【壓縮機網(wǎng)】本文主要分析了壓縮機喘振檢測技術的專利申請情況，歸納了該技術的專利在不同國家的數(shù)量分布，在國外與國內的申請趨勢以及主要申請人?？偨Y了該技術領域的主要技術分支及申請量分布，并對主要技術分支進行了分析，為該技術領域的進一步發(fā)展提供了有利信息。
壓縮機作為一種提高氣體壓力的通用機械，在國民經(jīng)濟的許多部門占有重要地位，其被廣泛應用于冶金工業(yè)（高爐鼓風、氧氣煉鋼、氧氣制取等）、石油化工（油田注氣、合成氨、尿素、乙烯、石油精煉等）、天然氣輸送、制冷、航空和動力（航空發(fā)動機、燃氣輪機、內燃機增壓、動力風源等）等工業(yè)部門。壓縮機是整個工廠的心臟和關鍵設備，在生產(chǎn)中發(fā)揮著極其重要的作用，因而其工作的安全性和可靠性往往對整個工業(yè)系統(tǒng)的正常運行起到了決定性的作用。
喘振是壓縮機組由于工況變化等因素影響而運行在小流量時候發(fā)生的不穩(wěn)定流動狀態(tài)。這些不穩(wěn)定流動現(xiàn)象的存在對壓縮機機組的結構產(chǎn)生了極大危害，如喘振過程中機組會產(chǎn)生劇烈振動，對密封、軸承和葉輪等都會產(chǎn)生極大損傷，壓縮機在短時間內的載荷的變化，對驅動系統(tǒng)也是不利的。這種情況如果得不到重視，輕則引起企業(yè)和工廠的停車事故，帶來較大經(jīng)濟損失，重則產(chǎn)生機毀人亡、生產(chǎn)癱瘓等重大事故。
因此，對壓縮機運行狀態(tài)進行監(jiān)測，判斷喘振狀態(tài)，識別喘振先兆已成為壓縮機喘振研究的重要課題，加強對離心壓縮機喘振機理和危害性的研究與認識不管從理論還是實際應用中都具有十分重要的意義。
1 分析樣本
本文選取中國專利文摘數(shù)據(jù)庫（CNABS）和外文數(shù)據(jù)庫（VEN）作為檢索庫。為了獲得較為全面的中外文分析樣本，筆者采用IPC（目前唯一國際通用的專利文獻分類檢索工具）分類號F04D27／02，F(xiàn)04D27／02進行檢索，獲得壓縮機的降噪技術領域的專利文獻共226篇作為分析樣本（中文文獻為101篇，外文文獻125篇，由于申請文件的公開需要一段時間，因此，分析樣本中并未包含2016年、2017年的全部專利申請）。需要注意的是，本文把外國在中國申請的同族專利（同族專利是基于同一優(yōu)先權文件，在不同的國家或地區(qū)以及地區(qū)間專利組織多次申請、多次公布或批準的內容相同或基本相同的一組專利文獻）列入中國專利，且將具有多篇同族的專利計作一篇文獻。
2 壓縮機喘振檢測技術專利分析
2.1 專利產(chǎn)出國家和地區(qū)分布及國內外申請趨勢分析
專利申請產(chǎn)出國家和地區(qū)一般是指一項技術的原創(chuàng)國家和地區(qū)。一般而言，一個國家和地區(qū)擁有的原創(chuàng)技術越多，說明其在該技術領域的研發(fā)能力和技術實力越強。圖1為對檢索到的專利文獻產(chǎn)出國家和地區(qū)進行的統(tǒng)計分析。從圖中可以看出，排名前三位的國家和地區(qū)分別為美國、日本和中國，并且排名第一位的美國的申請量要遠遠高于其他國家，達到了總申請量的44.80％，單從數(shù)量上來看，顯示出極高的研發(fā)活躍度。排名第二位的日本其申請量占總申請量的21.90％，也彰顯出其在壓縮機喘振檢測領域的研發(fā)投入程度。中國的申請量略小于日本，占到總申請量的17.10％。
在具體分析國內的壓縮機喘振檢測專利申請狀況時，需要先了解國內專利申請在全球專利申請中的整體分布，圖2示出了國內外專利申請比較圖。
從圖中可以看出，在壓縮機喘振檢測技術領域，國內的發(fā)展比國外大約晚了40年，壓縮機喘振檢測領域的核心技術仍然掌握在國外申請人手中。但是，從趨勢圖中可以看出，國內在該領域的申請量自2004年起呈上升增長趨勢，這其中與近年來中國鼓勵發(fā)明專利申請的大趨勢有很大關系，另外也能體現(xiàn)國內在這一領域的重視程度也在上升，雖然落后了國外一段時間，不過還有一定的發(fā)展空間。
