气过程中，气缸盖侧压力基本保持不变。

压缩状态：当活塞调转方向向气缸盖侧移动时，气缸盖侧的容积逐渐缩小，这样便开始了压缩气体的过程，此时进气阀和排气阀都处于关闭状态，由于缩小了气缸盖侧的容积，使气缸盖侧压力不断升高。

排气状态：随着向气缸盖侧移动，气缸盖侧压力升高到稍大于气缸排气缓冲罐中的气体压力时，气缸内的气体便推开排气阀进入气缸排气缓冲罐中，并不断排出，直到活塞移至气缸盖侧的末端(又称外止点)为止。然后，活塞又开始向远离气缸盖侧移动，重复上述过程。

这样，活塞在气缸内不断的往复运动，使气缸往复循环的吸入和排出气体。这样气缸每经过上述四个状态作为一个气缸运行周期。

如图1所示，上述往复压缩机故障检测装置100可以用于检测往复压缩机是否存在液击故障。该往复压缩机故障检测装置100可以包括：键相传感器101、应力检测组件102、排气压力检测组件103和控制组件104。其中，键相传感器101与往复压缩机的旋转部件相连接，应力检测组件102与往复压缩机的气缸盖相连接，排气压力检测组件103与往复压缩机的气缸排气缓冲罐相连接，控制组件104与键相传感器101、应力检测组件102和排气压力检测组件103相连接，其中：

键相传感器101，用于检测往复压缩机的曲轴相位角。

应力检测组件102，用于检测气缸盖的应变值。

排气压力检测组件103，用于检测气缸排气压力。

控制组件104，用于获取键相传感器检测的曲轴相位角，并根据该曲轴相位角确定往复压缩机的气缸运行周期；获取气缸运行周期内的气缸盖最大应力和排气缓冲罐压力，其中，排气缓冲罐压力为排气压力检测组件检测的气缸排气压力的最大值，气缸盖最大应力为根据应力检测组件检测的气缸盖的应变值获取的气缸盖应力的最大值；根据两个或多个气缸运行周期的气缸盖最大应力和排气缓冲罐压力确定往复压缩机是否存在液击故障。

图2是本公开实施例提供的另一种往复压缩机故障检测装置100的结构示意图，如图2所示，该装置还包括进气压力检测组件201，进气压力检测组件201与往复压缩机的气缸进气缓冲罐和控制组件相连接，其中：

进气压力检测组件201，用于检测气缸进气压力；

控制组件104还用于：周期性获取气缸运行状态为吸气状态下的气缸盖吸气应力和气缸进气压力；根据两个或多个周期的气缸盖最大应力、排气缓冲罐压力、气缸盖吸气应力和气缸进气压力确定往复压缩机是否存在液击故障。

需要说明的是，上述控制组件执行操作的具体方式将在本公开后续的有关该方法的实施例中进行详细描述。

在本公开的另外一些实施例中，上述控制组件，可以包括信号采集卡和控制器，通过信号采集卡可以将上述键相传感器、应力检测组件、排气压力检测组件和进气压力检测组件的检测信号输入给控制器，从而完成上述获取键相传感器检测的曲轴相位角、获取应力检测组件检测的气缸盖应力、获取排气压力检测组件检测的气缸排气压力以及获取进气压力检测组件检测的气缸进气压力。这样，可以实现上述传感器或检测组件与控制器的信号传输。

另外，上述应力检测组件可以包括多个应变片。图3是本公开实施例提供的多个应变片在气缸盖上的设置方式，如图3所示，设置在气缸盖上的多个应变片中的任一个应变片设置在气缸盖外侧表面的中心位置，其余应变片设置在气缸盖外侧表面，且不同的应变片与中心位置之间的距离不同。这样，可以通过多个应变片增强检测的可靠性。

图4是本公开实施例提供的另外一种往复压缩机故障检测装置100的结构示意图，如图4所示，上述气缸、应力检测组件、排气压力检测组件和进气压力检测组件均可以为多个，其中：

