綜合診斷方法在高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷中的應(yīng)用

盧少龍 陳賢榮

摘要：旋轉(zhuǎn)機(jī)械是各種類型機(jī)械設(shè)備中數(shù)量最多應(yīng)用最廣的一類機(jī)械，特別是一些大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械，如汽輪機(jī)、離心式壓縮機(jī)等成為支持國(guó)家經(jīng)濟(jì)命脈工業(yè)門類中的關(guān)鍵設(shè)備。高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障診斷中，把在線振動(dòng)曲線和典型故障振動(dòng)特征頻譜分析法以及潤(rùn)滑油樣鐵譜分析法相結(jié)合、互為驗(yàn)證，有別于依靠單一檢測(cè)手段的故障診斷，能提高診斷的準(zhǔn)確性、時(shí)效性，同時(shí)也為維修效果提供多手段的驗(yàn)證方法。

關(guān)鍵詞：故障診斷、頻譜分析、鐵譜分析、在線監(jiān)測(cè)

1.各種監(jiān)測(cè)方式的優(yōu)勢(shì)與局限

現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，設(shè)備已基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化運(yùn)行，并建立了各種設(shè)備運(yùn)行參數(shù)曲線及數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)（如MES系統(tǒng)）。通過(guò)電流的變化曲線來(lái)判斷電機(jī)的運(yùn)行狀況;通過(guò)在線振動(dòng)曲線的變化來(lái)監(jiān)控轉(zhuǎn)子運(yùn)行狀況;通過(guò)潤(rùn)滑油分析監(jiān)視磨損的發(fā)展;通過(guò)頻譜分析準(zhǔn)確定位故障部位。

1.1電流運(yùn)行曲線

電流信號(hào)是電機(jī)運(yùn)行時(shí)的實(shí)際電流，監(jiān)測(cè)設(shè)備摩擦阻力增加引起電流增加的故障。從電流上可以判斷電機(jī)是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)，如果電流升高，則可能出現(xiàn)電機(jī)與其相聯(lián)接設(shè)備的旋轉(zhuǎn)部件卡死或者異常磨損、摩擦等情況。如果電流降低，則可能出現(xiàn)電機(jī)空轉(zhuǎn)，主機(jī)設(shè)備不做功現(xiàn)象。電流運(yùn)行曲線對(duì)于故障診斷來(lái)說(shuō)單一的，無(wú)法知道引起設(shè)備故障的具體原因，但是可以給出一個(gè)診斷方向。

1.2在線振動(dòng)曲線監(jiān)測(cè)

在線振動(dòng)曲線能夠直觀的看出振動(dòng)值隨時(shí)間的變化，從振動(dòng)值上可以判讀設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和健康狀況。具有較強(qiáng)的時(shí)效性連續(xù)性好，且安裝方便。一般以垂直安裝監(jiān)測(cè)豎直方向的振動(dòng)值，無(wú)法解答引起設(shè)備振動(dòng)變化的原因。

1.3頻譜分析

狀態(tài)監(jiān)測(cè)是在設(shè)備運(yùn)行或者基本不拆卸設(shè)備的情況下，通過(guò)儀器獲得準(zhǔn)確的設(shè)備信息。頻譜分析是狀態(tài)監(jiān)測(cè)中使用最為廣泛的方法之一。采集旋轉(zhuǎn)機(jī)械帶有周期的振動(dòng)信號(hào)，這些振動(dòng)信號(hào)并不是只包含單一頻率成分的簡(jiǎn)諧振動(dòng)，而是包含多種頻率成分。這些頻率成分往往直接于機(jī)械中各種零件的機(jī)械物理特性關(guān)聯(lián)在一起，通過(guò)數(shù)學(xué)變換可以準(zhǔn)確的反應(yīng)設(shè)備各部件的運(yùn)行狀況，從而對(duì)設(shè)備的可靠性進(jìn)行評(píng)價(jià)。頻譜分析很精準(zhǔn)的反映了設(shè)備的真實(shí)狀況。因其采樣和判讀跟判讀者能力和經(jīng)驗(yàn)有很大關(guān)聯(lián)，抗干擾能力偏弱。

1.4潤(rùn)滑油鐵譜分析

鐵譜分析是一種借助磁力將油液中的金屬顆粒分離出來(lái)，并對(duì)這些顆粒進(jìn)行分析的技術(shù)，是檢測(cè)潤(rùn)滑油狀態(tài)監(jiān)測(cè)的一種有效手段，主要檢測(cè)和診斷機(jī)械設(shè)備的齒輪箱、軸承系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)。根據(jù)摩擦學(xué)研究表明，磨粒的類型、數(shù)量和增加速度與摩擦表面材料的磨損程度和速度直接相關(guān)，而磨損形式、顏色和尺寸與磨損類型和磨損過(guò)程密切相關(guān)。因此該方法可以在判斷磨損故障的位置、嚴(yán)重程度、發(fā)展趨勢(shì)和原因方面發(fā)揮綜合作用，對(duì)判斷設(shè)備傳動(dòng)部件的磨損程度有較好的指向性。

