振動分析技術(shù)在設(shè)備故障診斷中應(yīng)用淺析
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一、振動分析技術(shù)的發(fā)展和實際運用
過去，我們對設(shè)備運行維護過程中主要靠傳統(tǒng)的聽、摸、看等簡單手段來判斷旋轉(zhuǎn)設(shè)備運行的狀態(tài)好壞。這種感性判斷與設(shè)備實際運行狀態(tài)相差很遠，設(shè)備振動的波形的頻譜的變化，不能憑人的聽、摸、看檢查出來，因此，經(jīng)常出現(xiàn)一些突發(fā)性故障，例如最常見的軸承故障、齒輪故障、葉片脫落及動平衡等故障；使我們常處于一種被動檢修狀態(tài)，使小問題，釀成大事故。特別是化工生產(chǎn)連續(xù)性的特點，往往會由于一臺設(shè)備的損壞處理不及時造成其它設(shè)備損壞的連鎖反應(yīng)。給安全生產(chǎn)和檢修工作帶來繁重的負擔(dān)。因此，國內(nèi)外的機械專家和設(shè)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(shè)備能夠進行預(yù)維修，變被動為主動。經(jīng)過廣泛的探索和不斷的實踐，我們采用了振動分析系統(tǒng)對旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備進行故障檢測。設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測故障診斷是在機械運行中或基本不拆卸機械結(jié)構(gòu)的情況下，對機械技術(shù)狀態(tài)進行定量測定，通過對所測信號的處理和分析，并結(jié)合診斷對象的歷史狀況，來定量識別機械設(shè)備及其零件、部件的實時技術(shù)狀態(tài)，預(yù)測機械的異常及未來技術(shù)狀態(tài)，并對故障部位、原因進行分析和判斷，及時確定必要對策和最適宜的修理時間。設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測故障診斷技術(shù)有利于企業(yè)實行現(xiàn)代設(shè)備管理；克服維修工作中“過剩維修”及“維修不足”現(xiàn)象，從而達到設(shè)備壽命周期內(nèi)，實現(xiàn)費用最為經(jīng)濟和設(shè)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(xiàn)代化機械設(shè)備向大型化、自動化、高精度、高效率、機電一體化等方向發(fā)展，其性能與復(fù)雜程度不斷提高，各部分的關(guān)聯(lián)也越來越大；機械設(shè)備相應(yīng)出現(xiàn)突發(fā)性故障率高、停機損失大、維修費用高、維修周期長等一系列特點；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，就必須對其進行定期的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷。通過一段時間的實踐應(yīng)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(guī)律和實用技巧，并在實際應(yīng)用中取得了良好的效果。目前，振動分析技術(shù)在對旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備故障進行診斷中已日臻成熟。
二、設(shè)備振動分析的工作原理簡介
設(shè)備振動信號一般說來很復(fù)雜，但從數(shù)據(jù)處理分類來說，分為確定性信號和非確定性信號。通過對故障診斷實際應(yīng)用中得出，在旋轉(zhuǎn)機械中，機組的聯(lián)接及轉(zhuǎn)子存在不對中，不平衡，齒輪箱中輪齒的點蝕、剝落、斷齒，滾動軸承中零部件損壞，滑動軸承中存在油膜渦動等等這些常見的故障，其信號都是確定性信號，都有可以用函數(shù)關(guān)系來描述，即通過理論計算和頻譜分析技術(shù)均可確定它們的特征頻率，從而確定故障的類型和部位。振動分析儀器利用電壓加速度傳感器將振動信號轉(zhuǎn)換為電信號，對振動信號進行處理和分析，得到設(shè)備各種振動量的準確值，進而判斷這些設(shè)備運轉(zhuǎn)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分析設(shè)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(yīng)用等有一定的了解。振動的參數(shù)指標很多，經(jīng)過長期的實踐和學(xué)習(xí)，我們認為時域波譜圖、頻域波譜圖、軸心軌跡圖、脈沖指標、峭度指標等對設(shè)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(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)和該公司研制的旋轉(zhuǎn)機械自診斷系統(tǒng)軟件，對設(shè)備故障進行分析進行論述。
三、基本圖譜
1、 時域圖譜
時域波形是最常見的工程信號，時域波形直觀易于理解，但包含信息量大，不容易看出所包含的時域圖譜可對設(shè)備整體性能進行評價，通過時域波形圖譜可看出設(shè)備是否超標和零部件存在的問題。在LM8900系統(tǒng)所采集的時域波形圖中給出了“峰值、均值、有效值、峭度指標和脈沖指標五個參量。在采集時，根據(jù)旋轉(zhuǎn)設(shè)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(shù)據(jù)類型。
加速度，用于高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備診斷上，轉(zhuǎn)速在10000rpm以上。以加速度的有效值判斷設(shè)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(shè)備一般都達不到此要求，經(jīng)過實踐，將其數(shù)值放大到1mm/s2;基本上滿足要求。由于石油化工生產(chǎn)中轉(zhuǎn)速超過去10000RPM的設(shè)備不多，因此，加速度值一般可作為設(shè)備故障診斷的輔助數(shù)據(jù)。
速度，用于中速旋轉(zhuǎn)設(shè)備診斷上，轉(zhuǎn)速在600rpm——10000rpm之間；速度的有效值小于4.5mm/s；可以判斷該設(shè)備運行基本正常，超過11.8mm/s則是危險值，必須停車檢修。速度值是最為常用的旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備故障診斷的值。
位移，用于低轉(zhuǎn)速成設(shè)備診斷上，轉(zhuǎn)速在600rpm以下，位移是低轉(zhuǎn)速設(shè)備故障診斷的判斷依據(jù)，0.06mm為危險值，而大于0.1mm則必須進行停車檢修。由于低轉(zhuǎn)速設(shè)備故障通過其它方法比較容易診斷，因此，位移值一般也只做設(shè)備故障診斷的輔助數(shù)據(jù)。
峭度指標，是一個比較抽象的概念，意義是“隨機過程X（T）四階原點矩；反應(yīng)了波形中是否有沖擊及小組形的尖峭和平坦成度?！苯陙?，診斷工程師對該指標進行了深入研究后發(fā)現(xiàn)，峭度指標是診斷滾動軸承、齒輪和轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)動零部件等故障的重要依據(jù)，并提出了比較完整理論，即“雙浴缸”曲線，旋轉(zhuǎn)機械軸承或齒輪故障在發(fā)展過程中，峭度指標在經(jīng)歷第一個平穩(wěn)過渡后突然上升，然后，再次經(jīng)歷平穩(wěn)過度，再次突然上升，而此次的突然上升將造成設(shè)備的嚴重損壞 ，所以及時發(fā)現(xiàn)第二個浴缸底平面，是解決設(shè)備故障的最好時機，也是最后時機。峭度指標是個無量綱，理論上當峭度指標超過3 即說明該設(shè)備需進行檢修，但實踐證明，在不同的情況下，將峭度指標設(shè)定為4、5、6為危險值，均可滿足使用要求。
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