振動(dòng)分析技術(shù)在設備故障診斷中應用淺析
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一、振動(dòng)分析技術(shù)的發(fā)展和實(shí)際運用
過(guò)去，我們對設備運行維護過(guò)程中主要靠傳統的聽(tīng)、摸、看等簡(jiǎn)單手段來(lái)判斷旋轉設備運行的狀態(tài)好壞。這種感性判斷與設備實(shí)際運行狀態(tài)相差很遠，設備振動(dòng)的波形的頻譜的變化，不能憑人的聽(tīng)、摸、看檢查出來(lái)，因此，經(jīng)常出現一些突發(fā)性故障，例如最常見(jiàn)的軸承故障、齒輪故障、葉片脫落及動(dòng)平衡等故障；使我們常處于一種被動(dòng)檢修狀態(tài)，使小問(wèn)題，釀成大事故。特別是化工生產(chǎn)連續性的特點(diǎn)，往往會(huì )由于一臺設備的損壞處理不及時(shí)造成其它設備損壞的連鎖反應。給安全生產(chǎn)和檢修工作帶來(lái)繁重的負擔。因此，國內外的機械專(zhuān)家和設備管理人員都在尋求一種較好的解決辦法，在故障初始狀態(tài)就能準確判斷事故的原因，使設備能夠進(jìn)行預維修，變被動(dòng)為主動(dòng)。經(jīng)過(guò)廣泛的探索和不斷的實(shí)踐，我們采用了振動(dòng)分析系統對旋轉機械設備進(jìn)行故障檢測。設備的狀態(tài)監測故障診斷是在機械運行中或基本不拆卸機械結構的情況下，對機械技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行定量測定，通過(guò)對所測信號的處理和分析，并結合診斷對象的歷史狀況，來(lái)定量識別機械設備及其零件、部件的實(shí)時(shí)技術(shù)狀態(tài)，預測機械的異常及未來(lái)技術(shù)狀態(tài)，并對故障部位、原因進(jìn)行分析和判斷，及時(shí)確定必要對策和最適宜的修理時(shí)間。設備狀態(tài)監測故障診斷技術(shù)有利于企業(yè)實(shí)行現代設備管理；克服維修工作中“過(guò)剩維修”及“維修不足”現象，從而達到設備壽命周期內，實(shí)現費用最為經(jīng)濟和設備綜合效率最高的目標。 對許多中外大型機械的事故分析表明，由于現代化機械設備向大型化、自動(dòng)化、高精度、高效率、機電一體化等方向發(fā)展，其性能與復雜程度不斷提高，各部分的關(guān)聯(lián)也越來(lái)越大；機械設備相應出現突發(fā)性故障率高、停機損失大、維修費用高、維修周期長(cháng)等一系列特點(diǎn)；為了確保大型機械的正常運行，并使其發(fā)揮最佳技術(shù)性能，就必須對其進(jìn)行定期的狀態(tài)監測和故障診斷。通過(guò)一段時(shí)間的實(shí)踐應用，我們不僅掌握了該儀器的操作，而且從中摸索出一些診斷規律和實(shí)用技巧，并在實(shí)際應用中取得了良好的效果。目前，振動(dòng)分析技術(shù)在對旋轉機械設備故障進(jìn)行診斷中已日臻成熟。
二、設備振動(dòng)分析的工作原理簡(jiǎn)介
設備振動(dòng)信號一般說(shuō)來(lái)很復雜，但從數據處理分類(lèi)來(lái)說(shuō)，分為確定性信號和非確定性信號。通過(guò)對故障診斷實(shí)際應用中得出，在旋轉機械中，機組的聯(lián)接及轉子存在不對中，不平衡，齒輪箱中輪齒的點(diǎn)蝕、剝落、斷齒，滾動(dòng)軸承中零部件損壞，滑動(dòng)軸承中存在油膜渦動(dòng)等等這些常見(jiàn)的故障，其信號都是確定性信號，都有可以用函數關(guān)系來(lái)描述，即通過(guò)理論計算和頻譜分析技術(shù)均可確定它們的特征頻率，從而確定故障的類(lèi)型和部位。