2.綜合故障診斷應(yīng)用

如何利用眾多監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)開展綜合性地故障診斷，精準(zhǔn)地找出故障原因是狀態(tài)維修關(guān)鍵。以我公司離心式高壓風(fēng)機(jī)為例，該風(fēng)機(jī)為國(guó)外進(jìn)口懸臂式離心風(fēng)機(jī)，2011安裝投用。設(shè)備連續(xù)運(yùn)行近10年。轉(zhuǎn)速2979r/min，軸承型號(hào)6240，潤(rùn)滑油為美孚46#抗磨液壓油，主要由10000V高壓電機(jī)、液壓油站、主機(jī)部分組成，主機(jī)與電機(jī)使用柱銷聯(lián)軸器連接傳動(dòng)。該機(jī)配備電流運(yùn)行曲線監(jiān)測(cè)、在線振動(dòng)曲線監(jiān)測(cè)。振動(dòng)監(jiān)測(cè)通過(guò)DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高限連鎖，當(dāng)葉輪端水平振動(dòng)大于等于7mm/s時(shí)連鎖停機(jī)。

2021年8月，在線振動(dòng)發(fā)現(xiàn)振動(dòng)增大但原因不明。隨后進(jìn)行的頻譜分析發(fā)現(xiàn)主機(jī)葉輪端水平振動(dòng)4.7mm/s，頻譜以1X頻為主并伴隨有2X、3X、4X頻出現(xiàn)。初步判斷振動(dòng)增大是由轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡或基座地腳松動(dòng)引起。9月初利用臨時(shí)短停的機(jī)會(huì)對(duì)該機(jī)地腳基座螺栓進(jìn)行檢查，并在線清洗葉輪。同時(shí)將潤(rùn)滑油取樣進(jìn)行鐵譜分析。開機(jī)后葉輪端水平振動(dòng)降至3.4mm/s，但頻譜發(fā)現(xiàn)的故障并未排除。

9月11日該機(jī)在線振動(dòng)突然增大，再次狀態(tài)監(jiān)測(cè)葉輪端水平振動(dòng)4.8mm/s、軸向振動(dòng)6.8mm/s，聯(lián)軸器端水平振動(dòng)4.8mm/s、軸向振動(dòng)6.2mm/s，葉輪端水平振動(dòng)頻譜1X頻為主（幅值6.48），伴隨有2X、3X、4X頻出現(xiàn)。聯(lián)軸器端軸向振動(dòng)頻譜3X頻為主（幅值7.01），伴隨有1X、4X頻出現(xiàn)。整機(jī)軸向振動(dòng)較大，且3X頻突出。主機(jī)兩端軸承加速度譜高頻有峰群出現(xiàn)，且時(shí)域指標(biāo)中峭度增大但未見(jiàn)軸承故障特征頻率。查看近兩月該機(jī)的電流曲線，運(yùn)行穩(wěn)中略升。潤(rùn)滑油鐵譜分析結(jié)果顯示潤(rùn)滑油清潔度等級(jí)較高、各項(xiàng)指標(biāo)在正常水平，未見(jiàn)異常磨損。

綜合之前的檢查和監(jiān)測(cè)：地腳螺栓檢查排除了地腳松動(dòng)，潤(rùn)滑油鐵譜分析排除了軸承故障，電機(jī)負(fù)荷未出現(xiàn)異常大幅增加說(shuō)明各摩擦副基本正常。頻譜中的峰群可視作軸承早期故障或?yàn)橛蜗镀蟆Ｈ~輪水平頻譜異常指向葉輪動(dòng)平衡不佳，聯(lián)軸器軸向頻譜異常指向柱銷故障。根據(jù)綜合故障診斷結(jié)果檢修目標(biāo)設(shè)定為葉輪、聯(lián)軸器。

3.檢修

檢修項(xiàng)目設(shè)置為拆檢清洗葉輪，著色探傷檢查葉輪焊縫，檢查聯(lián)軸器部件，復(fù)核對(duì)中。

實(shí)際檢修發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器柱銷彈性塊老化破裂，聯(lián)軸器柱銷孔未見(jiàn)明顯磨損。對(duì)中數(shù)據(jù)檢查無(wú)異常。葉輪表面有較多附著物遂徹底清洗葉輪。對(duì)葉輪焊縫著色探傷未發(fā)現(xiàn)缺陷。

4.結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于現(xiàn)代企業(yè)的設(shè)備管理，故障預(yù)判斷是設(shè)備可靠性運(yùn)行的保障，是實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀況動(dòng)態(tài)化管理、信息化管理的重要條件，而綜合性故障診斷是故障預(yù)判斷的核心。了解各種監(jiān)測(cè)方式的優(yōu)勢(shì)與局限，通過(guò)綜合故障診斷方法發(fā)揮各自特長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)科學(xué)精準(zhǔn)檢修。在提升檢修效率的同時(shí)減少生產(chǎn)時(shí)間占用，避免過(guò)度檢修降低生產(chǎn)停滯損失。

參考文獻(xiàn)：

[1]張碧波.《設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷》

[2]張興華，《頻譜分析在風(fēng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用》 中小企業(yè)管理與科技，2018年第5期