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摘要:傳統壓縮機維修技術無法獲取維修數據的平均分布結果，導致維修技術的可靠性分析具有較大誤差，降低維修效率。為此，提出基于安全度約束的工程設備壓縮機維修可靠性分析方法。分析工程設備壓縮機結構與故障分析，結合安全度約束，獲取維修數據的可靠性分布，計算壓縮機剩余可維修價值，基于此，結合標準的壓縮機結構體維修消耗時長，計算維修技術的可靠性。為驗證所提方法的有效性，設計一次仿真實驗。結果表明，利用所提方法對壓縮機進行定期的維修與保養后，其管道濾網臟堵數量和損壞零件數量均明顯下降，且維修成本也更低，說明所提方法滿足合理化保護機械的實際使用需求。
關鍵詞:安全度約束;壓縮機;維修技術;維修數據分布;可靠性分析
0引言
安全度約束型預應力金屬結構的研究和應用始于20世紀50年代，在隨后幾十年的時間里，許多專家相繼論證了這種研究性理論的實際應用價值。實用性研究結果表明，在安全度約束法則的支持下，多級預應力結構可在節省金屬性材料的同時，減輕整個建筑壓縮機的結構重量，并同時在橫、縱兩個方向上進行跨度延展，最終實現對設備結構體應用能力的有效包含［1－2］。此外，類似于壓縮機的搭建等設計工程的實施，也可以完全依賴于安全度約束型預應力金屬結構模型。與傳統單級預應力金屬結構相比，安全度約束型預應力可重復利用其抗拉強度的特點，在提高金屬結構承載強度的同時，擴大材料體的彈性范圍，從而獲得更大的經濟效益。多數研究人員認為，對安全度約束型預應力金屬結構進行合理設計是提高其應用能力的合理途徑［3－4］。但在多階段預應力結構的優化設計模型與算法、可靠性分析、受穩定約束的預應力范圍控制等關鍵問題上還有待進一步研究。此外，應劃分多少個壓縮機維修階段，每一階段具體應施加多大的荷載量，以及如何選擇最佳的維修方案都需要進一步的研究。
1基于安全度約束的工程設備壓縮機維修可靠性
1.1工程設備壓縮機結構與故障分析
壓縮機由曲軸、旋盤、電機、軸承、密封元件等多個零部件共同組成。曲軸是壓縮機壓縮機的主要零件之一，一般情況下，壓縮機結構體采用偏心結連接方式在安全度約束法則的作用下，該原件基本能夠一直保持公轉平動的運動狀態。建筑機械型壓縮機曲軸具有內孔、曲柄銷兩種連接形式［8］。其中，內孔型曲軸可提供一個獨立的機械平面，一方面用于傳輸壓縮機應用所需的潤滑類物質，另一方面也可在壓縮機內部形成完整的運轉潤滑油膜，從而使得主軸內表面可在不接觸建筑物質排料口的前提下，實現對設備旋盤與動量旋盤的驅動處理［5－6］。機械壓縮機采用的建筑動力驅動設備有發動機電動機兩種。對于全封型壓縮機而言，主要采用直連的設計方式，常用的是電動機驅動供應。一般電動機的動量轉子直接套連在壓縮機主軸之上，可通過背壓腔的過盈配合作用傳遞吸料管所需的轉動動力。壓縮旋盤可分為設備旋盤、動量旋盤兩種，當兩個旋盤呈現對插狀態時，實現了盤狀結構體之間的嚙合穩定，隨著嚙合點封閉工作腔面積的增大，壓縮機壓縮機的主軸運轉速度也會逐漸加快，直至旋盤與背壓腔之間出現一個相對容積角度，為設備原料提供足夠大的切割處理空間［9］。為了給吸料管提供足夠的氣體壓力，需要在吸料腔中間適當位置處設置一個壓力通道(排料口)，在保持旋盤裝置運動能力的同時，使背壓腔處于一個相對真空的密閉狀態之中，從而提升壓縮機的內部氣體壓縮功效。壓縮機主軸抱軸，會導致軸承結構體的直接損壞在壓縮機電源接通時，若聽到機殼內電動機產生“嗡嗡”的運轉聲音，但并沒有運轉，且安全度約束電流持續快速上升，幾秒鐘過后，壓縮機外部的熱繼電器結構會自動開啟保護動作，切斷壓縮機與外界電源的物理連接［10］。但如果保護器來不及執行動作，促使堵轉電流很快達到峰值狀態，則會導致電機的直接燒毀。(1)壓縮機正常運轉時，主軸軸面會形成一層油膜狀物質，保證主軸的潤滑與溫度控制。一段時間后壓縮機潤滑油中會摻雜大量的“積炭”，且這些雜質隨潤滑油運送至主軸表面，造成壓縮機主軸出現嚴重磨損。(2)壓縮機運轉時，曲軸的軸線與旋盤運動軌跡軸線不完全重合，即主軸會出現不平衡振動行為，此時主軸可能發生不可逆彎曲。主軸彎曲行為可分為永久性彎曲和臨時性彎曲兩種:由長期不當使用造成的損壞稱為永久性彎曲，由主軸過熱或變形造成的損壞稱為臨時性彎曲。(3)壓縮機出現主軸斷裂現象的可能比其他故障要小許多，但這種故障行為對壓縮機的危害性極大，會導致建筑壓力分量過于集中，造成安全度約束政策的執行能力快速下降。(4)軸承作為壓縮機主軸的主要支撐部件，在壓縮機運轉時發揮著重要作用。當主軸軸承出現故障行為時，其故障表征為:機殼體底部的振動加速度持續升高，噪聲值偏高，但設備外表溫度并不明顯升高。
