振動狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷技術(shù)應(yīng)用

福田書屋 2022-04-14

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1,、前言

設(shè)備的維修方式已經(jīng)從事后維修、計劃維修到設(shè)備現(xiàn)代管理下的狀態(tài)維修,，也就是預(yù)知維修,。開展設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測及診斷工作就是為了避免設(shè)備突發(fā)性故障造成的巨大損失,，減少計劃維修所造成的一些浪費，不斷提高設(shè)備完好率,、設(shè)備使用效益率,。

振動是設(shè)備常見的現(xiàn)象，通過振動檢測技術(shù)可以掌握設(shè)備的運行狀況,，解決大部分設(shè)備的潛在問題,。

2、常見機械振動故障及分析方法

常見的機械故障一般可分為不平衡,、不對中,、機械松動、軸承問題,、機械摩碰等幾種情況,。頻域分析方法已成為機械設(shè)備故障診斷的主要內(nèi)容，通過振動數(shù)據(jù)采集及頻域信號的分析處理,，可以很明顯的區(qū)別一些常見的機械故障,。

2.1 不平衡

引起不平衡原因主要有轉(zhuǎn)子結(jié)垢、掉塊,、轉(zhuǎn)子變形,、彎曲及回轉(zhuǎn)中心與質(zhì)心不重合等。不平衡在時域波形圖中與頻域波形圖中特征很突出,，主要時域波形圖,、頻譜圖及特征如下：

A．隨著轉(zhuǎn)速的升降，振幅隨之升降
B．頻譜圖中有較穩(wěn)定的高峰,，諧波能量集中在基頻(1X),，基頻為轉(zhuǎn)速n/60，其它信頻幅值很小
C．振動的時域波形為正弦波

2.2 不對中

機組安裝后,，轉(zhuǎn)子軸線或其延長線不重合,，稱為不對中，不對中分為三種情況：平行不對中,、角度不對中,、平行和角度不對中。

不對中故障產(chǎn)生的頻譜圖特征如下：

A．轉(zhuǎn)子徑向振動出現(xiàn)2倍頻,，以1倍頻和2倍頻分量為主,，不對中越嚴重,，2倍頻所占比例越大
B．轉(zhuǎn)子軸向振動在1倍頻,、2倍頻甚至3倍頻處有穩(wěn)定的高峰，一般達到徑向振動的50%以上,，若與徑向振動一樣大或更大,，表明情況嚴重,，應(yīng)及時處理，一般4~10倍頻分量較小
C．軸承不對中時,，徑向振動較大,，有可能出現(xiàn)高次諧波，振動不穩(wěn)定
D．負荷變化導(dǎo)致振動值變化
E．時域波形穩(wěn)定,，每轉(zhuǎn)出現(xiàn)1個,、2個或3個峰值

2.3 機械松動

機械松動分為結(jié)構(gòu)松動和轉(zhuǎn)動部件松動，造成機械松動的原因是：安裝不良,、長期磨損,、基礎(chǔ)或機座損壞、零部件破壞,。機械松動故障的頻譜圖和波形特征：

  A．強徑向振動,，特別是垂直方向，出現(xiàn)3~10倍頻
  B．徑向振動較大,，尤其垂直徑向振動較大
  C．有時含有1/2倍頻,，3/2倍頻等分數(shù)頻分量
  D．軸向振動很小或正常,這也是與不對中故障的明顯區(qū)別
  E．時域波形雜亂，有明顯的不穩(wěn)定的非周期信號

2.4 軸承問題

旋轉(zhuǎn)機械化是故障診斷的重點,，而很多旋轉(zhuǎn)機械故障都和軸承有關(guān),。據(jù)統(tǒng)計旋轉(zhuǎn)機械的故障40%是由軸承引起的，它的好壞對機器的工作狀況影響極大,，軸承的缺陷會導(dǎo)致機器劇烈振動和噪聲,，甚至?xí)鹪O(shè)備的損壞。