振動(dòng)分析儀器利用電壓加速度傳感器將振動(dòng)信號轉換為電信號，對振動(dòng)信號進(jìn)行處理和分析，得到設備各種振動(dòng)量的準確值，進(jìn)而判斷這些設備運轉狀態(tài)是否良好，故障的部位和故障原因，以及檢修的方法。為了更好地研究振動(dòng)分析設備故障診斷技術(shù)，首先要對波形理論、機械理論、以及計算機應用等有一定的了解。振動(dòng)的參數指標很多，經(jīng)過(guò)長(cháng)期的實(shí)踐和學(xué)習，我們認為時(shí)域波譜圖、頻域波譜圖、軸心軌跡圖、脈沖指標、峭度指標等對設備的故障分析很有效果。下面就北京利盟騰飛發(fā)展有限公司生產(chǎn)的LM8900系統所采集的數據和該公司研制的旋轉機械自診斷系統軟件，對設備故障進(jìn)行分析進(jìn)行論述。
三、基本圖譜
1、 時(shí)域圖譜
時(shí)域波形是最常見(jiàn)的工程信號，時(shí)域波形直觀(guān)易于理解，但包含信息量大，不容易看出所包含的時(shí)域圖譜可對設備整體性能進(jìn)行評價(jià)，通過(guò)時(shí)域波形圖譜可看出設備是否超標和零部件存在的問(wèn)題。在LM8900系統所采集的時(shí)域波形圖中給出了“峰值、均值、有效值、峭度指標和脈沖指標五個(gè)參量。在采集時(shí)，根據旋轉設備運行的速度不同，可以選擇“加速度、速度、和位移”三種不同的數據類(lèi)型。
加速度，用于高速旋轉設備診斷上，轉速在10000rpm以上。以加速度的有效值判斷設備運行狀態(tài)，日本的標準是小于0.5mm/s2為良好狀態(tài)，但國產(chǎn)設備一般都達不到此要求，經(jīng)過(guò)實(shí)踐，將其數值放大到1mm/s2;基本上滿(mǎn)足要求。由于石油化工生產(chǎn)中轉速超過(guò)去10000RPM的設備不多，因此，加速度值一般可作為設備故障診斷的輔助數據。
速度，用于中速旋轉設備診斷上，轉速在600rpm——10000rpm之間；速度的有效值小于4.5mm/s；可以判斷該設備運行基本正常，超過(guò)11.8mm/s則是危險值，必須停車(chē)檢修。速度值是最為常用的旋轉機械設備故障診斷的值。
位移，用于低轉速成設備診斷上，轉速在600rpm以下，位移是低轉速設備故障診斷的判斷依據，0.06mm為危險值，而大于0.1mm則必須進(jìn)行停車(chē)檢修。由于低轉速設備故障通過(guò)其它方法比較容易診斷，因此，位移值一般也只做設備故障診斷的輔助數據。
峭度指標，是一個(gè)比較抽象的概念，意義是“隨機過(guò)程X（T）四階原點(diǎn)矩；反應了波形中是否有沖擊及小組形的尖峭和平坦成度?！苯陙?lái)，診斷工程師對該指標進(jìn)行了深入研究后發(fā)現，峭度指標是診斷滾動(dòng)軸承、齒輪和轉子上的轉動(dòng)零部件等故障的重要依據，并提出了比較完整理論，即“雙浴缸”曲線(xiàn)，旋轉機械軸承或齒輪故障在發(fā)展過(guò)程中，峭度指標在經(jīng)歷第一個(gè)平穩過(guò)渡后突然上升，然后，再次經(jīng)歷平穩過(guò)度，再次突然上升，而此次的突然上升將造成設備的嚴重損壞 ，所以及時(shí)發(fā)現第二個(gè)浴缸底平面，是解決設備故障的最好時(shí)機，也是最后時(shí)機。峭度指標是個(gè)無(wú)量綱，理論上當峭度指標超過(guò)3 即說(shuō)明該設備需進(jìn)行檢修，但實(shí)踐證明，在不同的情況下，將峭度指標設定為4、5、6為危險值，均可滿(mǎn)足使用要求。
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