對(duì)機(jī)械設(shè)備的診斷與分析

徐文強(qiáng)

摘要：機(jī)械設(shè)備在現(xiàn)代的化工生產(chǎn)行業(yè)中占有極其重要的地位，機(jī)械設(shè)備的故障會(huì)對(duì)化工生產(chǎn)正常的運(yùn)行造成惡劣的影響，嚴(yán)重?fù)p害國家和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益，因此，針對(duì)化工設(shè)備運(yùn)行的準(zhǔn)確、高效、實(shí)時(shí)狀態(tài)診斷及分析系統(tǒng)都已建立。本文旨在對(duì)化工機(jī)械設(shè)備進(jìn)行概述的基礎(chǔ)上，分析設(shè)備狀態(tài)診斷及分析的作用，闡述設(shè)備狀態(tài)診斷及分析所運(yùn)用的技術(shù)和方法。

關(guān)鍵詞：化工；機(jī)械；設(shè)備狀態(tài)；診斷；應(yīng)用

化工機(jī)械在現(xiàn)代化工行業(yè)中是化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中所用機(jī)器和設(shè)備的總稱，地位十分重要，化工生產(chǎn)中要將原料加工成一定規(guī)格的成品，必須對(duì)原料進(jìn)行預(yù)處理、化學(xué)反應(yīng)以及產(chǎn)物分離和提煉等操作，這些過程所用的機(jī)械被劃歸為化工機(jī)械。目前的工業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)向大型化、集成化和精細(xì)化方向發(fā)展，其整體實(shí)際上是一個(gè)極為復(fù)雜的大系統(tǒng)，如果運(yùn)行中出現(xiàn)故障，并且沒有得到很好的解決，就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)重大事故的發(fā)生，所以對(duì)化工機(jī)械設(shè)備狀態(tài)的診斷與分析在整個(gè)化工生產(chǎn)過程中極為關(guān)鍵。機(jī)械設(shè)備狀態(tài)的診斷與研究就是通過設(shè)備診斷了解和掌握設(shè)備在使用過程中的狀態(tài)，給機(jī)械設(shè)備進(jìn)行“體檢”或“看病”，確定其整體或局部是正常或異常，并且對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障征兆以及導(dǎo)致故障的原因。

一、化工機(jī)械設(shè)備概述

1.分類

通常，化工機(jī)械分為兩類：1）化工機(jī)器：主要的作用部件是運(yùn)動(dòng)的機(jī)械，如破碎機(jī)、過濾機(jī)、旋轉(zhuǎn)窯、離心分離機(jī)、旋轉(zhuǎn)干燥機(jī)、流體輸送機(jī)及攪拌機(jī)等；2）化工設(shè)備：主要的作用部件靜止或極少運(yùn)動(dòng)的機(jī)械，如各類容器（罐、槽、釜等）、塔器、換熱器、反應(yīng)器、蒸發(fā)器、普通干燥器、普通窯、電解槽、反應(yīng)爐、傳質(zhì)設(shè)備、結(jié)晶設(shè)備、流態(tài)化設(shè)備、吸附設(shè)備、離子設(shè)備以及普通分離設(shè)備等。化工機(jī)械的劃分方式并不嚴(yán)格，在化工部門常將許多用于流體輸送的機(jī)械（如泵、風(fēng)機(jī)及壓縮機(jī)等）稱作化工機(jī)械，同時(shí)它們還是其它工業(yè)生產(chǎn)中通用的機(jī)械。近代的化工機(jī)械設(shè)計(jì)及制造，不僅僅依賴機(jī)械工程、材料工程的發(fā)展，更與化學(xué)工藝及化學(xué)工程的發(fā)展密切相關(guān)。