2.2 中國專利申請狀況
2.2.1 中國專利申請整體走勢
圖3示出了關于壓縮機喘振檢測技術中國專利申請整體走勢，從圖中可以看出，在中國專利申請中，國外來華申請占了相當大的比例，以2001年為界，此前都為國外來華申請，2001年中國科學院工程熱物理研究所提交了該領域的第一件國內申請人專利申請，此后國內申請人的相關專利呈逐漸上升趨勢，國內企業(yè)對于壓縮機喘振檢測的研究自2001年開始，這與國內壓縮機相關企業(yè)的發(fā)展離不開關系，然而在壓縮機使用的過程中，喘振一直是困擾企業(yè)生產(chǎn)的一大難題，企業(yè)也在對其進行研究，國內企業(yè)因此也尋求與國內高校的合作，以期獲得更好的資源平臺和更強的研究力量。
2005年哈爾濱工程大學提交了該領域的第一件高校專利申請，此后，國內高校對于壓縮機喘振檢測的研究逐年增多，專利申請量也相應增加，西安交通大學、北京工業(yè)大學、華北電力大學等高校對該領域的研究相對較多。
圖4將國內申請人具體拆分，示出了國內申請人中國內企業(yè)、國內高校和國外來華申請量的比例，其中，國外來華占了41.20％，國內企業(yè)占了36.30％，而國內高校則占了22.50％。在國內企業(yè)中，西安陜鼓動力有限公司等國內鼓風機廠對于壓縮機喘振檢測的研究較多，這與其企業(yè)生產(chǎn)密切相關，有需求則有研究；寶山鋼鐵、首都鋼鐵、武漢鋼鐵等鋼鐵企業(yè)對于壓縮機喘振檢測也有相關的研究，這與鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)中離不開壓縮機有很大的關系。從圖3和圖4中也可以發(fā)現(xiàn)，該領域的專利申請人均為企業(yè)和高校，這是因為壓縮機領域技術含量較高，機電技術結合緊密，結構較復雜，發(fā)展也比較快，只有在壓縮機運行生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)喘振的問題，才有解決問題的動機，因此沒有一定專業(yè)背景或者從業(yè)經(jīng)驗的個人不會輕易嘗試該領域的專利申請。
2.2.2 中國專利申請主要申請人
圖5示出了國內專利申請量排名前10的申請人，主要考慮申請人歷年的申請總量，按照申請總量進行排名。
排名前10的申請人中，國外來華申請人有7位，其中美國來華企業(yè)有5位，包括江森自控、約克國際、通用電氣、西門子、開利公司，足以可見美國企業(yè)對中國市場的重視程度。西安陜鼓動力有限公司在壓縮機領域的研究比較有深度，因而成為國內該領域的重要申請人。而眾多的國內壓縮機相關企業(yè)，如江蘇乘帆壓縮機有限公司、杭州哲達科技股份有限公司、三一能源重工有限公司、無錫杰爾壓縮機有限公司對壓縮機喘振檢測技術的研究有所涉獵，但鑒于其企業(yè)規(guī)模、生產(chǎn)規(guī)模、科研力量等綜合原因，其研究力度和深度仍具備較大的上浮空間。國內高校中在壓縮機喘振檢測領域的申請量排名靠前的為哈爾濱工程大學和北京工業(yè)大學，高校院所一直是壓縮機喘振檢測技術研究不容忽視的一股強大的力量。
2.3 國外專利申請狀況
本節(jié)主要對國外專利申請狀況的趨勢以及全球專利重要申請人進行分析，從中得到相關的壓縮機喘振檢測技術發(fā)展趨勢，以及各階段專利申請國家分布和主要申請人。其中以每個同族中最早優(yōu)先權日期視為該申請的申請日，一系列同族申請視為一件申請。
2.3.1 全球專利申請趨勢
圖6示出了壓縮機喘振檢測技術全球專利申請趨勢，大致可以分為4個時期，各時期劃分以申請量增長率的變化為標準。
1）萌芽期（1955—1980年）
60年代初到71年代末，是故障診斷技術開始起步但尚未成熟的時期。美國是開發(fā)故障診斷技術最早的國家。在1955年，關于壓縮機喘振檢測技術的首件專利在美國提出申請；此外，在壓縮機喘振檢測技術的發(fā)展萌芽期，美國提出了較多的專利申請，這與其在故障診斷技術領域的領先密切相關。歐洲的德國在壓縮機喘振診斷技術領域也具有較為先進的水平。
