往复式压缩机是石油化工生产的关键设备,保证它的安全稳定运行是石化行业设备维护工作的重中之重。因此,开展往复式压缩机状态监测与故障诊断的研究工作有着重要的现实意义和经济价值。本文以往复式压缩机故障诊断横向课题、国家自然科学基金项目(No.50805014)及教育部科学技术研究重点项目(No.109047)为依托,以超高压聚乙烯压缩机为研究对象,从往复式压缩机振动信号特征入手,针对往复式压缩机的状态监测与故障诊断技术开展了一系列的研究工作。论文的主要工作内容如下：1.介绍了往复式压缩机的工作原理,分析了各主要零部件的故障形式及故障机理,研究了往复式压缩机各主要激励源所引起的响应信号特征,建立了各主要部件壳体表面振动信号的信号模型；总结出往复式压缩机振动信号所具有的两大特征：冲击性和周期性,并初步讨论了如何应用这两大特征进行往复式压缩机状态监测与故障诊断工作。2.分析了往复式压缩机振动信号的频域能量分布特征,提出了基于频带能量变化的响应信号特征频带判定方法；给出了一种基于梳状滤波及包络分析的频带信号特征提取方法,并将其应用到往复式压缩机的状态监测与故障诊断中。3.对基于EMD的降噪方法进行了研究,并根据往复式压缩机振动信号特点提出了新的降噪准则；应用包络分析方法得到降噪后信号的冲击特征,构造包络曲线的峰值特征指标作为表征压缩机工作状态的特征参数；提出结合分类敏感度评估及自然选择离散粒子群算法的最优特征子集选择方法,并应用最优特征子集构造优化支持向量机的输入向量,从而实现往复式压缩机气阀工作状态的智能识别与诊断。4.研究了循环自相关函数的特性,将其看作一种特殊的时频分析方法,提出了一种通过EMD降噪、重构抑制循环自相关函数中交叉干扰项的方法；提出了循环信息熵的概念,并构造了两类循环信息熵,通过基于循环熵距的最小距离分类器实现了往复式压缩机气阀工作状态的快速识别。5.提出了局域波时频相干算法,并将其应用于往复式压缩机缸体故障诊断中。利用双通道同步采集的缸体和气阀信号,通过循环互相关方法消除二者之间的延迟；然后应用局域波时频相干方法将缸体信号中的气阀干扰成分剔除出去,从而实现往复式压缩机缸体及其内部部件工作状态的准确监测与诊断。6.设计了往复式压缩机在线监测系统总体结构,确定了主要监测参数；介绍了硬件系统构成及软件系统各组成模块的功能；通过诊断实例对系统的有效性进行了验证。