该往复压缩机可以有多个气缸，每个气缸具有一个气缸盖、一个气缸排气缓冲罐和一个气缸进气缓冲罐，多个应力检测组件与多个气缸的气缸盖一一连接，多个排气压力检测组件与多个气缸的气缸排气缓冲罐一一连接，多个进气压力检测组件与多个气缸的气缸进气缓冲罐一一连接。

控制组件可以与多个应力检测组件、多个排气压力检测组件和多个进气压力检测组件相连接。

这样，对于具有多个气缸的往复压缩机，可以对每个气缸进行检测，任何一个气缸出现液击故障都可以及时发现。

图5是本公开实施例提供的一种往复压缩机故障检测方法的示意图，如图5所示，该方法的执行主体可以是上述图1所示的往复压缩机故障检测装置中的控制组件，该方法可以包括：

S501、获取键相传感器检测的曲轴相位角，根据该曲轴相位角确定往复压缩机的气缸运行周期。

其中，往复式压缩机的气缸运行周期表示通过活塞或隔膜的一次往复运动使缸体容积完成一次变化过程的周期，也就是完成一次膨胀、吸气、压缩和排气四个过程的周期。

键相传感器通过测量旋转部件的旋转得到往复压缩机的曲轴相位角，控制组件获取该曲轴相位角后，可以将该曲轴相位角从最小值到最大值的一轮变化过程作为往复压缩机的一个气缸运行周期。示例地，上述键相传感器测量得到的曲轴相位角为0度到360度，则可以将曲轴相位角从0度到360度的过程作为往复压缩机的一个气缸运行周期。

S502、获取气缸运行周期内的气缸盖最大应力和排气缓冲罐压力。

其中，气缸盖最大应力为根据应力检测组件检测的气缸盖的应变值获取的气缸盖应力的最大值。排气缓冲罐压力为排气压力检测组件检测的气缸排气缓冲罐的压力，需要说明的是在一个气缸运行周期内，排气缓冲罐的气体压力较为稳定，因此，可以将气缸运行周期内的排气压力检测组件检测得到的压力的平均值或最大值作为该排气缓冲罐压力，也可以选择的排气压力检测组件任意时刻检测得到的瞬时压力作为该排气缓冲罐压力。

根据应力检测组件检测的气缸盖的应变值获取的气缸盖应力的方式可以是：根据气缸盖的应变值和气缸盖的结构参数获取气缸盖应力。其中，气缸盖的结构参数可以包括气缸盖材料的泊松比和弹性模量，该结构参数可以根据气缸盖的实际材料预先设置。应力检测组件可以检测得到气缸盖的双向应变值，也就是径向应变值和周向应变值。然后可以根据以下公式计算得到气缸盖的应力：

σ＝E(ε_R+vε_C)，

其中，σ表示气缸盖的应力，v表示气缸盖材料的泊松比，E表示气缸盖材料的弹性模量，ε_R表示径向应变值，ε_C表示周向应变值。

可选地，上述应力检测组件可以包括应变片，特别是可以包括双轴动态应变片，双轴应变片能够同时测量互相垂直两个方向上的应变，也就是能过检测气缸盖的径向应变值和周向应变值，节省应变片数量。另外，动态应变片相比于静态应变片具有更高的响应频率，能够捕捉更高频率的应力变化。这样可以提高应力测量的精确度，进而提高液击故障检测的准确度。

可选地，上述应变片可以设置在气缸盖外侧表面的中心位置，以获得更加准确的检测结果。

当然，上述应力检测组件可以包括两个普通应变片，分别检测气缸盖的径向应变值和周向应变值。

需要说明的是，应变片测量应变值的方法应用广泛，具有测量精度高、动态响应好等特点。以电阻应变片为例，其工作原理为，应变片内的电阻金属丝受到设备表面的应力作用发生机械形变，电阻随着机械形变也产生相应变化。具体为，受拉伸应力作用时，电阻丝长度增加、截面积减小、电阻值增大。实际应用中，可以将上述应变片接入桥式电路，其中，桥式电路可分为1/4桥电路、半桥电路和全桥电路等连接形式。其基本原理均为，当应变片的电阻发生变化后，则电路里应变片电阻丝两端的电压也发生相应变化。如此，可将设备表面的应变值转化为可以直接在线监测的电压值，从而可以获得设备表面的应变值。以上通过应变片获取应变值技术为本领域公知的技术。本公开也不限于其他应力检测组件获取应变值的使用。