2）停滯期（1981—1995年）
從圖6可見，從1981年開始，關于壓縮機喘振檢測技術的專利每年的申請量相比1981年前的申請量沒有發(fā)生顯著地增加，而申請人數(shù)量相較之前有小幅度增長，申請人和申請人的發(fā)展總體趨勢趨于平穩(wěn)，可見該階段關于壓縮機喘振檢測技術的專利申請量進入了停滯期。
3）增長期（1995—2005年）
由圖6中可以看出，在1999--2005年之間，關于壓縮機喘振檢測技術的申請量呈現(xiàn)跨越式增長，可謂是該技術發(fā)展的爆發(fā)時期，這也是壓縮機產(chǎn)業(yè)在這段時間迅猛發(fā)展的一個側面寫照，說明壓縮機行業(yè)對于檢測壓縮機喘振、保障安全生產(chǎn)的需求急劇增加，對于這方面的技術關注度也急劇的提升，才會出現(xiàn)了量的飛躍。在這段期間內，利用計算機對壓縮機喘振進行檢測已成為重要的檢測及診斷手段，而且國外對于計算機診斷系統(tǒng)也在積極地進行研制中。
4）穩(wěn)定期（2005年至今）
由圖6可以看出，壓縮機喘振檢測技術專利申請量從2005年往后呈現(xiàn)穩(wěn)定趨勢，申請量每年較為平均，表示各大企業(yè)都認為該技術已經(jīng)發(fā)展到了成熟階段，沒有較大的突破口了，僅有個別支柱企業(yè)仍在做該方面的研究（其中2017年的專利數(shù)據(jù)量由于部分專利申請未公開而不完整，因此不納入分析范圍，下同）。
2.3.2 美國和日本的專利申請
由圖7可以看出，在申請量方面，美國處于全球首位，這與其最先發(fā)展故障診斷技術有很大關系。日本的壓縮機喘振檢測技術起步稍晚，但發(fā)展迅速，僅次于美國。
由圖8也可以看出，在壓縮機喘振檢測技術領域，排名前10的申請人中美國企業(yè)占了7位，日本企業(yè)占了3位，排名前10的申請人被美國和日本企業(yè)包攬，足以證明美日在壓縮機喘振檢測領域的遙遙領先的地位。
2.4 主要技術分支
通過對目前公開的壓縮機喘振檢測技術的全球專利申請進行分析和梳理，并根據(jù)實現(xiàn)喘振檢測所采取的技術手段進行歸類匯總，得出該領域的主要技術分支及申請量比重如圖9所示。實現(xiàn)喘振檢測的技術手段可歸為性能檢測、機械檢測和無損檢測這3種類型的二級分支。下面結合圖9對這3個二級技術分支做詳細介紹。
1）性能檢測
性能檢測就是對壓縮機流體通道的參數(shù)進行檢測，以實時監(jiān)測壓縮機的運行狀態(tài)，判斷是否可能出現(xiàn)喘振或者判斷是否正在發(fā)生喘振，以及進一步判斷喘振程度為輕度喘振、中度喘振或者是嚴重喘振，為后續(xù)的預測防范或主動控制提供依據(jù)。進一步地，根據(jù)檢測的參數(shù)的選擇類型，性能檢測這一技術手段又分為以下6個三級分支：壓力、流量、溫度、轉速、電流和其他。對壓縮機流體通道的某一類參數(shù)進行檢測，例如為了簡化喘振檢測的結構或者是為了節(jié)約系統(tǒng)的成本等，包括：
a.壓力參數(shù)，包括出口壓力、進口壓力、壓差、壓力波動值、蒸發(fā)器處壓力、冷凝器處壓力等，由于壓力信號是反映壓縮機即將發(fā)生喘振或正在喘振的直接判斷信號，因此對壓力參數(shù)進行檢測是申請人一直以來經(jīng)常采用的手段，檢測時考慮壓力參數(shù)進行檢測的申請量在性能檢測中占比41.2％。
b.流量參數(shù)，包括流量、流速、流量比率等，流量參數(shù)是反映壓縮機運行狀態(tài)的直接判斷信號，其與壓力參數(shù)結合使用的幾率較大，檢測時考慮壓力參數(shù)進行檢測的申請量在性能檢測中占比17.6％。
c.溫度參數(shù)，包括檢測進口溫度、出口溫度、溫度變化值等，壓縮機系統(tǒng)的溫度情況反映了壓縮機是否穩(wěn)定運行，檢測時考慮溫度參數(shù)進行檢測的申請量在性能檢測中占比16.2％。
