１ 引言
往復壓縮機是一種典型的容積式壓縮機，普遍應(yīng)用于石油、天然氣、化工、冶金、國防等領(lǐng)域。
對于常規(guī)往復壓縮機，我們通常要求監(jiān)測壓縮機軸瓦、電機軸瓦、壓縮介質(zhì)、潤滑油、冷卻水等部位的溫度，這些溫度監(jiān)測都可以通過在軸承座、管道等靜止部件上安裝測溫探頭來實現(xiàn)。為了更好的掌握壓縮機的工作狀態(tài)，提前預(yù)判壓縮機可能發(fā)生的故障，對壓縮機的關(guān)鍵運動部件（比如十字頭銷、連桿瓦、活塞桿等） 進行溫度監(jiān)測是非常有意義的，ＡＰＩ６１８標準中就提到“如有規(guī)定，十字頭應(yīng)配有十字頭銷高溫報警以保護十字頭銷襯套”。
而對于大部分往復壓縮機而言，對運動部件的溫度監(jiān)測是十分困難的，應(yīng)用有線方式傳輸?shù)姆绞奖厝皇切胁煌ǖ模捎脽o線方式測溫則又不可避免涉及到應(yīng)用成本與維護周期的問題。
正是基于上述原因，目前國內(nèi)應(yīng)用的絕大多數(shù)往復壓縮機基本不具備運動部件的測溫能力。然而隨著近些年測溫技術(shù)的發(fā)展，行業(yè)要求的不斷提升，對壓縮機運動部件進行溫度監(jiān)測也逐漸成為可選項，本文也將對一些常見的運動部件測溫方式展開分析對比。
２ 某壓縮機連桿測溫系統(tǒng)升級前后對比
某壓縮機為純進口的往復式壓縮機，由于其流程的特殊性、重要性及危險性，壓縮機在其設(shè)計時就已安裝了連桿測溫系統(tǒng)，但由于其設(shè)計年代較早，其出廠時采用的是機械式溫度監(jiān)控，此次借機組大修的契機，對測溫系統(tǒng)進行了數(shù)字化升級。
２.１ 升級前系統(tǒng)
壓縮機出廠時配備的連桿溫度監(jiān)測系統(tǒng)是基于熱熔斷技術(shù)開發(fā)的系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)原理圖見圖１，連桿瓦溫度通過熱傳導到達熱熔斷元件，當元件溫度達到熔斷設(shè)定值時，元件發(fā)生熔斷，從而使撥桿在彈簧力作用下，向外探出一定距離，觸發(fā)安裝在外部靜止部件上的氣體控制元件，進而氣體驅(qū)動報警裝置發(fā)生報警。
該裝置原理較為簡單，其在應(yīng)用過程中也存在以下短板：
（１）溫度監(jiān)測僅為設(shè)置值觸發(fā)報警模式（與開關(guān)量類似），無法實時獲悉軸瓦溫度，也就無法判斷運行趨勢；
（２）熱熔斷元件存在老化問題，通常一年就需更換一次；
（３）熱熔斷元件為一次性產(chǎn)品，熔斷觸發(fā)后無法重新使用，只能更換整個探頭。
也正是基于上述原因，有必要提供更為精確，更具實時性的溫度監(jiān)測系統(tǒng)。
２.２ 升級后系統(tǒng)
升級后的測溫系統(tǒng)是基于聲表面波（ＳＡＷ）［１．２］技術(shù)開發(fā)而成的，聲表面波元件通過改變其材料性質(zhì)，可以獲得不同的反射頻率，同時對環(huán)境的物理參數(shù)非常敏感，因此聲表面波元件越來越多地被用作傳感器，并適用于氣體、壓力、力、溫度、應(yīng)變、輻射等領(lǐng)域，此次的測溫系統(tǒng)正是聲表面波技術(shù)在溫度領(lǐng)域的典型應(yīng)用。
系統(tǒng)主要構(gòu)成及工作原理如圖２所示，信號處理單元將產(chǎn)生一個低能高頻的雷達脈沖，當無線溫度探頭在運動中經(jīng)過固定點天線時接受雷達脈沖，探頭表面再反射脈沖響應(yīng)回固定天線并傳輸至信號處理單元，系統(tǒng)軟件根據(jù)收到的反射信號計算出監(jiān)測到的溫度值并傳送至壓縮機控制系統(tǒng)。
