旋轉(zhuǎn)機械的故障診斷

1、旋轉(zhuǎn)機械的故障診斷 何 勇 安源勝 武紅霞/ 華東理工大學機械與動力工程學院 摘要：簡介了旋轉(zhuǎn)機械故障診斷的意義及其理論基礎。以壓縮機為例闡述了診斷方法，最后得出了其所具有的優(yōu)越性等結(jié)論。關鍵詞: 旋轉(zhuǎn)機械；故障診斷；機械振動中圖分類號；TP206+.3 文獻標識碼：B文章編號：1006-8155（2007）06-0067-03Faults Diagnosis for Rotating Machinery Abstract: This paper briefly introduces the meaningfulness and theoretical foundation of the fa

2、ults diagnosis for rotating machinery. The diagnosis method is specified based on the example of compressors. Finally, the superiority of this diagnosis method is concluded. Key words: rotating machinery; fault diagnosis; mechanical vibration 0 引言旋轉(zhuǎn)機械故障診斷技術是隨著現(xiàn)代工業(yè)大生產(chǎn)的發(fā)展而發(fā)展起來的一項設備診斷技術。它是研究設備運行中或停機時基本

3、不拆卸的情況下，掌握設備的運行現(xiàn)狀，判定設備故障的部位、原因、嚴重程度和狀態(tài)，預測設備可靠性和壽命，并提出解決方案的技術。其研究的內(nèi)容涉及模式識別、現(xiàn)代控制理論、信號處理技術、人工智能、電子技術、統(tǒng)計數(shù)學、模糊數(shù)學、計算機科學、灰色系統(tǒng)理論等多方面的內(nèi)容。對旋轉(zhuǎn)機械進行診斷包括對設備的性能進行診斷和對設備的故障進行診斷兩方面內(nèi)容。大型旋轉(zhuǎn)機械如風機、壓縮機、汽輪機和燃氣輪機等設備，是石油、化工、冶金、航天及電力等現(xiàn)代重要生產(chǎn)部門中的關鍵生產(chǎn)工具，對這些設備開展性能監(jiān)測與故障診斷工作，具有重要的意義1。1 現(xiàn)實要求當前我國對設備的維護仍采用傳統(tǒng)的計劃、定期維修。而這種方法帶有很大的盲目性，設備有

4、無故障、故障類型、故障部位及故障程度難以準確把握。另外，由于良好部位的反復拆卸，機械性能往往不理想，甚至低于檢修前。而且，沒有必要的超前維修，帶來人力、物力的巨大浪費。故障診斷儀器的廣泛應用，使對機械設備的維護由計劃、定期檢修走向狀態(tài)、預知檢修變?yōu)楝F(xiàn)實，使機械設備的維護方式發(fā)生了根本性革命。狀態(tài)監(jiān)測避免了機械的突發(fā)故障，從而避免了被迫停機而影響生產(chǎn)；機械狀態(tài)分析為預知機械設備的維修提供了可靠依據(jù)，即可做到測量表明有必要時才進行維修。使得能夠及時準備維修部件，安排維修計劃，克服了定期維修帶來的不必要的經(jīng)濟損失和設備性能的下降;完善的診斷能力可準確指出故障類型和故障部位，避免維修的盲目性，使監(jiān)測簡

5、單易行，大大縮短了維修工期；完善的設備管理軟件，又可使企業(yè)設備管理自動化。由此可見，狀態(tài)檢測給企業(yè)帶來的經(jīng)濟效益是十分顯著的。如實行狀態(tài)維修后，某化工廠年維護修理工作由2567臺減至21臺；某電機廠維護費用下降了65%。某造紙廠年節(jié)約18萬美元，而振動監(jiān)測設備一次性投資僅是此數(shù)的13%2。2 旋轉(zhuǎn)機械故障診斷技術理論基礎旋轉(zhuǎn)機械的主要功能是由旋轉(zhuǎn)部件來完成的，轉(zhuǎn)子是其最主要的部件。旋轉(zhuǎn)機械發(fā)生故障的主要特征是機器伴有異常的振動和噪聲，其振動信號從幅域、頻域和時域反映了機器的故障信息。因此，了解旋轉(zhuǎn)機械在故障狀態(tài)下的振動機理，對于監(jiān)測機器的運行狀態(tài)和提高診斷故障的準確率都非常重要。利用振動檢測系