1.2基于安全度約束的壓縮機維修可靠性分析
在壓縮機維修理論與技術的支持下，按照可靠性分布、使用可靠性計算、使用維修度計算的處理流程，完成基于安全度約束的壓縮機維修技術研究。
1)基于安全度約束的維修數據的可靠性分布
運用直方圖能夠粗略描述壓縮機維修數據的分布情況，而要準確確定可靠性數據信息的分布形式則必須運用到數學性統計方法。一般情況下，各項可靠性指標都屬于隨機性變量，符合概率論的應用理論和方法，能夠在清晰表述這些隨機變量發生概率規律的同時，確定安全度約束法則對壓縮機維修數據分布情況的影響。在相同安全度約束法則下，用同一種檢驗法或用不同檢驗方法對壓縮機進行維修，可首先假設所有可靠性分布函數都不被拒絕，再從中選擇出一個最為合適的概率分布條件，最后利用似然比檢驗法驗證在分布系數不被拒絕的情況下，壓縮機維修數據的實際分布情況［11－12］。在設備使用過程中，維修數據可靠性的好壞能夠體現機械結構的失效性能力，且一個概率問題只對應一個失效率數值。設y代表安全度約束法則在壓縮機維修中的應用權限，σn代表數據可靠性為n時的概率規律系數，聯立上述物理量，可將壓縮機維修數據的可靠性分布結果表示為:
2)剩余可維修價值計算
一般情況下，該項物理指標的數值水平越高，設備結構體的實際應用能力也就越強，反之則越弱。隨著安全度約束法則作用能力的增強，預應力金屬結構的可重復利用性可直接代表壓縮機的彈性強度水平。在使用可靠性數值的影響下，待維修設備的承載力能夠體現該類型結構的應用穩定性，且由于安全度約束法則的存在，所有壓縮機元件都不會出現明顯的過量維修情況，這也是機械始終具備較強實際應用價值的主要原因［14－15］。設d0代表壓縮機的最小應用穩定性參量，dn代表壓縮機的最大應用穩定性參量，可將使用維修度計算結果表示為:至此，完成各項系數指標的計算與處理，在不考慮其他干擾影響的情況下，實現基于安全度約束的壓縮機維修技術研究。
3)維修技術可靠性計算
可靠性是指壓縮機在維修過程中的實用性價值，針對不同的安全度約束預應力值和不同的機械隨機索剛度參數，按需計算各設備構件的使用可靠性，并與標準情況下的允許安全指標進行數值對比，實現對維修數據可靠性分布結果的有效控制。在使用可靠性計算中引入可靠性指標，對壓縮機非范數分布變量及屈曲單元的應用帶來了極大的困難［13］。因此需要在壓縮機維修數據可靠性分布結果的支持下，推導了具有多項非正態分布參數的屈曲構件可靠性分析公式，以便于后續工程設計步驟的實施。在安全度約束法則的支持下，使用可靠性參量能夠有效減少壓縮機維修數據的迭代周期。設β代表基于安全度約束法則的壓縮機維修價值參量，T代表一個標準的設備結構體維修消耗時長，聯立公式(1)，可將使用可靠性計算結果表示為:
2實驗結果與分析
為驗證所提方法的應用有效性，設計以下實驗。壓縮機維修保養重點:壓縮機翅片清洗、保養;壓縮機濾網和機械濾網清洗、檢查;金屬設備、壓縮機、壓縮機吊件檢查，維修平穩性檢查;電機設備葉輪清洗，傳輸皮帶損壞程度分析;壓縮機保溫檢修;機械回水管保溫檢修;其中，影響壓縮機檢修的最為關鍵的因素為濾網臟堵的影響和零件的損壞。壓縮機的濾網臟堵問題會增加運行能耗，易造成主軸損壞。壓縮機零配件損壞，易造成嚴重的安全約束故障，影響設備結構體的正常維修行為。本次實驗中，將濾網臟堵問題和零件損壞數量作為指標，以A品牌和B品牌的兩種機械壓縮機作為實驗對象，在其實際使用過程中濾網臟堵數量統計結果如表1所示。兩種壓縮機零配件損壞數量統計如表2所示。以上實驗結果表明，與傳統方法相比，應用所提方法能夠有效降低壓縮機管道濾網臟堵數量和壓縮機零配件損壞數量，說明所提維修方法可靠性較強。為進一步驗證所提方法的應用性能，在安全度約束法則的作用下，利用所提方法對壓縮機故障進行維修，將針對某企業近10年的真實維修費用與所提方法下的維修費用進行對比分析(如表3所示)。綜上可知，結合安全度約束法則后，壓縮機的維修費出現明顯下降;隨著設備使用年限的增加，設備的維修費用呈現逐年上升趨勢;淘汰老舊應用設備后，機械單體的維修費用有一定程度降低，能夠優化建筑企業的各項施工資源。
3結束語
在安全度約束法則作用下，已出現損壞狀態的壓縮機能夠得到有效維修，且隨著使用時間的延長，實際消耗的維修費用也得到了有效控制，符合對建筑型應用機械進行合理保護的應用初衷。
作者：王旭 單位：寧夏回族自治區水文環境地質調查院