該測溫系統(tǒng)相比較熱熔斷測溫系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)軸瓦溫度的連續(xù)實時監(jiān)控，對壓縮機的運行狀態(tài)可以有效進行預(yù)判及數(shù)據(jù)分析，系統(tǒng)整體壽命也更長。
但在實際應(yīng)用中，該系統(tǒng)也存在不利因素，比如其成本過高，同時聲表面波的信號處理芯片過渡依賴于進口，將對行業(yè)的健康發(fā)展產(chǎn)生潛在隱患，因此還需進一步開發(fā)其它的測溫方式，或者尋求國內(nèi)聲表面波測溫技術(shù)突破，以符合國內(nèi)發(fā)展的需要。
３ 運動部件測溫的其它方式
前面已經(jīng)提到熱熔斷技術(shù)及聲表面波技術(shù)均存在各自的不足之處，無法在國內(nèi)往復機領(lǐng)域大面積推廣使用，因此本文將繼續(xù)探討以下３種不同的測溫方式在往復機運動部件測溫領(lǐng)域的應(yīng)用。
３.１ 間接測溫方式
間接測溫方式是將溫度值轉(zhuǎn)化為其它容易測量的值，比如位移、壓力等，通過對轉(zhuǎn)化后參數(shù)的實時監(jiān)控，間接實現(xiàn)對溫度的實時監(jiān)控。鑒于目前往復機對運動部件的位移監(jiān)測已經(jīng)十分普遍，且能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)的信號采集，因此本文將對溫度轉(zhuǎn)化為位移的測溫方式展開介紹。
該測溫方式的主要結(jié)構(gòu)如圖３所示，其原理是在運動部件內(nèi)部安裝一個熱敏元件，當溫度發(fā)生變化時，熱敏元件產(chǎn)生膨脹從而使推桿向外推出，進而被位移探頭檢測到其位移變化量，再通過此前試驗標定的溫度及位移對照數(shù)據(jù)（圖４），通過換算公式計算即可得出溫度值。
該種測溫方式實現(xiàn)了對溫度的連續(xù)監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集統(tǒng)計，具有一定的使用價值，但由于熱敏元件的制造精度存在一定偏差，溫度與位移的試驗標定同樣存在一定偏差，因此相對于其它測量方式精確度不夠。當然其較低的成本投入，使其在某些場合具有一定的應(yīng)用優(yōu)勢。
３.２ 無線傳輸?shù)闹苯訙y溫方式
無線傳輸?shù)闹苯訙y溫方式是較為容易實現(xiàn)且測量精度的一種方式，顧名思義，其測溫方式與往復壓縮機其它部位是一致的，基本采用ＰＴ１００直接插入被測點獲取溫度數(shù)據(jù)，區(qū)別在于溫度數(shù)據(jù)的傳輸從有線模式轉(zhuǎn)變?yōu)闊o線模式，按照其電源供應(yīng)的不同，我們又將它分為電池供電無線測溫與無線供電無線測溫兩種［３］。
３.２.１ 電池供電無線測溫
電池供電無線測溫的主要結(jié)構(gòu)如圖５所示，由插入式的ＰＴ１００熱電阻直接獲取被測物體的溫度，再由探頭頂部的天線將溫度數(shù)據(jù)發(fā)射給外部接收器，外部接收器再將溫度數(shù)據(jù)傳輸至壓縮機控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為簡單，但此前并未大面積推廣使用，主要是受功耗即電池更換周期的限制。