d.轉速參數(shù)，即壓縮機主軸的轉速，壓縮機主軸轉速的高低以及變化情況也反映了壓縮機是否穩(wěn)定運行，檢測時考慮轉速參數(shù)進行檢測的申請量在性能檢測中占比9％。
e.電流參數(shù)，包括壓縮機電機的電流、功率等，壓縮機電機的電流、功率參數(shù)是反映壓縮機運行情況的前端參數(shù)，相較于壓力、流量、溫度或轉速參數(shù)，測量較易，且反映壓縮機運行情況無滯后性，因此在檢測時考慮電機電流或功率是目前研究的發(fā)展方向，考慮電流參數(shù)進行檢測的申請量在性能檢測中占比11.8％。
f.其它參數(shù)，包括檢測壓縮機的回流、倒流情況，構造性能地圖等方式，占比4％。
2）機械檢測
性能檢測就是對壓縮機的機械情況進行檢測，機械檢測這一技術手段又分為以下兩個三級分支：軸振動和葉片或導葉等的狀態(tài)。喘振就是壓縮機的振動，因此直接檢測壓縮機軸的振動或位移，或者檢測葉片或導葉等的狀態(tài)，能夠直接判定喘振。
a.軸振動，采用位移傳感器檢測壓縮機軸的橫向振動和縱向振動，與設定的穩(wěn)定運行時的閾值進行比較，可設置多個大小不同的閾值，進而對比判斷得出喘振先兆、輕度喘振、中度喘振或嚴重喘振。
b.葉片、導葉等的位置，包括測量導葉的開度，測量動葉片安裝的角度，導葉的位置，轉子葉片的通過率等，并進行相應的信號處理和分析，判定喘振先兆或喘振。
3）無損檢測
無損檢測是利用聲、電等對壓縮機運行狀態(tài)進行檢測，分為以下兩個三級分支：聲能探測和靜電探測。壓縮機在發(fā)生喘振時機組會發(fā)生較大的噪聲，與正常運行時的噪聲大小不同，因此檢測壓縮機運行時的噪聲大小能夠判定喘振；靜電探測是用靜電探針對壓縮機某些位置的情況進行探測，例如可探測入口氣流等，判定是否出現(xiàn)倒流，判定喘振。
a.聲能檢測，檢測壓縮機的轉動噪聲或檢測壓縮機徑向擴散器的聲能數(shù)值，例如用壓力傳感器測聲壓等，與穩(wěn)定運行時的聲能閾值進行比較，可設置多個閾值，指示喘振先兆或判定喘振。
b.靜電探測，采用靜電探針，探針的尖端部設置在氣體人口，向探針尖端部提供偏移電壓，靜電探針指示倒流的先兆。
對各技術分支的申請量進行橫向比較，從圖9中可以看出，在3種類型的改進中，考慮性能參數(shù)的檢測技術占總申請量的68％，考慮機械參數(shù)的檢測技術占總申請量的21％，考慮無損檢測的檢測技術占總申請量的11％?？梢姡瑥募夹g分支的申請量上來看，該領域的研究相對集中在考慮性能參數(shù)對喘振進行檢測，這與喘振現(xiàn)象的直接表現(xiàn)、技術的發(fā)展情況相關。
同時，對各二級分支的三級分支進行進一步分析可以看出，考慮機械參數(shù)的檢測技術主要考慮壓力、流量和溫度參數(shù)，考慮電流參數(shù)的申請較前沿；考慮機械參數(shù)的檢測技術主要集中在檢測壓縮機組的振動情況，占該類改進申請總量的67％；而考慮無損檢測的檢測技術則主要集中在檢測壓縮機組的噪聲，達到了該類申請總量的75％。
3 結束語
通過針對壓縮機喘振檢測技術進行數(shù)量型分析和技術性梳理，可以看出，這一領域從現(xiàn)有技術構型上劃分成的技術分支——性能檢測、機械檢測、無損檢測技術已經(jīng)相對全面。同時，國內申請起步較晚，近年來對于該領域的關注度處于持續(xù)上升中，但是技術上仍不夠全面，不具有針對性，在專利數(shù)量上與國外尤其是美國和日本還存在較大差距。在今后科研中，國內申請人應重視技術性改進，同時結合多種手段實現(xiàn)技術效果的多方面性，以技術創(chuàng)新帶動實際生產(chǎn)。
參考文獻
[1] 童國宇，趙純意．壓縮機喘振與喘振檢測控制探討[J]．通用機械，2007(12）：44—46．
[2] 金星，姜長泓，王盛慧．離心式空壓機防喘振廣義預測控制方法的研究[J]．東北師大學報(自然科學版），2010，42(4）：76—79．
[3] 田春波．離心式壓縮機的防喘振控制[J-1．石化技術，2007(1）：44—46．
