往复式压缩机用活塞杆下沉监测装置浅析

邵科卫

摘 要：本文对一种往复式压缩机用活塞杆下沉监测装置的基本原理和使用过程中的注意事项进行了简要介绍，为往复式压缩机的设计和改造升级提供技术参考，并可以为企业的设备检维修周期和更换备件提供技术依据，保证压缩机长期安全运行，进而提高社会经济效益。

关键词：往复式压缩机;活塞杆下沉监测;在线监测系统

1概述

现代化工厂设备繁多，工艺复杂，人员配置精炼，任何关键设备的非正常停机，都会造成极大的影响和经济损失。能有效获取设备早期故障信号，对潜在风险诊断评估，从而迅速采取有效措施，是设备理想的运行状态。

压缩机在恶劣工况下（如杂质含量高，或含有腐蚀性气体的介质）运行时，活塞部件（支承环，活塞环）的使用寿命都非常短，一般4000小时左右，主要因为运行工况恶劣，造成密封件的使用寿命非常不稳定。而对于常规普通工况，压缩机在运行一定周期后，支承环与活塞环也会出现一定程度的磨损，造成活塞下沉，进而导致活塞杆随活塞一起下沉。为了避免当密封环过度磨损，引起活塞杆下沉超过允许值时，活塞与气缸直径接触造成危害，固需监测装置对活塞杆的下沉量（位移）进行监测，以便当活塞杆下沉量超出许用值时提供报警信号或联锁停机，为企业的设备检维修周期和更换备件提供技术依据，保证压缩机长期安全运行，进而提高社会经济效益。

2基本原理

本文介绍的活塞杆下沉监测装置是美国METRIX的电涡流位移传感器，它是一种非接触式的电磁探头，通过监测探头与活塞杆监测面的位移变化，监测出活塞杆的下沉量。METRIX电涡流位移变送器是采用电涡流探头+延长电缆+前置变送器组成，输出标准的4-20mA信号，防爆等级为iaIICT4，前置变送器放置在现场防爆接线箱内，接线箱放置在压缩机附近，再从接线箱接线至DCS，用来显示和报警。

在填料盒法兰上面安装1个METRIX的电涡流位移传感器用于监测活塞杆的下沉量，如图1所示。对于气缸直径较小，压力较高的机组，建议采用2个互为90°的METRIX的电涡流位移传感器来监测活塞杆的下沉量。

支承环磨损后会引起活塞杆会产生下沉，这会导致传感器探头与活塞杆之间的间隙发生变化，当检测探头顶部的线圈加上高频电流与导电表面靠近时，由于线圈磁力线的作用，使导电物体表面产生涡流，从而使线圈的电感量减小。线圈特性的这个变化被转换成直流电压信号输出，通过传感器测定的活塞杆下沉量可以计算出支承环的磨损量，活塞杆下沉量与支承环的磨损量的正比例关系，如图2所示。

由上图可知，

式中，L1—METRIX传感器的监测中心与活塞中心的距离;

L2—十字头中心与活塞中心的距离

而L1，L2的确定，需要压缩机机组的一些特定的参数，包括压缩机的行程，活塞及活塞杆的长度，连杆中心距，METRIX传感器的监测位置等。

3使用过程中的注意事项

在进行活塞杆下沉报警值和联锁停机值的设置时，要注意考虑一定的误差范围，防止产生误报警或误停机。因为在监测过程中，主要有2个方面可能会影响监测精度，造成监测误差：①活塞杆在压缩机往复运动中可能产生的轻微弯曲;②由于十字头与十字头滑道中存在间隙，所以在往复运动中，十字头会有微小幅度的上下运动。

活塞杆的材质和表面涂层对电涡流传感器的工作特性曲線有非常大的影响，所以在使用传感器进行压缩机运行情况监测时，首先一定要对传感器的曲线进行标定。

当压缩机机组运行一段时间后，活塞在气缸中的位置会因热膨胀而有些许的变化，因此当压缩机机组在现场进行额定工况负载运行4小时以上后，应重新对监测位置进行归零调整。

4结论

在压缩机的使用过程中，根据现场的工艺运行环境和监测的活塞的磨损状态，可以为企业更换备件提供技术根据，并及时发现设备存在的潜在风险，以保证设备运行的稳定性和安全性，提高设备的经济性。

参考文献：

[1]郁永章.容积式压缩机技术手册[M].北京：机械工业出版社，2005.

[2] API STANDARD 618 FIFTH EDITION.Reciprocating Compressors for Petroleum， Chemical， and Gas Industry Services.DECEMBER 2007.

[3] 陈松桥. 现代软件工程[M].北京：北方人民邮电出版社，2002.

[4] 王学武. 金属力学性能[M].北京：机械工业出版社，2010.