S503、根据两个或多个气缸运行周期的气缸盖最大应力和排气缓冲罐压力确定往复压缩机是否存在液击故障。

需要说明的是，上述两个或多个气缸运行周期可以是相邻的前后两个周期，也可以是不相邻的两个周期，本公开对此不作限定。

例如：可以以月为单位，每月获取气缸盖最大应力和排气缓冲罐压力，根据本月的气缸盖最大应力和排气缓冲罐压力，与上个月的气缸盖最大应力和排气缓冲罐压力进行对比，从而确定往复压缩机是否存在液击故障。同样地，也可以以周为单位，每周获取气缸盖最大应力和排气缓冲罐压力，将本周的数据与上一周的数据进行对比，从而确定往复压缩机是否存在液击故障。

采用上述方法，根据曲轴相位角确定往复压缩机的气缸运行周期，获取气缸运行周期内的气缸盖最大应力和排气缓冲罐压力，根据两个或多个气缸运行周期的气缸盖最大应力和排气缓冲罐压力确定往复压缩机是否存在液击故障，从而实现了可靠且及时的液击故障检测。

进一步地，根据往复压缩机的工作原理，气缸运行周期的气缸盖最大应力和排气缓冲罐压力一般都是出现在气缸运行状态为排气状态下，这样还可以根据该曲轴相位角确定往复压缩机的气缸运行状态，获取气缸运行周期内气缸运行状态为排气状态下的气缸盖最大应力和排气缓冲罐压力，然后根据两个或多个气缸运行周期的气缸盖最大应力和排气缓冲罐压力确定往复压缩机是否存在液击故障。这样，可以进一步提升液击故障检测的可靠性和检测效率。

其中，往复压缩机的气缸运行状态与上述曲轴相位角相关，可以在该曲轴相位角处于第一预设相位角区间的情况下，确定气缸处于吸气状态；在该曲轴相位角处于第二预设相位角区间的情况下，确定气缸处于排气状态。

示例地，上述键相传感器测量得到的曲轴相位角可以定义为0度到360度，其中的0度到180度包括膨胀和吸气状态，180度到360度包括压缩和排气状态。这样，上述第一预设相位角区间可以是0度到180度之间的任意区间，例如可以是90度到180度，也可以是120度到180度；同样地，上述第二相位角区间可以是180度到360度之间的任意区间，例如可以是270度到360度，或者是300度到360度。

在根据上述曲轴相位角确定气缸运行状态为排气状态的情况下，实时获取整个排气状态下的气缸盖应力和排气压力，分别取其中的最大值作为气缸盖最大应力和排气缓冲罐压力。

示例地，若上述第二预设相位角区间为180度到360度，也就是预设曲轴相位角180度到360度为排气状态，则可以获取曲轴相位角为180度到360度之间的气缸盖应力的最大值和气缸排气压力的最大值分别作为排气状态下的气缸盖最大应力和排气缓冲罐压力。

在本公开的另外一些实施例中，上述S503步骤还可以采用以下方式确定所述往复压缩机是否存在液击故障：

首先，根据前一周期的排气缓冲罐压力和本周期的排气缓冲罐压力的比值，对本周期的所述气缸盖最大应力进行修正，得到本周期的气缸盖最大应力修正值。

由于外部环境的变化，不同周期的排气压力会存在不同，为了更加准确的检测液击故障，可以按照以下公式对本周期的气缸盖最大应力进行修正后得到本周期的气缸盖最大应力修正值：

其中，

为本周期的气缸盖最大应力修正值，

为本周期的气缸盖最大应力，

为前一周期的排气缓冲罐压力，

为本周期的排气缓冲罐压力。

其次，在本周期的所述气缸盖最大应力修正值与前一周期的所述气缸盖最大应力的第一变化率大于或等于第一预设变化率阈值的情况下，确定所述往复压缩机存在液击故障。

可以采用以下公式计算第一变化率：

其中，R₁为第一变化率，

为本周期的气缸盖最大应力修正值，

为前一周期的气缸盖最大应力。

示例地，上述第一预设变化率阈值可以是大于110％的任意数值，例如可以是120％或200％，则当上述第一变化率大于或等于该第一预设变化率阈值时，可以确定所述往复压缩机存在液击故障。

