盧少龍 陳賢榮

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

關(guān)鍵詞：故障診斷、頻譜分析、鐵譜分析、在線監(jiān)測

1.各種監(jiān)測方式的優(yōu)勢與局限

現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，設(shè)備已基本實現(xiàn)了自動化運行，并建立了各種設(shè)備運行參數(shù)曲線及數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)（如MES系統(tǒng)）。通過電流的變化曲線來判斷電機的運行狀況;通過在線振動曲線的變化來監(jiān)控轉(zhuǎn)子運行狀況;通過潤滑油分析監(jiān)視磨損的發(fā)展;通過頻譜分析準(zhǔn)確定位故障部位。

1.1電流運行曲線

電流信號是電機運行時的實際電流，監(jiān)測設(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是否正常運轉(zhuǎn)，如果電流升高，則可能出現(xiàn)電機與其相聯(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)電機空轉(zhuǎn)，主機設(shè)備不做功現(xiàn)象。電流運行曲線對于故障診斷來說單一的，無法知道引起設(shè)備故障的具體原因，但是可以給出一個診斷方向。

1.2在線振動曲線監(jiān)測

在線振動曲線能夠直觀的看出振動值隨時間的變化，從振動值上可以判讀設(shè)備運行狀態(tài)和健康狀況。具有較強的時效性連續(xù)性好，且安裝方便。一般以垂直安裝監(jiān)測豎直方向的振動值，無法解答引起設(shè)備振動變化的原因。

1.3頻譜分析

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

1.4潤滑油鐵譜分析

鐵譜分析是一種借助磁力將油液中的金屬顆粒分離出來，并對這些顆粒進行分析的技術(shù)，是檢測潤滑油狀態(tài)監(jiān)測的一種有效手段，主要檢測和診斷機械設(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程密切相關(guān)。因此該方法可以在判斷磨損故障的位置、嚴重程度、發(fā)展趨勢和原因方面發(fā)揮綜合作用，對判斷設(shè)備傳動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)機為例，該風(fēng)機為國外進口懸臂式離心風(fēng)機，2011安裝投用。設(shè)備連續(xù)運行近10年。轉(zhuǎn)速2979r/min，軸承型號6240，潤滑油為美孚46#抗磨液壓油，主要由10000V高壓電機、液壓油站、主機部分組成，主機與電機使用柱銷聯(lián)軸器連接傳動。該機配備電流運行曲線監(jiān)測、在線振動曲線監(jiān)測。振動監(jiān)測通過DCS系統(tǒng)實現(xiàn)高限連鎖，當(dāng)葉輪端水平振動大于等于7mm/s時連鎖停機。

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

9月11日該機在線振動突然增大，再次狀態(tài)監(jiān)測葉輪端水平振動4.8mm/s、軸向振動6.8mm/s，聯(lián)軸器端水平振動4.8mm/s、軸向振動6.2mm/s，葉輪端水平振動頻譜1X頻為主（幅值6.48），伴隨有2X、3X、4X頻出現(xiàn)。聯(lián)軸器端軸向振動頻譜3X頻為主（幅值7.01），伴隨有1X、4X頻出現(xiàn)。整機軸向振動較大，且3X頻突出。主機兩端軸承加速度譜高頻有峰群出現(xiàn)，且時域指標(biāo)中峭度增大但未見軸承故障特征頻率。查看近兩月該機的電流曲線，運行穩(wěn)中略升。潤滑油鐵譜分析結(jié)果顯示潤滑油清潔度等級較高、各項指標(biāo)在正常水平，未見異常磨損。

綜合之前的檢查和監(jiān)測：地腳螺栓檢查排除了地腳松動，潤滑油鐵譜分析排除了軸承故障，電機負荷未出現(xiàn)異常大幅增加說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為游隙偏大。葉輪水平頻譜異常指向葉輪動平衡不佳，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)核對中。

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

4.結(jié)束語

對于現(xiàn)代企業(yè)的設(shè)備管理，故障預(yù)判斷是設(shè)備可靠性運行的保障，是實現(xiàn)設(shè)備狀況動態(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)測方式的優(yōu)勢與局限，通過綜合故障診斷方法發(fā)揮各自特長，實現(xiàn)科學(xué)精準(zhǔn)檢修。在提升檢修效率的同時減少生產(chǎn)時間占用，避免過度檢修降低生產(chǎn)停滯損失。

參考文獻：

[1]張碧波.《設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷》

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