2.性能

化工產(chǎn)品的質(zhì)量、成本和產(chǎn)量，很大程度上都決定于化工機(jī)械完善的程度，但化工機(jī)械自身的特點(diǎn)須能夠適應(yīng)化工生產(chǎn)過程中常遇到的高溫、高壓、易燃、易爆、高真空、超低壓以及強(qiáng)腐蝕性等特殊環(huán)境條件。近代化學(xué)工業(yè)對(duì)化工機(jī)械提出了更高的要求：能夠連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)且安全可靠，在一定的操作條件下具有滿足要求的機(jī)械強(qiáng)度，耐腐蝕性能優(yōu)良，密封性好，效率高且能耗低。

3.特點(diǎn)

在進(jìn)行化學(xué)生產(chǎn)的工廠中，化工機(jī)械是不可或缺的生產(chǎn)裝備，其區(qū)別于其它機(jī)械的顯著特點(diǎn)包括：

（1）涉及多種多樣的能量形式，不同種類能量間的相互轉(zhuǎn)換過程也頗為復(fù)雜，其中常見能量形式為化學(xué)能、機(jī)械能、熱能以及電磁能；

（2）工質(zhì)的性質(zhì)多變，如工質(zhì)的組成、組分及相態(tài)等變化多端；

（3）運(yùn)行工況域非常寬闊，操作參數(shù)也比較特殊，如高、低溫，高、低壓，高、低粘度，高、低轉(zhuǎn)速等；

（4）為廣泛適應(yīng)不同化學(xué)性質(zhì)對(duì)其的要求，化工機(jī)械裝備的特殊結(jié)構(gòu)千變?nèi)f化。

二、化工機(jī)械設(shè)備狀態(tài)診斷和分析的主要內(nèi)容

化工機(jī)械設(shè)備狀態(tài)診斷包括診斷設(shè)備狀態(tài)和診斷設(shè)備故障現(xiàn)象兩種含義，診斷設(shè)備狀態(tài)的目的是進(jìn)行預(yù)防性檢修，是由機(jī)械設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)狀推斷未來的狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)故障的征兆；這段設(shè)備故障現(xiàn)象的目的是更好地對(duì)機(jī)械設(shè)備故障進(jìn)行修復(fù)，是通過分析故障的原因來找出消除故障的措施。機(jī)械設(shè)備的狀態(tài)診斷主要包括選擇特征信號(hào)、通過獲取的特征信號(hào)判斷是否存在故障、根據(jù)設(shè)備狀態(tài)和故障征兆深入分析、根據(jù)深入分析的結(jié)果尋找相應(yīng)的對(duì)策四項(xiàng)內(nèi)容。

在選擇特征信號(hào)時(shí)，應(yīng)正確選擇與設(shè)備故障征兆、狀態(tài)有關(guān)的特征信號(hào)，保證測取的信號(hào)包含設(shè)備故障有關(guān)的征兆或狀態(tài)的信息；設(shè)備的故障判斷是一項(xiàng)技術(shù)含量較高的工作，一般直接根據(jù)獲得的特征信號(hào)直接判斷是否存在故障較為困難，因而，在獲取特征信號(hào)后通常需要根據(jù)信號(hào)分析理論、控制理論等相關(guān)理論和方法，并通過一定的試驗(yàn)，對(duì)獲取的特征信號(hào)進(jìn)行處理，提取其中的有用信息，包括結(jié)構(gòu)的物理參數(shù)、模態(tài)參數(shù)、設(shè)備工作性能，如耗油率、工作轉(zhuǎn)速及信號(hào)統(tǒng)計(jì)特性和其他特征量，進(jìn)而判斷設(shè)備狀態(tài)；對(duì)設(shè)備狀態(tài)和故障征兆的深入分析不僅可識(shí)別出設(shè)備的故障傾向，還可通過分析得知故障的位置、類型、原因、趨勢(shì)等；通過深入分析得知設(shè)備運(yùn)行的故障傾向或故障的位置、原因后，可根據(jù)分析的結(jié)果采取相應(yīng)的措施對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)整、維修，消除故障隱患，減少事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，促使機(jī)械設(shè)備安全、高效地發(fā)揮其性能。