需要说明的是，本方式给出了使用变化率进行检测的方法，同样也可以使用变化量进行检测，使用变化量进行检测的方式与使用变化率的方式基本相同，应该认为与上述使用变化率进行检测属于同一技术方案，在此不再赘述。

另外，在本实施例中，上述两个公式也可以通过数学运算合并为以下这一个公式直接计算第一预设变化率：

其中，R₁为第一变化率，

为前一周期的排气缓冲罐压力，

为本周期的排气缓冲罐压力，

为本周期的气缸盖最大应力，

为前一周期的气缸盖最大应力。

同样需要说明的是，上述前一周期可以是与本周期相邻的前一周期，也可以是不相邻的在本周期之前的任意一个周期。例如：可以以月为单位，每月获取气缸盖最大应力和排气缓冲罐压力，将本月的气缸盖最大应力和排气缓冲罐压力作为上述本周期的气缸盖最大应力和排气缓冲罐压力，将上个月的气缸盖最大应力和排气缓冲罐压力作为上述前一周期的气缸盖最大应力和排气缓冲罐压力，从而按照上述方式，确定往复压缩机是否存在液击故障。

这样，即使由于外部环境的变化导致不同周期的排气压力不同，也能够通过检测到的排气压力对气缸盖最大应力进行修正，根据前后两个周期的气缸盖最大应力的变化率确定往复压缩机是否存在液击故障，能够增加液击故障检测的准确性和及时性。

图6是本公开实施例提供的一种往复压缩机故障检测方法的示意图，如图6所示，该方法的执行主体可以是上述图2所示的故障检测装置中的控制组件，该故障检测装置还可以包括如图2所示的进气压力检测组件，进气压力检测组件与往复压缩机的气缸进气缓冲罐和控制组件相连接，用于检测气缸进气压力，该方法可以包括：

S601、获取键相传感器检测的曲轴相位角，根据该曲轴相位角确定往复压缩机的气缸运行周期和气缸运行状态。

S602、获取气缸运行周期内气缸运行状态为吸气状态下的气缸盖吸气应力和气缸进气压力，以及获取气缸运行周期内气缸运行状态为排气状态下的气缸盖最大应力和排气缓冲罐压力。

在本步骤中，一个周期包括气缸运行状态为膨胀状态、吸气状态、压缩状态和排气状态的一个完整的往复运行周期。每个周期中，在根据上述曲轴相位角确定气缸运行状态为吸气状态的情况下，获取气缸盖吸气应力和气缸进气压力。气缸盖吸气应力可以根据所应力检测组件检测的气缸盖的应变值获取，气缸进气压力可以根据进气压力检测组件的检测结果获取。

需要说明的是，由于吸气状态下的压力和应力基本保持平稳，因此可以在吸气状态下，可以将任一时刻的进气压力值作为气缸进气压力，将任一时刻的应力值作为气缸盖吸气应力。当然也可以将整个吸气状态下检测到的进气压力值的平均值或最大值作为气缸进气压力，将整个吸气状态下检测到的应力值的平均值或最大值作为气缸盖吸气应力。

同样地，每个周期中，在根据上述曲轴相位角确定气缸运行状态为排气状态的情况下，实时获取整个排气状态下的气缸盖应力和气缸排气压力，分别取其中的最大值作为气缸盖最大应力和排气缓冲罐压力。气缸排气压力可以根据排气压力检测组件的检测结果获取。

示例地，若预设曲轴相位角120度到180度为吸气状态，则获取曲轴相位角为120度到180度之间的气缸盖吸气应力和气缸进气压力；若预设曲轴相位角180度到360度为排气状态，则获取曲轴相位角为180度到360度之间的气缸盖最大应力和排气缓冲罐压力。

