ICS 23.140 CCS J 72
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T41099—2021
往复活塞压缩机监测系统规范
Specifications for monitoring system for reciprocating compressors
2021-12-31发布
2022-07-01实施
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会 发布 GB/T41099—2021
目 次
前言 1 范围
规范性引用文件 3 术语和定义
2
通用要求监测要求监测软件信号处理与特征提取 8 参数报警与分析诊断
4
5
6
7
监测分析报告附录A（资料性） 监测信号正常范围附录B（资料性） 常用传感器测点配置方案附录C（资料性） 常用传感器测点安装布置方案附录D（资料性） 监测特征参数计算方法…· 附录E（资料性） 常见故障监测特征对照表附录F（资料性） 监测分析报告模板参考文献
9
14
16
1
18
图C.1 常用传感器测点布置示意图图C.2 十字头滑道外壳振动传感器测点布置示意图图C.3 曲轴箱振动传感器测点布置示意图图 C.4 活塞杆偏移传感器测点布置示意图图 C.5 气缸振动与动态压力传感器测点布置示意图图 D.1 活塞杆轴心轨迹计算图
11 12 12 13 13 F
表1 监测类别、传感器安装位置、传感器选择、信号采集方式及报警表2 传感器基本参数表3监测软件可视化分析诊断功能· 表A.1 监测信号正常参考范围表 B.1 具备十字头、活塞杆结构的往复活塞压缩机标配传感器测点配置表B.2 不具备十字头、活塞杆结构的往复活塞压缩机标配传感器测点配置表B.3 具备十字头、活塞杆结构的往复活塞压缩机选配传感器测点配置表B.4 不具备十字头、活塞杆结构的往复活塞压缩机选配传感器测点配置表C.1 传感器推荐安装方式表E.1 常见故障监测特征对照表
.
16 GB/T 41099—2021
前言
本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任本文件由中国机械工业联合会提出本文件由全国压缩机标准化技术委员会（SAC/TC145）归口。 本文件起草单位：合肥通用机械研究院有限公司、北京化工大学、沈阳鼓风机集团往复机有限公司、
中石化广州工程有限公司、无锡压缩机股份有限公司、浙江强盛压缩机制造有限公司、北京博华信智科技股份有限公司、沈阳申元自动化科技有限公司。
本文件主要起草人：张进杰、钱则刚、任芳、孟文惠、杨成炯、江志农、尚勇军、曹君、于晓昆、李立、 盛晓尘、王利兵、邓化科、刘昶志。
I GB/T41099—2021
往复活塞压缩机监测系统规范
1范围
本文件规定了往复活塞压缩机监测系统（以下简称监测系统）的术语和定义、通用要求、监测要求
监测软件、信号处理与特征提取、参数报警与分析诊断、监测分析报告。
本文件适用于往复活塞压缩机的监测系统。
2规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB3836.1爆炸性环境第1部分：设备 看通用要求 GB/T20921机器状态监测与诊断词汇
3术语和定义
GB/T20921界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
往复活塞压缩机监测 reciprocatingcompressormonitoring 通过数据采集设备，采用在线、离线等方式采集往复活塞压缩机键相、振动、偏移、温度、压力等信
号，经过滤波、放大、特征提取等一系列数据处理，获得往复活塞压缩机运行状态特征参数，存储于数据处理与存储设备，实现往复活塞压缩机运行状态的监测、分析。 3.2
整周期数据采集 the whole cycledata acquisition 按照往复活塞压缩机周期性工作进行数据采集，数据的长度对应一个或多个往复活塞压缩机工作
循环。 3.3
SAG
键相监测keyphasemonitoring 通过在往复活塞压缩机曲轴或飞轮上粘贴金属块或加工键相槽，监测往复活塞压缩机曲柄转角和
各缸活塞位置的基准方位信号。 3.4
全通道同步数据采集synchronousdataacquisitionofallchannels 单个或多个数据采集设备的所有采集通道按照统一指令同步完成数据采集。
3.5
连续数据采集 continuousdataacquisition 按照某个采样率，连续不遗漏地进行数据采集，实现往复活塞压缩机连续工作循环振动、偏移、转速
等信号的监测。
1 GB/T410992021
3.6