確定故障與特征信號(hào)之間的關(guān)系是保障診斷準(zhǔn)確性的關(guān)系，但由于在實(shí)踐中故障與特征信號(hào)之間的關(guān)系并不是一一對(duì)應(yīng)的，存在著同一故障可能表現(xiàn)出不同征兆信號(hào)而同一種征兆信號(hào)可能由不同的故障引起，因而化工機(jī)械設(shè)備狀態(tài)診斷中，診斷人員應(yīng)當(dāng)熟練掌握不同設(shè)備的各種故障征兆與故障起因間關(guān)系的規(guī)律，以最大限度地提高診斷分析的準(zhǔn)確性。另外，故障有時(shí)可能是間歇性出現(xiàn)的，各種監(jiān)測儀表的質(zhì)量和性能也會(huì)直接影響到診斷的結(jié)果，因此，應(yīng)盡可能地保證監(jiān)測儀表的可靠性。

三、 化工機(jī)械設(shè)備狀態(tài)診斷與分析的方法

1.齒輪故障診斷方法

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備樣式繁多，由于齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊、使用效率高、使用的壽命長，并且其工作具有可靠、維修方便的特點(diǎn)，所以在運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力傳遞、速度變更等方面得到了廣泛的應(yīng)用，但同時(shí)這個(gè)方法也存在兩個(gè)嚴(yán)重問題，一是噪聲和振動(dòng)的傳遞方式大，二是當(dāng)材質(zhì)、裝配、制造工藝、熱處理等沒在理想的狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)就會(huì)誘發(fā)機(jī)器故障，所以齒輪運(yùn)行狀態(tài)的診斷是個(gè)復(fù)雜的過程。4.2、化工機(jī)械設(shè)備狀態(tài)診斷的簡易方法

簡易診斷方法，通常采用便攜式測振儀拾取信號(hào)，并直接由信號(hào)的參數(shù)或統(tǒng)計(jì)量組成指標(biāo)，根據(jù)分析來判定設(shè)備是否正常，所以，簡易診斷用在設(shè)備狀態(tài)檢測中，有方法簡單易行、投資少，見效快的優(yōu)點(diǎn)，可作為再次診斷的基礎(chǔ)，因此受到廣泛的歡迎和重視。

2.功率譜的三種頻結(jié)構(gòu)及其對(duì)應(yīng)原因

（1）線狀譜，主要是齒輪的嚙合頻率及運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的諧波頻率；

（2）山狀譜，主要是結(jié)構(gòu)共振的頻率，如齒輪軸橫向的振動(dòng)產(chǎn)生的固有頻率；

（3）隨機(jī)譜，主要是隨機(jī)振動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)。

運(yùn)行正常的齒輪功率譜可能同時(shí)有以上三種頻率結(jié)構(gòu)，幅值都相對(duì)小，隨著齒輪發(fā)生故障，其線狀譜的幅值部分會(huì)上升，功率譜分析在齒輪故障的診斷中，功率譜分析的作用越來越大，由于其對(duì)點(diǎn)蝕，大面積磨損等均勻故障有明顯分析效果，因此成為故障診斷和振動(dòng)監(jiān)測的信號(hào)處理技術(shù)中應(yīng)用最廣的技術(shù)。

結(jié)束語

化工機(jī)械比起其他機(jī)械其涉及的能量形式更為多樣，能量形式間的轉(zhuǎn)換也更為復(fù)雜，同時(shí)工質(zhì)的性質(zhì)多變、運(yùn)行工況域?qū)掗煛⒉僮鲄?shù)特殊，加之現(xiàn)代化工機(jī)械設(shè)備集成化程度的提高，其運(yùn)行狀態(tài)的診斷和分析也更為復(fù)雜，在實(shí)際工作中應(yīng)加強(qiáng)化工機(jī)械設(shè)備狀態(tài)的診斷和分析，利用多種方法對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，消除故障隱患或排除故障，從而保證生產(chǎn)的安全穩(wěn)定。

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