旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷技術(shù)在煉鋼設(shè)備上的應(yīng)用

白華， 向忠輝， 彭長福

（武鋼設(shè)備維修總廠，武漢 430083）

0 引言

當(dāng)前我國設(shè)備維護(hù)大部分仍采用傳統(tǒng)的周期、計劃維修，更落后的是還處于事故維修狀態(tài)，這種傳統(tǒng)的方法遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上生產(chǎn)的發(fā)展及現(xiàn)代社會對節(jié)能和高效的要求。大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械如發(fā)電機(jī)、電機(jī)、風(fēng)機(jī)、泵等通常具有大型、高速、成本高、連續(xù)工作及處于核心地位的特點，其運(yùn)行狀況好壞直接影響企業(yè)的生產(chǎn)。為了掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，避免事故的發(fā)生，需要研究并應(yīng)用先進(jìn)的狀態(tài)檢測與故障診斷技術(shù)，以避免突發(fā)故障,從而避免因被迫停機(jī)而影響生產(chǎn)導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失和設(shè)備性能的下降。由此可見,故障診斷技術(shù)給企業(yè)帶來的經(jīng)濟(jì)效益十分顯著，其中旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷技術(shù)就是隨著現(xiàn)代工業(yè)大生產(chǎn)的發(fā)展而發(fā)展起來的一項故障診斷技術(shù)。

1 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷的理論基礎(chǔ)

旋轉(zhuǎn)機(jī)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(jī)械發(fā)生故障的主要特征是機(jī)器伴有異常的振動和噪聲，其振動信號從幅值、頻域和時域反映了機(jī)器的故障信息。利用振動檢測儀器對異常振動進(jìn)行測量，通過對數(shù)據(jù)的收集、分析，觀察振動的發(fā)展趨勢來診斷設(shè)備的隱患，可避免故障的發(fā)生，把故障消滅在萌芽狀態(tài)。根據(jù)故障原因和造成故障原因的不同階段，可以將旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障原因分為幾個方面：1）設(shè)計不當(dāng)；2）零部件加工精度不夠；3）安裝、維修、調(diào)整不當(dāng)；4）工藝參數(shù)偏離設(shè)計值；5）機(jī)器劣化，殼體變形等。

2 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷的實際應(yīng)用

旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障診斷能夠?qū)?qiáng)迫振動、自激振動、非定常強(qiáng)迫振動進(jìn)行診斷，產(chǎn)生3種振動的原因常見的有轉(zhuǎn)子質(zhì)量的不平衡、聯(lián)軸器不對中、轉(zhuǎn)子的靜摩擦、機(jī)械部件松動、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，診斷結(jié)果能對設(shè)備檢修指明方向，避免故障的發(fā)生。

例如，某煉鋼廠的煤氣風(fēng)機(jī)由一臺高壓電動機(jī)（6 000 V）驅(qū)動耦合器，通過耦合器進(jìn)行調(diào)速帶動由滑動軸承支撐的風(fēng)機(jī)葉輪工作，整臺機(jī)組安裝在同一基座上，如圖1所示，高壓電動機(jī)型號為JK850-2，額定功率為850kW，額定轉(zhuǎn)速為2 970 r/min，頻率約為50 Hz，耦合器型號為GST50，風(fēng)機(jī)為D1000-11煤氣風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)高速為2970r/min，低速為750 r/min，當(dāng)煉鋼工藝頂吹氧時，風(fēng)機(jī)為高速狀態(tài)，其它時間為低速狀態(tài)。

