(19)国家知识产权局(12)发明专利(10)授权公告号(45)授权公告日(21)申请号7.7(22)申请日2020.09.01(65)同一申请的已公布的文献号申请公布号CN111980907(43)申请公布日2020.11.24(73)专利权人苏州德姆斯信息技术有限公司地址215123江苏省苏州市工业园区星湖街328号创意产业园11栋802(72)发明人(74)专利代理机构南京苏科专利代理有限责任公司32102专利代理师(51)Int.Cl.F04B51/00(2006.01)审查员(54)发明名称一种往复式压缩机示功图的绘制方法(57)摘要本发明揭示了一种往复式压缩机示功图的绘制方法，包括：S1、确定标准示功图，定义和获取各项参数；S2、测量往复式压缩机稳定运行多个完整周期的全部压力信号数据，计算得到压缩机在每个完整周期内的数据点数均值；S3、在压力信号数据中随机取多个连续的数据点，得到压缩机在一个完整周期内的压力信号数据；S4、创建一个等差序列，将压力信号数据中第一个数据点对应的曲柄转角遍历设为序列中的数值，得到多张推测示功图、分别计算其与标准示功图间的相似性分数；S5、寻找相似性分数最高的一张推测示功图、将其作为实际示功图。本发明仅利用一个传感器就可以完成示功图的绘制，不但降低了企业的监测成本，而且提高了最终结果的准确权利要求书2页说明书6页附图4页CN1119809071.一种往复式压缩机示功图的绘制方法，其特征是，包括如下步骤：S1、获取并选择任意的往复式压缩机正常工作时的示功图作为标准示功图，定义和获取所需要监测的往复式压缩机的各项参数；S2、利用动态压力传感器测量得到待测的往复式压缩机稳定运行多个完整工作周期的全部压力信号数据，依据完整工作周期的个数及全部压力信号数据的总点数计算得到所述往复式压缩机在每个完整工作周期内的数据点数均值；S3、在所得到的全部压力信号数据中随机取多个连续的数据点、数量与所述数据点数均值数量相同，得到所述往复式压缩机在一个完整工作周期内的压力信号数据；S4、创建一个等差的曲柄转角序列，将所述往复式压缩机在一个完整工作周期内的压力信号数据中第一个数据点对应的曲柄转角分别设定为所述曲柄转角序列中的数值，得到不一样的情况所对应的推测示功图，分别计算并记录每张所述推测示功图与所述标准示功图间的相似性分数；S5、寻找相似性分数最高的一张推测示功图，将该张所述推测示功图作为所述往复式压缩机的实际示功图。2.依据权利要求1所述的一种往复式压缩机示功图的绘制方法，其特征是，S1中所述定义和获取所需要监测的往复式压缩机的各项参数，包括如下步骤：设所述往复式压缩机的活塞运动到外止点时的曲柄转角β为0，所述往复式压缩机的活塞运动到内止点时的曲柄转角β为180，0β＜360；将所述往复式压缩机的曲柄半径记为r，所述往复式压缩机的连杆长度记为l，则所述往复式压缩机的径长比λ＝r/l。3.依据权利要求2所述的一种往复式压缩机示功图的绘制方法，其特征是，S2包括如下步骤：待所述往复式压缩机运行至稳态，利用所述压力传感器测量得到所述往复式压缩机运行m个完整工作周期的全部压力信号数据，记全部压力信号数据的总点数为L，则所述往复式压缩机在每个完整工作周期内的数据点数均值N＝L/m。4.依据权利要求3所述的一种往复式压缩机示功图的绘制方法，其特征是，S3包括如下步骤：在所得到的全部压力信号数据中随机取N个连续的数据点，得到所述往复式压缩机在一个完整工作周期内的压力信号数据。5.