[4] 聶超群，戴冀，廖生芳，等．離心壓縮系統(tǒng)喘振先兆的實驗研究[J]．工程熱物理學報，1997(3）：306—310
壓縮機作為一種提高氣體壓力的通用機械，在國民經(jīng)濟的許多部門占有重要地位，其被廣泛應用于冶金工業(yè)（高爐鼓風、氧氣煉鋼、氧氣制取等）、石油化工（油田注氣、合成氨、尿素、乙烯、石油精煉等）、天然氣輸送、制冷、航空和動力（航空發(fā)動機、燃氣輪機、內燃機增壓、動力風源等）等工業(yè)部門。壓縮機是整個工廠的心臟和關鍵設備，在生產(chǎn)中發(fā)揮著極其重要的作用，因而其工作的安全性和可靠性往往對整個工業(yè)系統(tǒng)的正常運行起到了決定性的作用。
喘振是壓縮機組由于工況變化等因素影響而運行在小流量時候發(fā)生的不穩(wěn)定流動狀態(tài)。這些不穩(wěn)定流動現(xiàn)象的存在對壓縮機機組的結構產(chǎn)生了極大危害，如喘振過程中機組會產(chǎn)生劇烈振動，對密封、軸承和葉輪等都會產(chǎn)生極大損傷，壓縮機在短時間內的載荷的變化，對驅動系統(tǒng)也是不利的。這種情況如果得不到重視，輕則引起企業(yè)和工廠的停車事故，帶來較大經(jīng)濟損失，重則產(chǎn)生機毀人亡、生產(chǎn)癱瘓等重大事故。
因此，對壓縮機運行狀態(tài)進行監(jiān)測，判斷喘振狀態(tài)，識別喘振先兆已成為壓縮機喘振研究的重要課題，加強對離心壓縮機喘振機理和危害性的研究與認識不管從理論還是實際應用中都具有十分重要的意義。
1 分析樣本
本文選取中國專利文摘數(shù)據(jù)庫（CNABS）和外文數(shù)據(jù)庫（VEN）作為檢索庫。為了獲得較為全面的中外文分析樣本，筆者采用IPC（目前唯一國際通用的專利文獻分類檢索工具）分類號F04D27／02，F(xiàn)04D27／02進行檢索，獲得壓縮機的降噪技術領域的專利文獻共226篇作為分析樣本（中文文獻為101篇，外文文獻125篇，由于申請文件的公開需要一段時間，因此，分析樣本中并未包含2016年、2017年的全部專利申請）。需要注意的是，本文把外國在中國申請的同族專利（同族專利是基于同一優(yōu)先權文件，在不同的國家或地區(qū)以及地區(qū)間專利組織多次申請、多次公布或批準的內容相同或基本相同的一組專利文獻）列入中國專利，且將具有多篇同族的專利計作一篇文獻。
2 壓縮機喘振檢測技術專利分析
2.1 專利產(chǎn)出國家和地區(qū)分布及國內外申請趨勢分析
專利申請產(chǎn)出國家和地區(qū)一般是指一項技術的原創(chuàng)國家和地區(qū)。一般而言，一個國家和地區(qū)擁有的原創(chuàng)技術越多，說明其在該技術領域的研發(fā)能力和技術實力越強。圖1為對檢索到的專利文獻產(chǎn)出國家和地區(qū)進行的統(tǒng)計分析。從圖中可以看出，排名前三位的國家和地區(qū)分別為美國、日本和中國，并且排名第一位的美國的申請量要遠遠高于其他國家，達到了總申請量的44.80％，單從數(shù)量上來看，顯示出極高的研發(fā)活躍度。排名第二位的日本其申請量占總申請量的21.90％，也彰顯出其在壓縮機喘振檢測領域的研發(fā)投入程度。中國的申請量略小于日本，占到總申請量的17.10％。
在具體分析國內的壓縮機喘振檢測專利申請狀況時，需要先了解國內專利申請在全球專利申請中的整體分布，圖2示出了國內外專利申請比較圖。
從圖中可以看出，在壓縮機喘振檢測技術領域，國內的發(fā)展比國外大約晚了40年，壓縮機喘振檢測領域的核心技術仍然掌握在國外申請人手中。但是，從趨勢圖中可以看出，國內在該領域的申請量自2004年起呈上升增長趨勢，這其中與近年來中國鼓勵發(fā)明專利申請的大趨勢有很大關系，另外也能體現(xiàn)國內在這一領域的重視程度也在上升，雖然落后了國外一段時間，不過還有一定的發(fā)展空間。
2.2 中國專利申請狀況
2.2.1 中國專利申請整體走勢