S603、根据气缸盖吸气应力、气缸进气压力和气缸盖最大应力，获取排气状态下的气缸盖侧计算排气最大压力。

其中，获取排气状态下气缸盖侧计算排气最大压力的计算步骤还可以分为以下两步：

首先，根据气缸运行状态为吸气状态下获取的气缸盖吸气应力和气缸进气压力，以及气缸的结构参数，获取校正系数。具体公式可以为：

其中，K^T表示本周期的校正系数，P_s ^T1表示本周期的气缸进气压力，R表示气缸半径，v表示气缸盖材料的泊松比，表示气缸盖的中心厚度，

表示本周期的气缸盖吸气应力。

然后，根据该校正系数、同一气缸运行周期的排气状态下的气缸盖最大应力以及气缸的结构参数，获取排气状态下的气缸盖侧计算排气最大压力。具体公式可以为：

其中，

表示本周期的气缸盖侧计算排气最大压力，K^T表示本周期的校正系数，R表示气缸的半径，v表示气缸盖材料的泊松比，t表示气缸盖的中心厚度，

表示本周期的气缸盖最大应力。

需要说明的是上述气缸的结构参数包括：气缸的半径、气缸盖材料的泊松比、气缸盖的中心厚度都可以是根据气缸结构预先设定的参数值。

S604、获取本周期的所述气缸盖侧计算排气最大压力与所述排气缓冲罐压力的气缸盖侧排气压力比。

其中，P_R ^T1表示本周期的气缸盖侧排气压力比，

表示本周期的气缸盖侧计算排气最大压力，

表示本周期的排气缓冲罐压力。

S605、在本周期的气缸盖侧排气压力比与上一周期的气缸盖侧排气压力比的第二变化率大于或等于第二预设变化率阈值的情况下，确定往复压缩机存在液击故障。

在本步骤中，可以采用以下公式计算第二变化率：

其中，R₂表示第二变化率，PR^T1表示本周期的气缸盖侧排气压力比，PR^T0表示前一周期的气缸盖侧排气压力比。

其中，第二预设变化率阈值可以和第一变化率阈值相等，也可以不相等，示例地，第二预设变化率阈值可以是大于110％的任意数值，例如可以是120％或200％，这样，当上述第二变化率大于或等于120％时，确定所述往复压缩机存在液击故障。

这样，根据两个或多个气缸运行周期内，气缸运行状态为吸气状态下的气缸盖吸气应力和气缸进气压力，以及气缸运行状态为排气状态下的气缸盖最大应力和排气缓冲罐压力，获取所述气缸盖侧排气压力比的第二变化率，在第二变化率大于或等于第二预设变化率阈值的情况下，确定往复压缩机存在液击故障，实现了更加可靠的液击故障检测。

需要说明的是，根据试验数据可以得到气缸盖应力和气缸盖侧压力与曲轴相位角的关系。示例地，图7是本公开实施例提供的一种气缸盖应力随着曲轴相位角变化的示意图；图8是本公开实施例提供的一种气缸盖侧压力随着曲轴相位角变化的示意图。

根据图7和图8所示，通过键相传感器测量得到的曲轴相位角定义为0度到360度，其中0度到180度包括膨胀和吸气状态，180度到360度包括压缩和排气状态。当出现液击故障后，气缸盖应力和气缸盖侧压力的最大值都会发生较大的变化，因此可以采用两个或多个周期的气缸盖最大应力或气缸盖侧计算排气最大压力的变化情况，检测往复压缩机是否存在液击故障。由于不同周期的排气压力可能不同，因此在上述实施例中基于排气缓冲罐压力对气缸盖最大应力或气缸盖侧计算排气最大压力进行修正后再检测变化率情况，进一步提升液击故障检测的可靠性。

进一步地，还可以同时使用上述两个或多个周期的气缸盖侧排气压力比和气缸盖最大应力的变化率，检测往复压缩机是否存在液击故障。可以在气缸盖侧排气压力比和气缸盖最大应力中任何一个的变化率大于或等于第一预设变化率阈值的情况下，判断往复压缩机存在液击故障；也可以在气缸盖侧排气压力比和气缸盖最大应力的变化率都大于或等于第一预设变化率阈值的情况下，判断往复压缩机存在液击故障。这样，可以进一步提高液击故障检测的可靠性。