6、統(tǒng)可及時發(fā)現(xiàn)和識別這些異常振動現(xiàn)象，通過振動發(fā)展趨勢觀察分析，控制或減少振動，避免發(fā)生重大事故。大型旋轉(zhuǎn)機械常見的故障原因分類為設計原因：設計不當，運行時發(fā)生強迫振動或自激振動；結(jié)構(gòu)不合理，應力集中；設計工作轉(zhuǎn)速接近或落入臨界轉(zhuǎn)速區(qū)； 熱膨脹量計算不準，導致熱態(tài)對中不良；制造原因：零部件加工制造不良，精度不夠；零件材質(zhì)不良，強度不夠，制造缺陷；轉(zhuǎn)子動平衡不符合技術要求；安裝、維修：機械安裝不當，零部件錯位，預負荷大；機器幾何參數(shù)調(diào)整不當；未按規(guī)程檢修，破壞了機器原有的配合性質(zhì)和精度；操作運行：工藝參數(shù)（如介質(zhì)的溫度、壓力、流量、負荷等）偏離設計值，機器運行工況不正常；運行點接近或落入臨界轉(zhuǎn)速區(qū)

7、；潤滑或冷卻不良3。3 在旋轉(zhuǎn)機械運行中的實際應用系統(tǒng)能夠?qū)ΤＲ姷牟黄胶狻⒉粚χ?、轉(zhuǎn)子碰摩、油膜振蕩、氣流激振、部件脫落、軸承損壞、松動、旋轉(zhuǎn)失速和喘振等故障進行診斷，診斷結(jié)果成立的依據(jù)和故障的處理意見等。3.1 應用實例 某壓縮機組由一臺直流電動機驅(qū)動增速機然后帶動壓縮機工作，整臺機組安裝在同一基礎上，如圖1所示。電動機和增速機輸入轉(zhuǎn)速為1500r/min,增速機輸出端和壓縮機轉(zhuǎn)速為7758r/min。圖1 整臺機組安裝示意圖現(xiàn)場測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)3號測點的位移、速度峰值均超過允許值。從圖2中的3號測點位移頻譜圖與圖3的速度頻譜圖看，25Hz與50Hz均為電機和增速機輸入端軸的旋轉(zhuǎn)頻率與旋轉(zhuǎn)頻率的

8、倍頻，不易看出故障原因，為此對測點的結(jié)構(gòu)進行了分析。圖2 3號測點位移頻譜圖圖3 3號測點速度頻譜圖3.2 測點分析3號測點置于齒輪箱頂蓋上。由于箱蓋不是直接壓在軸承蓋上，而且箱蓋的剛度不是很大，所以必須考慮傳遞途徑的影響。通?？梢詰玫诡l譜分析，分離其影響，但限于設備條件，故采用調(diào)整測點的方法，將測點布置在軸承座的基座8號測點位置，避免了傳遞途徑的影響。其8號測點的位移和速度頻譜圖如圖4和圖5所示。圖4 8號測點位移頻譜圖圖5 8號測點速度頻譜圖3.3 診斷由圖4和圖5可見，50Hz的幅值與前面比較大大增加，甚至超過工頻25Hz的幅值，是二倍頻（不是電網(wǎng)頻率），同時發(fā)現(xiàn)三倍頻75Hz的幅值也

9、比較大。由此說明該軸承座存在異?，F(xiàn)象。圖6 對中后8號測點的位移頻譜圖圖7 對中后8號測點速度頻譜圖根據(jù)二倍頻和三倍頻的幅值大的特點，考慮到齒輪箱前軸承端處有一聯(lián)軸器，故診斷為電機和齒輪箱的聯(lián)軸器對中不良。停機后對該聯(lián)軸器進行測量發(fā)現(xiàn)：對中超差甚大，在垂直方向兩軸中心偏移達0.15mm，電機的中心較高。采取使電機中心下降的措施，再開機測試和進行頻譜分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)3號測點的位移振幅減為0.006mm（原為0.15mm），速度峰值為3mm/s（原為9mm/s）。其它各測點處的振幅也平均降低了25%。其中8號測點對中后的位移和速度的頻譜圖如圖6和圖7所示。由圖可見，二倍頻和三倍頻成分已基本消失4-5

10、。3.4 實例結(jié)論用振動信號處理技術來診斷旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)子不對中的故障是可行的，選擇測點時，要考慮傳遞途徑的影響。4 結(jié)束語旋轉(zhuǎn)機械故障診斷技術在減少突發(fā)性事故，提高設備的安全可靠性；提高設備可用率，降低設備強迫停運；降低了維修費用及壽命周期費用；延長了設備使用壽命等方面有著不可替代的作用。由于旋轉(zhuǎn)機械故障診斷技術具有以上的優(yōu)點，目前國際上一些發(fā)達國家已經(jīng)80%采用該技術，國內(nèi)企業(yè)也取得了一些改造的成功經(jīng)驗。實踐證明：采用旋轉(zhuǎn)機械故障診斷技術，無論在降低經(jīng)濟成本還是安全保證都是最有效的途徑。它將在技術的推廣應用中得到更加充分的體現(xiàn)并在實踐中不斷得到完善。 參 考 文 獻1 虞和濟振動診斷的工程應用M冶金工業(yè)出版社，1992.2 黃文虎，夏松波，等設備故障診斷原理、技術及應用M北京：科學出版社，