圖3示出了關于壓縮機喘振檢測技術中國專利申請整體走勢，從圖中可以看出，在中國專利申請中，國外來華申請占了相當大的比例，以2001年為界，此前都為國外來華申請，2001年中國科學院工程熱物理研究所提交了該領域的第一件國內申請人專利申請，此后國內申請人的相關專利呈逐漸上升趨勢，國內企業(yè)對于壓縮機喘振檢測的研究自2001年開始，這與國內壓縮機相關企業(yè)的發(fā)展離不開關系，然而在壓縮機使用的過程中，喘振一直是困擾企業(yè)生產(chǎn)的一大難題，企業(yè)也在對其進行研究，國內企業(yè)因此也尋求與國內高校的合作，以期獲得更好的資源平臺和更強的研究力量。
2005年哈爾濱工程大學提交了該領域的第一件高校專利申請，此后，國內高校對于壓縮機喘振檢測的研究逐年增多，專利申請量也相應增加，西安交通大學、北京工業(yè)大學、華北電力大學等高校對該領域的研究相對較多。
圖4將國內申請人具體拆分，示出了國內申請人中國內企業(yè)、國內高校和國外來華申請量的比例，其中，國外來華占了41.20％，國內企業(yè)占了36.30％，而國內高校則占了22.50％。在國內企業(yè)中，西安陜鼓動力有限公司等國內鼓風機廠對于壓縮機喘振檢測的研究較多，這與其企業(yè)生產(chǎn)密切相關，有需求則有研究；寶山鋼鐵、首都鋼鐵、武漢鋼鐵等鋼鐵企業(yè)對于壓縮機喘振檢測也有相關的研究，這與鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)中離不開壓縮機有很大的關系。從圖3和圖4中也可以發(fā)現(xiàn)，該領域的專利申請人均為企業(yè)和高校，這是因為壓縮機領域技術含量較高，機電技術結合緊密，結構較復雜，發(fā)展也比較快，只有在壓縮機運行生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)喘振的問題，才有解決問題的動機，因此沒有一定專業(yè)背景或者從業(yè)經(jīng)驗的個人不會輕易嘗試該領域的專利申請。
2.2.2 中國專利申請主要申請人
圖5示出了國內專利申請量排名前10的申請人，主要考慮申請人歷年的申請總量，按照申請總量進行排名。
排名前10的申請人中，國外來華申請人有7位，其中美國來華企業(yè)有5位，包括江森自控、約克國際、通用電氣、西門子、開利公司，足以可見美國企業(yè)對中國市場的重視程度。西安陜鼓動力有限公司在壓縮機領域的研究比較有深度，因而成為國內該領域的重要申請人。而眾多的國內壓縮機相關企業(yè)，如江蘇乘帆壓縮機有限公司、杭州哲達科技股份有限公司、三一能源重工有限公司、無錫杰爾壓縮機有限公司對壓縮機喘振檢測技術的研究有所涉獵，但鑒于其企業(yè)規(guī)模、生產(chǎn)規(guī)模、科研力量等綜合原因，其研究力度和深度仍具備較大的上浮空間。國內高校中在壓縮機喘振檢測領域的申請量排名靠前的為哈爾濱工程大學和北京工業(yè)大學，高校院所一直是壓縮機喘振檢測技術研究不容忽視的一股強大的力量。
2.3 國外專利申請狀況
本節(jié)主要對國外專利申請狀況的趨勢以及全球專利重要申請人進行分析，從中得到相關的壓縮機喘振檢測技術發(fā)展趨勢，以及各階段專利申請國家分布和主要申請人。其中以每個同族中最早優(yōu)先權日期視為該申請的申請日，一系列同族申請視為一件申請。
2.3.1 全球專利申請趨勢
圖6示出了壓縮機喘振檢測技術全球專利申請趨勢，大致可以分為4個時期，各時期劃分以申請量增長率的變化為標準。
1）萌芽期（1955—1980年）
60年代初到71年代末，是故障診斷技術開始起步但尚未成熟的時期。美國是開發(fā)故障診斷技術最早的國家。在1955年，關于壓縮機喘振檢測技術的首件專利在美國提出申請；此外，在壓縮機喘振檢測技術的發(fā)展萌芽期，美國提出了較多的專利申請，這與其在故障診斷技術領域的領先密切相關。歐洲的德國在壓縮機喘振診斷技術領域也具有較為先進的水平。
2）停滯期（1981—1995年）
