張 展

（中信鈦業(yè)股份有限公司，遼寧 錦州 121005）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，與化工機(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備相關(guān)的行業(yè)也都進(jìn)入高速發(fā)展時期。在企業(yè)獲得經(jīng)濟(jì)效益的同時，也面臨著很大的安全風(fēng)險。由于人為或非人為的原因等造成壓縮機(jī)設(shè)備的金屬零件出現(xiàn)故障，導(dǎo)致的重大事故比比皆是，不僅給企業(yè)帶來了巨大的損失，還可能給相關(guān)的工作人員造成傷害?；C(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備金屬零件出現(xiàn)故障除了相關(guān)的監(jiān)管制度不完善的原因，更重要的原因是故障診斷方法的落后與不完善。由此可見金屬零件故障診斷有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義?；诖?，通過對化工機(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備金屬零件故障的識別與故障信號特征的提取，對金屬零件進(jìn)行準(zhǔn)確的診斷，并提出相應(yīng)的處理措施，希望能夠?yàn)樘岣呋C(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備的運(yùn)行周期提供一些方法上的借鑒。

1 基于化工機(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備金屬零件故障診斷

化工機(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備金屬零件的狀態(tài)信息，如同人的健康信息蘊(yùn)含在心跳頻率、血壓、提問等信息中，這些金屬零件的運(yùn)行狀況也能夠通過振動頻率、零件運(yùn)行溫度等信號識別出來。我們對金屬零件的這些故障信號進(jìn)行識別，然后對其特征值進(jìn)行提取，最終就可以通過對金屬零件特征集的分析得出相對應(yīng)的故障，完成化工機(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備金屬零件的故障診斷。接下來我們對金屬零件的故障診斷進(jìn)行詳細(xì)分析。

1.1 化工機(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備金屬零件故障的識別

基于化工機(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備來說，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)行環(huán)境比較惡劣，受外部干擾因素的影響也比較大，畫工機(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備的金屬零件出現(xiàn)的故障也就具有一定的特征，如故障的縱向性。當(dāng)機(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備的地腳螺絲這一零件松動脫落，就會引起整個設(shè)備明顯的劇烈振動[1]。還有故障的關(guān)聯(lián)性，即化工機(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備在運(yùn)行中，有可能出現(xiàn)多個故障。以化工機(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備存在故障的特征為前提，對機(jī)械設(shè)備金屬零件故障的識別主要是通過兩種方式進(jìn)行。一種是根據(jù)測試信號的頻譜進(jìn)行識別，主要是分析設(shè)備金屬零件振動信號的功率譜、幅值和振動頻率等，從而完成對機(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備金屬零件運(yùn)行狀態(tài)的識別。另一種則是通過測試化工機(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備的主軸擺動幅度完成的，主要是利用機(jī)械設(shè)備的軸心軌跡[2]。以化工機(jī)械離心式壓縮機(jī)的振動信號為例，壓縮機(jī)振動信號的具體數(shù)據(jù)信息見圖1。

圖1 壓縮機(jī)振動信號頻譜圖

圖1 中可以明顯的看到，壓縮機(jī)主要的振動頻率分別是100Hz和200Hz，而且主振動頻率附近的能量值最大。通過對壓縮機(jī)設(shè)備振動信號的識別，能夠進(jìn)一步地對其金屬零件的故障進(jìn)行初步判斷，可能是由于轉(zhuǎn)子不對中、零件彈簧失效或是支撐零件松動等原因造成的異常振動。實(shí)現(xiàn)對化工機(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備金屬零件故障的準(zhǔn)確診斷，還需要進(jìn)行故障信號特征的提取。

1.2 化工機(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備金屬零件故障診斷

在進(jìn)行化工機(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備金屬零件故障的識別之后，還需要對其故障信號進(jìn)行特征值的提取，才能實(shí)現(xiàn)故障的準(zhǔn)確診斷。信號特征的提取是化工機(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備金屬零件故障診斷的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。信號特征提取的完整性和準(zhǔn)確性對金屬零件故障診斷的精確性有著直接的影響。壓縮機(jī)設(shè)備金屬零件故障信號特征的提取主要是服特征信號進(jìn)行去噪處理，提取與設(shè)備金屬零件運(yùn)行狀態(tài)相關(guān)的數(shù)據(jù)信息[3]。以這些數(shù)據(jù)為依據(jù)，進(jìn)行金屬零件故障的深入診斷。小波包變換去噪處理主要對獲得的設(shè)備振動頻譜信號進(jìn)行分解，分解為四層。分解后得到從低到高頻率的十六個子頻帶系數(shù)，然后進(jìn)行系數(shù)重構(gòu)。重構(gòu)得到頻域上的各分量信號分別是X40, X41,.........X415。那么各個頻帶信號相對應(yīng)的能量是E4j(j =0,1,.......15)：

公式中，代表子頻帶數(shù)；代表系數(shù)；代表時間。得到能量值之后，為了方便分析，對能量信號值進(jìn)行歸一化處理，得到：

采用歸一化的方法進(jìn)行處理后，就能夠得壓縮機(jī)設(shè)備振動信號的特征向量[4]。化工機(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備金屬零件常見故障特征信息可參考表1。通過對壓縮機(jī)設(shè)誒金屬零件故障的識別以及故障特征信號的提取便能夠?qū)崿F(xiàn)對化工機(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備金屬零件的故障診斷。

表1 壓縮機(jī)設(shè)備金屬零件常見故障特征

2 金屬零件故障的處理措施

首先根據(jù)上述的金屬零件故障診斷，針對出現(xiàn)的故障采取相應(yīng)的處理措施。如轉(zhuǎn)子不對中造成的設(shè)備振動，對壓縮機(jī)設(shè)備的自由端軸承進(jìn)行維修，根據(jù)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況，把軸承中所加的銅片厚度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，重新安裝并開機(jī)后，發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)設(shè)備的振動量明顯減小，并對其振動信號進(jìn)行重新測量，發(fā)現(xiàn)其振動頻譜穩(wěn)定，高倍頻的幅值大大減小，而且基本上消除了高次諧波、低次諧波和組合諧波，化工機(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行。再次，針對轉(zhuǎn)子與靜止摩件的故障，采取調(diào)整金屬篩框結(jié)構(gòu)與主振彈簧剛度的治理措施，確保金屬零件篩框的動態(tài)性能和主振彈簧豎向振動的量級保持一致[5]，這樣，就能夠降低篩板結(jié)構(gòu)的振動噪聲，從而降低整個金屬零件的噪聲，保證壓縮機(jī)設(shè)備的正常運(yùn)行。

3 結(jié)束語

通過對化工機(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備故障的識別以及故障信號的提取，實(shí)現(xiàn)了對其金屬零件故障的準(zhǔn)確診斷，并其除了針對性的處理措施，很大程度上減少了化工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失，保證機(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備的正常生產(chǎn)。但是，壓縮機(jī)設(shè)備金屬零件故障診斷由于相關(guān)智能理論與故障集的因素，還有很大的提升空間，這有待于進(jìn)一步的研究。