间隔数据采集intervaldataacquisitior 按照某个采样率和固定的间隔时间，进行数据采集，实现间隔时间段内往复活塞压缩机单个或多个
工作循环振动、偏移、转速等信号的监测 3.7
活塞杆偏移监测pistonroddisplacementdeviationmonitoring 在与活塞杆中心轴线垂直的方向上安装电涡流传感器，监测活塞杆运动过程中的偏移信号。
3.8
活塞杆轴心轨迹监测pistonrodaxesorbitmonitoring 通过监测活塞杆偏移的电涡流传感器，监测与活塞杆中心轴线垂直且夹角为90的两个方向的偏
移信号，计算获得活塞杆多个截面几何中心的运动轨迹 3.9
曲轴箱振动监测 crankcasevibration monitoring 通过加速度或速度传感器监测曲轴箱壳体振动信号。
3.10
十字头滑道外壳振动监测crossheadguidehousingvibrationmonitoring 通过加速度传感器监测十学头滑道外壳体振动信号。
3.11
气缸动态压力监测cylinderdynamicpressuremonitoring 通过压力传感器监测缸体工作腔内部瞬态压力信号。
3.12
气缸振动监测cylindervibrationmonitoring 通过加速度传感器监测气缸外壳体轴向、水平径向、垂直径向振动信号
3.13
频率响应f frequency response 用来描述传感器等仪器设备对不同频率信号的处理能力及差异。
3.14
气量无级调节系统steplesscapacityadjustmentsystem 通过改造进气阀或气缸等部件，实现往复活塞压缩机排气量无级调节的综合控制系统。
3.15
数据通信datacommunications 往复活塞压缩机不同系统间的数据传输和交换，可采用标准通信协议或自定义协议，可包括网络通
信、串口通信等。 3.16
机组概貌图 overviewgraph of equipmen 展示机组整体外形结构简图，并在该图上显示机组监测参数的实时变化，完成报警提示等功能。
3.17
数据采集设备dataacquisitionequipment 从传感器或其他待测设备中，自动采集非电量或电量信号，传输至上位机中进行分析处理的设备
3.18
p-t 图pressure-time graph 将压缩机工作腔内气体压力的变化，表示为压缩机运行时间的函数的图形
2 GB/T41099—2021
3.19
p-V图pressure-volume graph 将压缩机工作腔内气体压力的变化，表示为工作腔容积的函数的图形。
3.20
p- 图pressure-crank angle graph 将压缩机工作腔内气体压力的变化，表示为曲柄转角的函数的图形。
3.21
曲柄转角crankangle 曲柄所转过的角度， [来源:JB/T9107—2015,4.49]。
3.22
不间断电源 uninterruptiblepower supply UPS电源含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的连续供电电源，用于给单台计算机、计算机
网络系统或其他电力电子设备提供不间断的电力供应。 3.23
分布式控制系统 distributed control system DCS 系统以微处理器为基础，采用控制功能分散、显示操作集中、兼顾分而自治和综合协调的设计原则的仪
表控制系统。 3.24
企业资源计划系统 enterprise resource planning system ERP系统将企业内部以及企业外部供需链上所有的资源与信息进行统一管理的系统
4通用要求
SAC
4.1除本文件规定的设备及测量方法外，不排斥使用其他同等精度或更高精度的设备及测量方法。所有会影响信号采集的检验、测量、处理设备及装置，均应定期或在使用前对照已检定的符合相应国家标准的设备进行校验。 4.2监测系统可选择但不限于键相、十字头滑道外壳振动、曲轴箱振动、活塞杆偏移、进气阀阀腔温度、 排气阀阀腔温度、气缸振动、气缸动态压力、进排气温度、进排气压力等信号的监测。 4.3各类传感器应安全、准确、可靠，且其安装不应对机组正常运行造成不良影响。 4.4所有电气设备、仪表、元件及材料的选择与安装都应适用于规定的电气危险场所分类，并符合 GB3836.1的要求。 4.5传感器至数据采集设备之间的信号回路应保证连接正确、可靠，信号回路调试与数据一般性判断参见附录A的规定。 4.6数据采集设备应具备第三方准确性、可靠性测试证明材料，包括但不限于高低温工作试验、高低温贮存试验、电磁兼容性试验、可靠性试验、振动试验等 4.7监测系统应满足与DCS系统、ERP系统、气量无级调节系统、设备管理平台进行状态控制信号和监测数据交互的需求，同时不应对上述系统的正常运行造成不良影响。