從圖6可見，從1981年開始，關于壓縮機喘振檢測技術的專利每年的申請量相比1981年前的申請量沒有發(fā)生顯著地增加，而申請人數(shù)量相較之前有小幅度增長，申請人和申請人的發(fā)展總體趨勢趨于平穩(wěn)，可見該階段關于壓縮機喘振檢測技術的專利申請量進入了停滯期。
3）增長期（1995—2005年）
由圖6中可以看出，在1999--2005年之間，關于壓縮機喘振檢測技術的申請量呈現(xiàn)跨越式增長，可謂是該技術發(fā)展的爆發(fā)時期，這也是壓縮機產(chǎn)業(yè)在這段時間迅猛發(fā)展的一個側面寫照，說明壓縮機行業(yè)對于檢測壓縮機喘振、保障安全生產(chǎn)的需求急劇增加，對于這方面的技術關注度也急劇的提升，才會出現(xiàn)了量的飛躍。在這段期間內，利用計算機對壓縮機喘振進行檢測已成為重要的檢測及診斷手段，而且國外對于計算機診斷系統(tǒng)也在積極地進行研制中。
4）穩(wěn)定期（2005年至今）
由圖6可以看出，壓縮機喘振檢測技術專利申請量從2005年往后呈現(xiàn)穩(wěn)定趨勢，申請量每年較為平均，表示各大企業(yè)都認為該技術已經(jīng)發(fā)展到了成熟階段，沒有較大的突破口了，僅有個別支柱企業(yè)仍在做該方面的研究（其中2017年的專利數(shù)據(jù)量由于部分專利申請未公開而不完整，因此不納入分析范圍，下同）。
2.3.2 美國和日本的專利申請
由圖7可以看出，在申請量方面，美國處于全球首位，這與其最先發(fā)展故障診斷技術有很大關系。日本的壓縮機喘振檢測技術起步稍晚，但發(fā)展迅速，僅次于美國。
由圖8也可以看出，在壓縮機喘振檢測技術領域，排名前10的申請人中美國企業(yè)占了7位，日本企業(yè)占了3位，排名前10的申請人被美國和日本企業(yè)包攬，足以證明美日在壓縮機喘振檢測領域的遙遙領先的地位。
2.4 主要技術分支
通過對目前公開的壓縮機喘振檢測技術的全球專利申請進行分析和梳理，并根據(jù)實現(xiàn)喘振檢測所采取的技術手段進行歸類匯總，得出該領域的主要技術分支及申請量比重如圖9所示。實現(xiàn)喘振檢測的技術手段可歸為性能檢測、機械檢測和無損檢測這3種類型的二級分支。下面結合圖9對這3個二級技術分支做詳細介紹。
1）性能檢測
性能檢測就是對壓縮機流體通道的參數(shù)進行檢測，以實時監(jiān)測壓縮機的運行狀態(tài)，判斷是否可能出現(xiàn)喘振或者判斷是否正在發(fā)生喘振，以及進一步判斷喘振程度為輕度喘振、中度喘振或者是嚴重喘振，為后續(xù)的預測防范或主動控制提供依據(jù)。進一步地，根據(jù)檢測的參數(shù)的選擇類型，性能檢測這一技術手段又分為以下6個三級分支：壓力、流量、溫度、轉速、電流和其他。對壓縮機流體通道的某一類參數(shù)進行檢測，例如為了簡化喘振檢測的結構或者是為了節(jié)約系統(tǒng)的成本等，包括：
a.壓力參數(shù)，包括出口壓力、進口壓力、壓差、壓力波動值、蒸發(fā)器處壓力、冷凝器處壓力等，由于壓力信號是反映壓縮機即將發(fā)生喘振或正在喘振的直接判斷信號，因此對壓力參數(shù)進行檢測是申請人一直以來經(jīng)常采用的手段，檢測時考慮壓力參數(shù)進行檢測的申請量在性能檢測中占比41.2％。
b.流量參數(shù)，包括流量、流速、流量比率等，流量參數(shù)是反映壓縮機運行狀態(tài)的直接判斷信號，其與壓力參數(shù)結合使用的幾率較大，檢測時考慮壓力參數(shù)進行檢測的申請量在性能檢測中占比17.6％。
c.溫度參數(shù)，包括檢測進口溫度、出口溫度、溫度變化值等，壓縮機系統(tǒng)的溫度情況反映了壓縮機是否穩(wěn)定運行，檢測時考慮溫度參數(shù)進行檢測的申請量在性能檢測中占比16.2％。
d.轉速參數(shù)，即壓縮機主軸的轉速，壓縮機主軸轉速的高低以及變化情況也反映了壓縮機是否穩(wěn)定運行，檢測時考慮轉速參數(shù)進行檢測的申請量在性能檢測中占比9％。