軸承按其結(jié)構(gòu)分為滾動軸承和滑動軸承,。滾動軸承在運轉(zhuǎn)過程中由于各種原因引起損壞,，如裝配不當(dāng)，潤滑不良,，水分和異物侵入,，腐蝕和過載等可使軸承過早損壞。主要故障表現(xiàn)為：疲勞剝落,、磨損,、塑性變形、銹蝕,、斷裂,、膠合、保持架損壞,。
2.4.1 滾動軸承
滾動軸承的特征頻率與故障具體部位,、滾動軸承零件幾何尺寸、軸承工作轉(zhuǎn)速等因素有關(guān)。如果不計軸承各元件彈性變形,，并認為滾動與滾道之間為純滾動,，則各故障特征頻率為：
a) 內(nèi)環(huán)的頻率為：fr=n/60
b) 保持架的旋轉(zhuǎn)頻率（或滾動體的公轉(zhuǎn)頻率）：fc=1/2{1-d/D(cosa)}fr
c) 外環(huán)故障頻率：Zfc=Z/2{1-d/D(cosa)}fr
d) 內(nèi)環(huán)故障頻率：Zfi= Z/2{1+d/D(cosa)}fr
       式中　Ｚ——軸承滾動體個數(shù)
              D——軸承的節(jié)徑
              d——滾動體直徑
              a——接觸角
2.4.2 滑動軸承
滑動軸承可能有多種故障，其中包括間隙過大,，油膜振蕩以及摩擦,。造成這些故障的原因是裝配不當(dāng)，潤滑不良,，負荷欠妥,，長久磨損及軸承設(shè)計不當(dāng)?shù)取,；瑒虞S承的故障一般在頻譜圖上表現(xiàn)為半頻故障,，間隙過大時（4~10）倍頻分量較顯著，類似于機械松動的現(xiàn)象,，但軸向振動較大,；油膜渦動有較大的徑向振動，頻譜圖中有明顯而穩(wěn)定的渦動頻率分量（42%~48%）,，可能有高次諧波分量,。
渦動頻率與機械松動或軸承摩擦區(qū)分：
A．為了區(qū)分渦動頻率（42%~48%）分量與機械松動或軸承摩擦產(chǎn)生的1/2分量，須使用高分辨率頻譜標(biāo)記,，應(yīng)使頻率分辨率達到轉(zhuǎn)速的2%~5%
B．機器啟動過程中,，如果達到臨界轉(zhuǎn)速時油膜渦動開始出現(xiàn)，則當(dāng)轉(zhuǎn)速超過臨界轉(zhuǎn)速后渦動仍會存在,，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過臨界轉(zhuǎn)速的兩倍時,，油膜振蕩可能會出現(xiàn)。一旦出現(xiàn)油膜振蕩,，振幅急劇增大,，即使再提高轉(zhuǎn)速，振幅也不會減小,。
C．渦動頻率與軸和軸承間隙有關(guān),，間隙增大時渦動頻率減小。

3,、實際應(yīng)用
滾筒破碎篩的振動檢測和故障診斷
設(shè)備情況型號：非標(biāo),，電機功率：5.5KW 轉(zhuǎn)速：1480RPM 轉(zhuǎn)速比為1.409
測點如圖所示：
（單位：mm/s）：

由上可經(jīng)看出，1,、2,、3、4,、測點振動沒有超過國際振動標(biāo)準(zhǔn)4.5mm/s,，應(yīng)對第5和6測點進行分析，從第5測點頻譜圖來看，最大值出現(xiàn)在146HZ處,，第6測點最大值出現(xiàn)在198HZ處,。由于測點設(shè)在軸承座上,，首先應(yīng)檢查故障是否出現(xiàn)在軸承上,，了計算5號測點軸承外環(huán)故障頻率為145.67HZ，6號測點的內(nèi)環(huán)故障頻率為197.31HZ,，通過對照軸承故障特征頻率表,，可以判斷5號軸承故障出現(xiàn)在軸承外圈，6號軸承故障出現(xiàn)在軸承內(nèi)圈,，可能是表面磨損,。經(jīng)更換軸承后，振動正常,。
4,、結(jié)論：
設(shè)備監(jiān)測與診斷技術(shù)可以有效地避免意外事故，節(jié)約大量維修費用,，無論對安全生產(chǎn)還是對設(shè)備維護都具有十分重要的意義,。設(shè)備狀態(tài)檢測工作的開展為設(shè)備預(yù)防性維修提供了可靠的理論依據(jù)，對確保設(shè)備修理的及時性,、準(zhǔn)確性起到了關(guān)鍵作用,。隨著人們對設(shè)備保護意識的加強和設(shè)備維護認識的深入，該項技術(shù)越來越受到人們的重視,。展望未來,，開展設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷將是現(xiàn)代大、中型企業(yè)必不可少的重要手段,。