目前隨著芯片技術(shù)的發(fā)展，功耗已經(jīng)有所降低，同時傳輸協(xié)議的升級，也提供了更低的功耗，目前常見的傳輸協(xié)議有：Ｚｉｇｂｅｅ、ＬｏＲａ、５Ｇ等。另外為了更好的解決電池使用壽命的問題，還需要對測溫探頭的工作狀態(tài)進行針對性優(yōu)化升級。從壓縮機的工作特點可知，當被測點溫度在正常范圍內(nèi)時，此時的溫度對壓縮機運行狀態(tài)意義并不明顯，因此完全可以降低天線向外傳輸?shù)念l率，比如降低至２ｍｉｎ／次，而當溫度迅速上升或超過報警值時，應(yīng)當加快發(fā)射頻率，比如２ｓ／次，即在芯片內(nèi)寫入一個數(shù)據(jù)發(fā)射的控制邏輯。下面以某臺壓縮機的連桿瓦溫度監(jiān)測距離，假定壓縮機連桿瓦正常工作溫度為６０℃，溫度報警值為７０℃，則邏輯如表１所示： 通過上述優(yōu)化，電池的整體壽命已經(jīng)超過１年，實現(xiàn)了電池更換周期大于常規(guī)往復壓縮機維護周期的需求，對運動部件的溫度也起到了實時監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集記錄的功能，因此具有一定的推廣價值。
３.２.２ 無線供電無線測溫
近些年隨著往復壓縮機技術(shù)的提升，使用方對壓縮機的維修周期提出了更高要求，比如要求連續(xù)２年以上不間斷運行。另外部分壓縮機的轉(zhuǎn)速也較高，達到１０００ｒ／ｍｉｎ以上，這就對測溫探頭提出了體積更小、壽命更長的使用需求。無線供電無線測溫技術(shù)也正是基于此而開發(fā)的，其基本原理與上面的電池供電無線測溫基本一致，區(qū)別在于電池更換為可充電的電池，同時附加了無線充電裝置，其主要結(jié)構(gòu)如圖６所示。
通過供電性能的優(yōu)化，即使信號發(fā)射間隔為２ｓ或者更低時，其整體使用壽命依然可提升至４年以上，完全滿足目前往復壓縮機的不間斷運行周期要求，同時尺寸可進一步降低，極大地提升了無線測溫系統(tǒng)對抗高轉(zhuǎn)速與狹小空間的適應(yīng)能力。
３.３ 紅外測溫方式［４］
紅外測溫是利用物體的熱輻射來測量物體的溫度，也是目前應(yīng)用較為廣泛的非接觸式測溫方式。但紅外測溫的數(shù)值受被測物體的輻射率、反射熱源以及環(huán)境干擾影響，會存在一定的誤差，同時被測物件還必須具有外露面積，允許熱射線照射在其表面以獲取溫度數(shù)據(jù)，因此在軸瓦，曲柄銷等部位是不適用的。
而往復壓縮機的活塞桿溫度也是壓縮機運行的重要指標，其在接筒內(nèi)部有足夠的外露面積，因此紅外測溫在活塞桿溫度檢測具有很好的推廣價值。
４ 無線測溫的發(fā)展
前面介紹的多種無線測溫方式，已經(jīng)可以有效解決大部分往復式壓縮機的運動部件溫度檢測需求，但也還有諸多改善之處。比如：部分測溫技術(shù)需要對物體進行鉆孔處理；部分測溫精度受環(huán)境因素影響較大；信號的接收目前多依賴于點對點模式；無線組網(wǎng)傳輸還需進一步提升，簡化現(xiàn)場布線；外形尺寸還需進一步優(yōu)化。
相信在未來更加便捷的非侵入式無線傳輸測溫方式、更加輕便的溫度探頭、集群化的溫度采集及無線組網(wǎng)將為壓縮機提供更好的溫度監(jiān)測，同時配合其它在線監(jiān)測技術(shù)，全面提升壓縮機的數(shù)字化運行能力。
５ 結(jié)論
本文對某臺往復壓縮機的連桿測溫系統(tǒng)升級前后進行了闡述和對比，并結(jié)合其它幾種能夠?qū)崿F(xiàn)往復壓縮機運動部件測溫的方式，分析總結(jié)了各方式目前的技術(shù)特點及應(yīng)用情況。
通過對現(xiàn)有技術(shù)的分析，總結(jié)認為無線充電無線測溫方式將更適合在往復壓縮機的連桿、十字頭測溫上應(yīng)用，當然國內(nèi)如果聲表面波技術(shù)取得突破，也是完全可以應(yīng)用的；而紅外測溫方式更適合活塞桿測溫上應(yīng)用。而基于對未來技術(shù)發(fā)展的預(yù)期，未來非侵入式的測溫方式、溫度與其它信號的集成采集、集群化信號收集技術(shù)、無線工業(yè)組網(wǎng)將會極大提升壓縮機的無線監(jiān)測能力，進一步提升壓縮機的數(shù)字化運行水平。
作者：劉煜