圖1 煤氣風(fēng)機(jī)示意圖

2.1 測量振動值分析

某煉鋼廠按平常測量振動使用幅值來測量電動機(jī)的振動值，電動機(jī)前端測點2振動正常，在標(biāo)準(zhǔn)值以下（幅值標(biāo)準(zhǔn)為70 μm），電動機(jī)后端測點1振動幅值波動較大，如圖2，振動幅值采樣值高達(dá)29768μm，頻譜分析圖顯示能量主要集中在低頻，最大能量在0.1倍頻左右，其它頻率能量分布較小。圖3振動幅值采樣值只有31.6 μm，頻譜分析圖顯示能量主要集中在1倍頻、2倍頻，但是圖2、圖3兩次采集振動值時間間隔只有26 s，從數(shù)據(jù)反應(yīng)可以看出振動幅值跳動特別大，平常振動頻譜分析能量基本上全部集中在1倍、2倍頻上，主要因不平衡和不對中引起，而且振動幅值變化較小，時域波形圖較規(guī)律。

圖2 后端振動幅值1

圖3 后端振動幅值2

從振動幅值可以初步推斷電動機(jī)后端存在異常，但是在實際測量過程中，憑人為感覺，振動強(qiáng)度不明顯，應(yīng)該在正常范圍之內(nèi)。為了進(jìn)一步檢查電動機(jī)的使用狀況，考慮到電動機(jī)轉(zhuǎn)速高達(dá)2 970 r/min，按標(biāo)準(zhǔn)需使用速度幅值和加速度幅值來表示振動值的大小。測量時域波形圖及頻譜圖如圖4所示。

圖4顯示的振動速度采樣值高達(dá)403.6 mm/s（標(biāo)準(zhǔn)為5.5mm/s），頻譜分析圖顯示能量主要集中0.1倍頻（5Hz），其它頻率能量較弱。

2.2 分析診斷

通過對電動機(jī)振動的位移幅值、速度幅值、加速度幅值進(jìn)行測量、分析、總結(jié)，可以看出采樣值明顯偏大，且振動時域波形無規(guī)律，振動幅值跳動很大，從頻譜分析可以看出，能量主要集中在低頻，包括0.15倍頻、0.1倍頻，概括所用數(shù)據(jù)可以得出電動機(jī)后端軸承存在問題的結(jié)論。通過對不同故障的振動特征進(jìn)行分析、總結(jié)，結(jié)合現(xiàn)場設(shè)備的工作環(huán)境，引起振動的可能原因初步分析為動靜件摩擦或轉(zhuǎn)子熱套配合過盈不足引起異常振動，具體的可能原因是電動機(jī)軸承內(nèi)圈與軸之間出現(xiàn)了松動現(xiàn)象或軸承本身出現(xiàn)了損傷。經(jīng)停機(jī)后對電動機(jī)后端軸承進(jìn)行開蓋檢查，確認(rèn)為軸承內(nèi)圈出現(xiàn)斷裂而引起振動異常，如圖5。

圖4 后端振動速度值1

圖5 軸承內(nèi)圈出現(xiàn)斷裂

2.3 應(yīng)用實例結(jié)論

用振動信號處理技術(shù)來診斷旋轉(zhuǎn)機(jī)械中的問題，如發(fā)現(xiàn)時域波形圖無規(guī)律振動，而且頻譜分析中能量主要集中在低倍頻（如0.1倍頻、0.15倍頻）時，但是測量人員通過人為在現(xiàn)場感覺振動強(qiáng)度與平時相差不明顯時，可懷疑軸承出現(xiàn)了文中所述的相似故障。

3結(jié) 語

旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障診斷及其分析是非常復(fù)雜的，由于設(shè)備種類很多，故障類型也非常多。在現(xiàn)實使用中，旋轉(zhuǎn)機(jī)械產(chǎn)生的振動可能是由很多原因共同作用的結(jié)果，在數(shù)據(jù)采集過程及相應(yīng)的分析中，要抓住重點，找出振動存在的主要原因，為設(shè)備檢修提供方向。從而提高了設(shè)備的使用率，減少了設(shè)備突然發(fā)生故障的幾率，延長了設(shè)備的使用時間，達(dá)到節(jié)能、高效、安全的目的。

［1］ 楊國安.旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷實用技術(shù)［M］.北京：中國石化出版社，2012.

［2］ 何勇，安源勝，武紅霞.旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障診斷［J］.風(fēng)機(jī)技術(shù)，2007（6）：67-69.