在本公开的另外一些实施例中，上述控制组件，可以包括信号采集卡和控制器，通过信号采集卡可以将上述键相传感器、应力检测组件、排气压力检测组件和进气压力检测组件的检测信号转换为数字信号输入给控制器，从而完成上述获取键相传感器检测的曲轴相位角、获取应力检测组件检测的气缸盖应力、获取排气压力检测组件检测的气缸排气压力以及获取进气压力检测组件检测的气缸进气压力。这样，可以实现上述传感器或检测组件与控制器的信号传输。

另外，上述应力检测组件可以包括多个应变片，多个应变片中的任一个应变片设置在气缸盖外侧表面的中心位置，其余应变片设置在气缸盖外侧表面，且不同的应变片与中心位置之间的距离不同。这样，可以通过多个应变片增强检测的可靠性。

进一步地，上述气缸、应力检测组件、排气压力检测组件和进气压力检测组件均为多个，其中：

往复压缩机有多个气缸，每个气缸具有一个气缸盖、一个气缸排气缓冲罐和一个气缸进气缓冲罐，多个应力检测组件与多个气缸的气缸盖一一连接，多个排气压力检测组件与多个气缸的气缸排气缓冲罐一一连接，多个进气压力检测组件与多个气缸的气缸进气缓冲罐一一连接。

控制组件可以与多个应力检测组件、多个排气压力检测组件和多个进气压力检测组件相连接。

这样，对于具有多个气缸的往复压缩机，可以对每个气缸进行检测，任何一个气缸出现液击故障都可以及时发现。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (9)

1.一种往复压缩机故障检测方法，其特征在于，应用于往复压缩机故障检测装置中的控制组件，所述往复压缩机故障检测装置包括键相传感器、应力检测组件、排气压力检测组件和所述控制组件，所述键相传感器与所述往复压缩机的旋转部件相连接，所述应力检测组件与所述往复压缩机的气缸盖相连接，所述排气压力检测组件与所述往复压缩机的气缸排气缓冲罐相连接，所述控制组件与所述键相传感器、所述应力检测组件和所述排气压力检测组件相连接，所述方法包括：

获取所述键相传感器检测的曲轴相位角，根据所述曲轴相位角确定所述往复压缩机的气缸运行周期；

获取气缸运行周期内的气缸盖最大应力和排气缓冲罐压力，其中，所述排气缓冲罐压力为所述排气压力检测组件检测的气缸排气压力的最大值，所述气缸盖最大应力为根据所述应力检测组件检测的所述气缸盖的应变值获取的气缸盖应力的最大值；

根据两个或多个所述气缸运行周期的所述气缸盖最大应力和所述排气缓冲罐压力确定所述往复压缩机是否存在液击故障。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在周期性获取每个气缸运行周期的气缸盖最大应力和排气缓冲罐压力之前，所述方法还包括：

根据所述曲轴相位角确定所述往复压缩机的气缸运行状态；

所述获取气缸运行周期的气缸盖最大应力和排气缓冲罐压力包括：

获取气缸运行周期内所述气缸运行状态为排气状态下的气缸盖最大应力和排气缓冲罐压力。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据两个或多个所述气缸运行周期的所述气缸盖最大应力和所述排气缓冲罐压力确定所述往复压缩机是否存在液击故障包括：

根据前一周期的所述排气缓冲罐压力和本周期的所述排气缓冲罐压力的比值，对本周期的所述气缸盖最大应力进行修正，得到本周期的气缸盖最大应力修正值；

在本周期的所述气缸盖最大应力修正值与前一周期的所述气缸盖最大应力的第一变化率大于或等于第一预设变化率阈值的情况下，确定所述往复压缩机存在液击故障。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述往复压缩机故障检测装置还包括进气压力检测组件，所述进气压力检测组件与所述往复压缩机的气缸进气缓冲罐和控制组件相连接，用于检测气缸进气压力，在根据两个或多个所述气缸运行周期的所述气缸盖最大应力和所述排气缓冲罐压力确定所述往复压缩机是否存在液击故障之前，所述方法还包括：

