基于遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷分析

文/沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司 郭 楊

1 引言

旋轉(zhuǎn)機(jī)械廣泛應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外冶金、石油、化工、氣體液化和輸送等諸多領(lǐng)域，且大多數(shù)為各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域的關(guān)鍵設(shè)備。隨著我國(guó)工業(yè)技術(shù)水平的不斷提高，旋轉(zhuǎn)機(jī)械向著大型化、綜合化、精密化、復(fù)雜化的方向發(fā)展，設(shè)備投資巨大，非計(jì)劃停車損失巨大，因此旋轉(zhuǎn)機(jī)械的安全、平穩(wěn)運(yùn)行具有非常重要的意義。

大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障診斷分析從20世紀(jì)70年代開始，經(jīng)歷了三個(gè)不同階段，從早期對(duì)機(jī)械設(shè)備故障的各種直接檢測(cè)，發(fā)展到依靠經(jīng)驗(yàn)積累的診斷過(guò)程，進(jìn)一步發(fā)展到現(xiàn)在基于專家經(jīng)驗(yàn)的智能化故障診斷技術(shù)【1】。

2 旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)原因分析

引起旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)的原因有很多，這里簡(jiǎn)要介紹，詳見參考文獻(xiàn)【2】，如基礎(chǔ)不穩(wěn)引起的振動(dòng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)引起的振動(dòng)，轉(zhuǎn)子不平衡、不對(duì)中引起的振動(dòng)，油膜渦動(dòng)和油膜振蕩，喘振引起的振動(dòng)，密封氣體激振力（自激振動(dòng)）等。

3 監(jiān)控系統(tǒng)常用圖譜

狀態(tài)監(jiān)測(cè)圖譜可以直觀的對(duì)大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行描述，當(dāng)開始在線振動(dòng)的故障分析時(shí)，通常會(huì)使用一些圖譜。這里介紹如下幾種：

一是波德圖，它可以描述大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)幅值（尤其指工頻分量或二階分量）、相位跟隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系曲線圖，通過(guò)波德圖，可以得到轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速，系統(tǒng)的阻尼大小，轉(zhuǎn)子是否發(fā)生了熱彎曲等。

二是波形頻譜圖，可以在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)中作為示波器顯示振動(dòng)的變化和形態(tài)。頻譜圖是通過(guò)傅立葉級(jí)數(shù)展開得到的相關(guān)頻率成分分析，并對(duì)振動(dòng)波形進(jìn)行快速傅里葉變換（FFT）處理得到的振動(dòng)頻譜分布【3】。頻譜圖是一種有效分析油膜渦動(dòng)、轉(zhuǎn)子不平衡、不對(duì)中等故障的方法。

三是振動(dòng)趨勢(shì)圖，這種圖顯示的曲線非常直觀，可以通過(guò)它監(jiān)視大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的運(yùn)行狀況，及時(shí)了解到機(jī)組的各頻率分量的振動(dòng)、相位及其他參數(shù)【4】。

四是軸心軌跡圖，轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)中經(jīng)常含有不平衡引起的基頻振動(dòng)分量以及因?yàn)橛湍u動(dòng)、氣體激振、不對(duì)中等原因引起的振動(dòng)分量，造成軸心軌跡的形狀呈現(xiàn)得特別復(fù)雜，甚至十分混亂。

4 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)故障診斷實(shí)例應(yīng)用

這里引入一個(gè)實(shí)例，某旋轉(zhuǎn)機(jī)組運(yùn)行情況與振動(dòng)測(cè)試情況的故障分析。

某機(jī)組運(yùn)行后，通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)到機(jī)組變速機(jī)側(cè)振動(dòng)較高，頻率成分1X為主，該側(cè)軸瓦溫度都小于58℃。機(jī)組出現(xiàn)一定的高次諧波和較小的低頻能量，振動(dòng)波動(dòng)與跳變的能量變化在工頻。如圖1所示。

該機(jī)組波形圖中包含大量的“尖峰”，四個(gè)通道同時(shí)出現(xiàn)，沒(méi)有規(guī)律，大小各不相同，波形與軸心軌跡如圖2所示。分析為是電氣干擾造成的，暫不必進(jìn)一步討論。

圖1 振動(dòng)FFT

圖2 波形與軸心軌跡

圖3 振動(dòng)趨勢(shì)

從振動(dòng)趨勢(shì)圖上顯示，出現(xiàn)無(wú)規(guī)律跳變，如圖3所示。

綜上振動(dòng)情況和相關(guān)圖譜分析，該機(jī)組變速機(jī)側(cè)振動(dòng)教高，頻率成分以一倍頻為主，機(jī)組側(cè)軸瓦溫度較低，分析其主要原因可能是：由軸瓦間隙較大造成；增壓缸存在角度不對(duì)中。

綜合以上監(jiān)測(cè)結(jié)果與故障分析，該機(jī)組增壓機(jī)在檢修時(shí)應(yīng)重點(diǎn)檢查變速機(jī)側(cè)的軸瓦間隙是否偏大及角度不對(duì)中。是否還存在其它問(wèn)題，應(yīng)參考用戶現(xiàn)場(chǎng)的意見，逐一查明。

5 結(jié)束語(yǔ)

引起旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障原因是多方面的，在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行使用中，通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以快速有效地發(fā)現(xiàn)機(jī)組的潛在故障，根據(jù)專家系統(tǒng)或依靠經(jīng)驗(yàn)判斷故障產(chǎn)生的機(jī)理和原因，并能給出意見，采取必要方法對(duì)機(jī)組實(shí)施保護(hù)或直接停機(jī)，避免產(chǎn)生更加嚴(yán)重的故障或設(shè)備損壞，從而有效保障大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

綜合論述，通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械進(jìn)行故障診斷，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)診斷，對(duì)防止突然事故有利，是延長(zhǎng)機(jī)組的運(yùn)行周期的有效手段。目前機(jī)組的自動(dòng)診斷水平有限，未來(lái)，增加自動(dòng)化和自適應(yīng)能力的智能專家系統(tǒng)將具有更廣闊的應(yīng)用前景。