e.電流參數(shù)，包括壓縮機電機的電流、功率等，壓縮機電機的電流、功率參數(shù)是反映壓縮機運行情況的前端參數(shù)，相較于壓力、流量、溫度或轉速參數(shù)，測量較易，且反映壓縮機運行情況無滯后性，因此在檢測時考慮電機電流或功率是目前研究的發(fā)展方向，考慮電流參數(shù)進行檢測的申請量在性能檢測中占比11.8％。
f.其它參數(shù)，包括檢測壓縮機的回流、倒流情況，構造性能地圖等方式，占比4％。
2）機械檢測
性能檢測就是對壓縮機的機械情況進行檢測，機械檢測這一技術手段又分為以下兩個三級分支：軸振動和葉片或導葉等的狀態(tài)。喘振就是壓縮機的振動，因此直接檢測壓縮機軸的振動或位移，或者檢測葉片或導葉等的狀態(tài)，能夠直接判定喘振。
a.軸振動，采用位移傳感器檢測壓縮機軸的橫向振動和縱向振動，與設定的穩(wěn)定運行時的閾值進行比較，可設置多個大小不同的閾值，進而對比判斷得出喘振先兆、輕度喘振、中度喘振或嚴重喘振。
b.葉片、導葉等的位置，包括測量導葉的開度，測量動葉片安裝的角度，導葉的位置，轉子葉片的通過率等，并進行相應的信號處理和分析，判定喘振先兆或喘振。
3）無損檢測
無損檢測是利用聲、電等對壓縮機運行狀態(tài)進行檢測，分為以下兩個三級分支：聲能探測和靜電探測。壓縮機在發(fā)生喘振時機組會發(fā)生較大的噪聲，與正常運行時的噪聲大小不同，因此檢測壓縮機運行時的噪聲大小能夠判定喘振；靜電探測是用靜電探針對壓縮機某些位置的情況進行探測，例如可探測入口氣流等，判定是否出現(xiàn)倒流，判定喘振。
a.聲能檢測，檢測壓縮機的轉動噪聲或檢測壓縮機徑向擴散器的聲能數(shù)值，例如用壓力傳感器測聲壓等，與穩(wěn)定運行時的聲能閾值進行比較，可設置多個閾值，指示喘振先兆或判定喘振。
b.靜電探測，采用靜電探針，探針的尖端部設置在氣體人口，向探針尖端部提供偏移電壓，靜電探針指示倒流的先兆。
對各技術分支的申請量進行橫向比較，從圖9中可以看出，在3種類型的改進中，考慮性能參數(shù)的檢測技術占總申請量的68％，考慮機械參數(shù)的檢測技術占總申請量的21％，考慮無損檢測的檢測技術占總申請量的11％?？梢姡瑥募夹g分支的申請量上來看，該領域的研究相對集中在考慮性能參數(shù)對喘振進行檢測，這與喘振現(xiàn)象的直接表現(xiàn)、技術的發(fā)展情況相關。
同時，對各二級分支的三級分支進行進一步分析可以看出，考慮機械參數(shù)的檢測技術主要考慮壓力、流量和溫度參數(shù)，考慮電流參數(shù)的申請較前沿；考慮機械參數(shù)的檢測技術主要集中在檢測壓縮機組的振動情況，占該類改進申請總量的67％；而考慮無損檢測的檢測技術則主要集中在檢測壓縮機組的噪聲，達到了該類申請總量的75％。
3 結束語
通過針對壓縮機喘振檢測技術進行數(shù)量型分析和技術性梳理，可以看出，這一領域從現(xiàn)有技術構型上劃分成的技術分支——性能檢測、機械檢測、無損檢測技術已經(jīng)相對全面。同時，國內申請起步較晚，近年來對于該領域的關注度處于持續(xù)上升中，但是技術上仍不夠全面，不具有針對性，在專利數(shù)量上與國外尤其是美國和日本還存在較大差距。在今后科研中，國內申請人應重視技術性改進，同時結合多種手段實現(xiàn)技術效果的多方面性，以技術創(chuàng)新帶動實際生產(chǎn)。
參考文獻
[1] 童國宇，趙純意．壓縮機喘振與喘振檢測控制探討[J]．通用機械，2007(12）：44—46．
[2] 金星，姜長泓，王盛慧．離心式空壓機防喘振廣義預測控制方法的研究[J]．東北師大學報(自然科學版），2010，42(4）：76—79．
[3] 田春波．離心式壓縮機的防喘振控制[J-1．石化技術，2007(1）：44—46．
[4] 聶超群，戴冀，廖生芳，等．離心壓縮系統(tǒng)喘振先兆的實驗研究[J]．工程熱物理學報，1997(3）：306—310
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