依据权利要求4所述的一种往复式压缩机示功图的绘制方法，其特征是，S4包括如下步骤：S41、在[0，360)的区间内创建一个包含有s个元素的等差数列、将其作为所述曲柄转角序列；S42、将所述往复式压缩机在一个完整工作周期内的压力信号数据中第一个数据点对应的曲柄转角α设定为所述曲柄转角序列中的一个数值；S43、计算出该情况下所述压力信号数据中其余个数据点对应的曲柄转角；再分别计算得到所述压力信号数据中各数据点对应的位移值d，计算公式为CN111980907S44、依据各数据点对应的位移值，绘制该情况所对应的推测示功图，利用图像分析软件计算并记录该张所述推测示功图与所述标准示功图间的相似性分数；S45、将所述往复式压缩机在一个完整工作周期内的压力信号数据中第一个数据点对应的曲柄转角α更新设定为所述曲柄转角序列中的一个数值，随后跳转返回S43并按序执行流程，直至所述压力信号数据中第一个数据点对应的曲柄转角α遍历完所述曲柄转角序列中的每一个数值。6.依据权利要求5所述的一种往复式压缩机示功图的绘制方法，其特征是，S5包括如下步骤：寻找到相似性分数最高的一张所述推测示功图，将该张所述推测示功图作为所述往复式压缩机的实际示功图并输出结果。CN111980907一种往复式压缩机示功图的绘制方法技术领域[0001]本发明为一种示功图的绘制方法，具体涉及一种利用单传感器数据、针对往复式压缩机的示功图的绘制方法，属于机械设备故障诊断领域。背景技术[0002]常见的往复式压缩机系统在工作时会经历四个过程，结合如图1所示的往复式压缩机的局部结构示意图进行说明。[0003]当活塞自右向左运动时，气缸内气体体积减小、压力增大，这一过程即为压缩机的“压缩”过程；当气体压力增大到某些特定的程度时，排气阀打开，活塞继续向左运动，气体持续排出，直至活塞运动到外止点位置(即图示气缸最左侧)，这一过程即为压缩机的“排气”过程；随后，活塞从外止点位置向右移动，由于在外止点位置时气缸中存在余隙容积，余隙容积内的气体仍然具有较大的压力，在活塞刚离开外止点位置时吸气阀达不到设定的压力差无法立即打开，余隙容积内的气体体积随着活塞向右移动不断增大、气缸内压力不断减小，这一过程即为压缩机的“膨胀”过程；最后，活塞继续向右移动，吸气阀达到所需要的压力差开始吸气，直至活塞移动内止点位置(即图示气缸最右侧)完成吸气，这一过程即为压缩机的“吸气”过程。总体而言，往复式压缩机系统的整体工作过程就是上述压缩、排气、膨胀以及吸气这四个过程的周而复始。[0004]由于在上述四个过程中气缸内的压力和气体体积始终处于一直在变化的状态，为实现对于上述过程的全面监控，目前业内主流的操作方式需要借助示功图实现。在此项技术中，示功图是指在往复式压缩机的一个循环中，气缸内气体动态压力随气缸内容积/活塞位移的改变而变化所形成的封闭曲线，曲线所包围的面积可理解为压缩机所做的/所消耗的功。典型的往复式压缩机的示功图如图2所示。可以说，对于示功图的监测和分析是往复式压缩机状态监测与故障预警的重要手段，通过示功图可以更灵敏、更及时地对气阀泄露等会造成爆炸事故的严重故障进行预警和排查。[0005]现存技术中对于往复式压缩机的示功图的绘制一般会用同步采集的方式完成，即利用动态压力传感器测量动态压力，同时利用光电传感器(或键相传感器等能产生周期脉冲信号的任何传感器、如旋转编码器)测量飞轮转过的角度。在进行信号采集操作前需要拆 卸压缩机的部分零部件，确定活塞的止点位置，然后在飞轮轮缘某一相应位置贴上一条状 铝箔纸。机器运转后，随着飞轮转动利用铝箔纸强烈的反光性能，光电传感器便可以周期性 的产生脉冲信号，每次产生脉冲信号时就从另一方面代表着活塞到达止点位置，这是后续进行P‑T图与 P‑S图、P‑V图转换的基准。同步采集的动态压力信号和脉冲信号如图3所示，通过图3可以看 出，每一次活塞离开内止点时就会同时产生一个脉冲信号。因此，相邻的两个脉冲信号之间 对应的动态压力数据便是一个周期内的压力数据，此时假设曲轴是等角速度旋转的，便可 以计算出每一刻压力数据所对应的活塞位移数据，进而能计算出对应的气缸内的体积数 [0006]但是通过上述操作描述可以得知，现存技术在实际的应用过程中缺点十分显著。 