3 GB/T41099—2021
4.8 监测系统应包含可视化的分析诊断软件，对机组运行状态进行分析与故障诊断 4.9 监测系统应配备UPS电源，以保证监测系统长期稳定运行。
5 监测要求
5.1 传感器测点布局 5.1.1 监测系统传感器测点的配置、安装及布置方案参见附录B与附录C， 5.1.2传感器测点数量取决于机组大小、机械结构及气缸、气阀数量，且应根据往复活塞压缩机的结构特点和特性参数进行合理有效配置。 5.1.3监测类别、传感器安装位置、传感器选择、信号采集方式及是否报警宜按表1的规定。
表1监测类别、传感器安装位置、传感器选择、信号采集方式及报警
是否报警是
序号
传感器安装位置
监测类别
传感器选择
信号采集方式
由机组设计制造、构建控制 由机组设计制造、构 由DCS系统或其他系统需求确定
常规工艺监测
建控制系统需求确定 控制系统通信数据
曲轴或与曲轴连接的飞轮，传动轴、齿轮盘、联轴器等旋转部件
接近开关传感器或电 原始信号采集
否
键相监测
2
涡流传感器
十字头滑道外壳振动监测
十字头滑道外壳体
加速度振动传感器 原始信号采集
是
3
曲轴箱与气缸相连的侧面， 加速度振动传感器或
原始信号采集
是
曲轴箱振动监测
4
速度振动传感器
采用对角线布置每个气缸填料函与曲轴箱之间可见活塞杆的位置，宜 电涡流传感器选择主填料函外侧
是
5 活塞杆偏移监测
原始信号采集
6 进气阀阀腔温度监测 进气阀阀孔盖壳体
铂热电阻温度传感器 原始信号采集铂热电阻温度传感器 原始信号采集加速度振动传感器 原始信号采集动态压力传感器
是是是是
排气阀阀腔温度监测 排气阀阀孔盖壳体
7
气缸径向或轴向壳体气缸示功孔
8 气缸振动监测
气缸动态压力监测
原始信号采集
9
5.2传感器安装要求 5.2.1 粘贴、磁力吸附、螺纹固定、焊接等各种安装方式均应保证传感器及其他设备安装的强度与可靠性，不应发生脱落、松动等故障。 5.2.2监测传感器安装不应影响机组的支撑刚度和高压气体的密封性。 5.2.3监测传感器安装位置应根据机组结构、监测需求及用户要求进行合理选择 5.2.4气缸卧式布局的机组，活塞杆偏移传感器安装角度宜包括竖直与水平两个方向；气缸立式布局的机组，活塞杆偏移传感器安装角度宜包括与活塞杆轴线垂直且夹角为90°的两个方向。
M GB/T41099—2021
5.3传感器参数要求
传感器基本参数要求宜按表2的规定。
表2传感器基本参数
序号
传感器类型
基本参数要求
测量范围：不小于士50g峰值频率响应范围（士3dB)：0.5Hz10000Hz
1
加速度振动传感器
测量范围：不小于士100mm/s峰值；频率响应范围（士3dB)：3Hz～3000Hz 测量范围：不小于4mm；标准线性偏差：小于士0.1mm；频率响应范围（0dB，3dB)：0Hz~8000Hz 额定检测距离：不小于8mm；开关频率：0Hz~1500Hz
速度振动传感器
2
电涡流传感器
T2
接近开关传感器
4
耐压范围：满足气缸工作压力范围：精度要求：不超过量程的士0.5%
动态压力传感器
5
5.4 数据采集设备基本性能要求
5.4.1数据采集设备宜选择在线监测模式。 5.4.2数据采集设备应支持全通道同步数据采集、连续数据采集、间隔数据采集。单个采集通道最高采样率应不低于10kHz；全通道同步数据采集时所有通道的数据同步时间差应不大于40us。 5.4.3数据采集设备每个信号通道的模数转换精度应不低于16位。 5.4.4数据采集设备应具备网络通信故障下继续数据采集和存储的功能。 5.4.5数据采集设备的信号通道应可进行模块化组合，模块化组合应至少包括加速度振动信号通道、 速度振动信号通道、位移信号通道、键相信号通道、温度信号通道、动态压力信号通道 5.4.6当应用环境存在防爆要求时，数据采集设备至传感器之间的完整信号回路应符合现场防爆区域要求；在线数据采集设备应具备安装在往复活塞压缩机旁防爆型机柜或防爆箱内进行使用的能力。 5.4.7数据采集设备应具备直接接入加速度振动传感器、电涡流传感器、速度振动传感器、铂热电阻温度传感器、接近开关传感器、动态压力传感器的能力，应满足对各类传感器频率响应范围内最大输出信号进行采集的要求。在传感器频率响应范围内，设备的温度采集误差应小于土2℃，其他类型信号采集误差应小于信号量程的土2%。 5.5数据处理与存储设备基本性能要求 5.5.1数据处理与存储设备硬盘容量应满足单台往复活塞压缩机在线监测数据存储不少于3年的要求。 5.5.2数据处理与存储设备的中央处理器、内存、硬盘应选择同时期主流配置。
6监测软件
6.1 监测软件应包括但不限于数据采集软件、数据通信软件、数据管理软件、故障报警软件、数据分析
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