获取气缸运行周期内所述气缸运行状态为吸气状态下的气缸盖吸气应力和气缸进气压力；

根据所述气缸盖吸气应力、所述气缸进气压力和所述气缸盖最大应力，获取所述排气状态下的气缸盖侧计算排气最大压力；

获取所述气缸盖侧计算排气最大压力与所述排气缓冲罐压力的气缸盖侧排气压力比；

所述根据两个或多个所述气缸运行周期的所述气缸盖最大应力和所述排气缓冲罐压力确定所述往复压缩机是否存在液击故障包括：

在本周期的所述气缸盖侧排气压力比与前一周期的所述气缸盖侧排气压力比的第二变化率大于或等于第二预设变化率阈值的情况下，确定所述往复压缩机存在液击故障。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述气缸、所述应力检测组件、所述排气压力检测组件和所述进气压力检测组件均为多个，其中：

多个应力检测组件与多个气缸的气缸盖一一连接，多个排气压力检测组件与多个气缸的气缸排气缓冲罐一一连接，多个进气压力检测组件与多个气缸的气缸进气缓冲罐一一连接；

所述控制组件分别与所述多个应力检测组件、所述多个排气压力检测组件和所述多个进气压力检测组件相连接。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述应力检测组件包括多个应变片，多个所述应变片中的任一个应变片设置在所述气缸盖外侧表面的中心位置，其余应变片设置在所述气缸盖外侧表面，且不同的应变片与所述中心位置之间的距离不同。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述曲轴相位角确定所述往复压缩机的气缸运行状态包括：

在所述相位角处于第一预设相位角区间的情况下，确定所述气缸运行状态为吸气状态；

在所述相位角处于第二预设相位角区间的情况下，确定所述气缸运行状态为排气状态。

8.一种往复压缩机故障检测装置，其特征在于，应用于往复压缩机，所述装置包括键相传感器、应力检测组件、排气压力检测组件和控制组件，所述键相传感器与所述往复压缩机的旋转部件相连接，所述应力检测组件与所述往复压缩机的气缸盖相连接，所述排气压力检测组件与所述往复压缩机的气缸排气缓冲罐相连接，所述控制组件与所述键相传感器、所述应力检测组件和所述排气压力检测组件相连接，其中：

所述键相传感器，用于检测往复压缩机的曲轴相位角；

所述应力检测组件，用于检测所述气缸盖的应变值；

所述排气压力检测组件，用于检测气缸排气压力；

所述控制组件，用于获取所述键相传感器检测的曲轴相位角，根据所述曲轴相位角确定所述往复压缩机的气缸运行周期；获取气缸运行周期内的气缸盖最大应力和排气缓冲罐压力，其中，所述排气缓冲罐压力为所述排气压力检测组件检测的气缸排气压力的最大值，所述气缸盖最大应力为根据所述应力检测组件检测的所述气缸盖的应变值获取的气缸盖应力的最大值；根据两个或多个所述气缸运行周期的所述气缸盖最大应力和所述排气缓冲罐压力确定所述往复压缩机是否存在液击故障。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括进气压力检测组件，所述进气压力检测组件与所述往复压缩机的气缸进气缓冲罐和控制组件相连接，其中：

所述进气压力检测组件，用于检测气缸进气压力；

所述控制组件还用于：根据所述曲轴相位角确定所述往复压缩机的气缸运行状态；获取气缸运行周期内所述气缸运行状态为吸气状态下的气缸盖吸气应力和气缸进气压力，以及所述气缸运行状态为排气状态下的气缸盖最大应力和排气缓冲罐压力；根据所述气缸盖吸气应力、所述气缸进气压力和所述气缸盖最大应力，获取所述排气状态下的气缸盖侧计算排气最大压力；获取所述气缸盖侧计算排气最大压力与所述排气缓冲罐压力的气缸盖侧排气压力比；在本周期的所述气缸盖侧排气压力比与前一周期的所述气缸盖侧排气压力比的第二变化率大于或等于第二预设变化率阈值的情况下，确定所述往复压缩机存在液击故障。

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