CN111980907 首先，由于现存技术在信号采集前需要拆卸压缩机的部分零部件、以确定活塞的止点位置，因此如果所需要监测的压缩机数量较大，那么仅这部分工作会造成巨大的人力物力消耗。 其次，确定好活塞的止点位置后，在进行飞轮相应位置的标记时有几率存在误差，影响最终结 果的准确性。最后，由于现存技术的示功图绘制和监测需要借助两个传感器来完成，技术实 现成本比较高；而且，两个传感器在配合工作时耦合性要求比较高，在压缩机长时间的运作时的状态 下，任一传感器都可能会出现意料之外的问题，影响整个技术方案的实现。 [0007] 综上所述，如何基于上述研究现状，提出一种全新的、仅利用单传感器数据的、往 复式压缩机的示功图的绘制方法，以克服现存技术中所存在的不足，也就成为了本领域内 技术人员所共同关注的问题。 发明内容 [0008] 鉴于现存技术存在上述缺陷，本发明的目的是提出一种利用单传感器数据、针对 往复式压缩机的示功图的绘制方法，具体如下。 [0009] 一种往复式压缩机示功图的绘制方法，包括如下步骤： [0010] S1、获取并选择任意的往复式压缩机正常工作时的示功图、作为标准示功图，定义 和获取所需要监测的往复式压缩机的各项参数； [0011] S2、利用动态压力传感器测量得到待测的往复式压缩机稳定运行多个完整工作周 期的全部压力信号数据，依据完整工作周期的个数及全部压力信号数据的总点数计算得到 所述往复式压缩机在每个完整工作周期内的数据点数均值； [0012] S3、在所得到的全部压力信号数据中随机取多个连续的数据点、数量与所述数据 点数均值数量相同，得到所述往复式压缩机在一个完整工作周期内的压力信号数据； [0013] S4、创建一个等差的曲柄转角序列，将所述往复式压缩机在一个完整工作周期内 的压力信号数据中第一个数据点对应的曲柄转角分别设定为所述曲柄转角序列中的数值， 得到不一样的情况所对应的推测示功图，分别计算并记录每张所述推测示功图与所述标准示功 图间的相似性分数； [0014] S5、寻找相似性分数最高的一张推测示功图，将该张所述推测示功图作为所述往 复式压缩机的实际示功图。 [0015] 优选地，S1中所述定义和获取所需要监测的往复式压缩机的各项参数，包括如下 步骤： [0016] 设所述往复式压缩机的活塞运动到外止点时的曲柄转角β为0，所述往复式压缩 机的活塞运动到内止点时的曲柄转角β为180，0β＜360； [0017] 将所述往复式压缩机的曲柄半径记为r，所述往复式压缩机的连杆长度记为l，则 所述往复式压缩机的径长比λ＝r/l。 [0018] 优选地，S2包括如下步骤： [0019] 待所述往复式压缩机运行至稳态，利用所述压力传感器测量得到所述往复式压缩 机运行m个完整工作周期的全部压力信号数据，记全部压力信号数据的总点数为L，则所述 往复式压缩机在每个完整工作周期内的数据点数均值N＝L/m。 [0020] 优选地，S3包括如下步骤： [0021] 在所得到的全部压力信号数据中随机取N个连续的数据点，得到所述往复式压缩 CN111980907 机在一个完整工作周期内的压力信号数据。[0022] 优选地，S4包括如下步骤： [0023] S41、在[0，360)的区间内创建一个包含有s个元素的等差数列、将其作为所述曲柄 转角序列； [0024] S42、将所述往复式压缩机在一个完整工作周期内的压力信号数据中第一个数据 点对应的曲柄转角α设定为所述曲柄转角序列中的一个数值； [0025] S43、计算出该情况下所述压力信号数据中其余个数据点对应的曲柄转角；再分别 计算得到所述压力信号数据中各数据点对应的位移值d，计算公式为 [0026] [0027] S44、依据各数据点对应的位移值，绘制该情况所对应的推测示功图，利用图像分 析软件计算并记录该张所述推测示功图与所述标准示功图间的相似性分数score； [0028] S45、将所述往复式压缩机在一个完整工作周期内的压力信号数据中第一个数据