某典型綜合監(jiān)測診斷技術案例分析

王永富，邵 山，全繼海，陳 晨

（91970部隊，遼寧 大連 116041）

狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術是設備維修的重要手段，設備診斷技術可以保障設備安全、預防突發(fā)故障、節(jié)約維修成本、減少停機時間、提升經(jīng)濟效益。常用的監(jiān)測手段有紅外熱成像、油液分析、振動和噪聲、無損、電氣、熱工參數(shù)等。綜合監(jiān)測技術在設備故障診斷中已經(jīng)逐步開始應用[1]，文獻[2]采用了熱工參數(shù)、紅外熱成像、振動監(jiān)測對設備進行了故障診斷，但使用的是簡易監(jiān)測方法，未進行精密診斷分析。本文從紅外熱成像、油液光譜、振動（頻譜和時域波形）3 個方面對滑動軸承進行狀態(tài)監(jiān)測，通過對比分析不同視角下的物理特征，以實例闡釋了一種故障對應多種故障征兆的典型監(jiān)測方法，對開展設備故障診斷工作具有較強的實踐意義。

1 紅外熱成像監(jiān)測分析

某船大型1#、2#滑動軸承（左右對稱、運行工況相同）承擔向螺旋槳傳遞動力的重要功能，常年處于高強度運轉(zhuǎn)狀態(tài)，軸承與軸瓦之間為液體潤滑方式工作。

使用紅外熱成像儀在滑動軸承平穩(wěn)運轉(zhuǎn)狀態(tài)下測量熱場情況[3]，環(huán)境溫度為17.3 ℃，2 個滑動軸承的紅外熱成像圖如圖1、圖2 所示，2#滑動軸承表面最大溫度值為74.4 ℃，比1#滑動軸承高了23.8 ℃。紅外熱成像監(jiān)測結(jié)果及限值如表1 所示，參照表1 可知，2#滑動軸承溫升值已經(jīng)超過限值，外表最大溫度值接近限值，由此可以判定2#滑動軸承溫度異常。根據(jù)滑動軸承工作方式可知，溫度異常的原因是軸瓦和軸頸之間出現(xiàn)了摩擦。

表1 紅外熱成像監(jiān)測結(jié)果及限值 ℃

圖1 1#滑動軸承紅外熱成像圖

圖2 2#滑動軸承紅外熱成像圖

2 油液光譜監(jiān)測分析

取1#和2#滑動軸承潤滑油進行油液分析，原子發(fā)射光譜分析結(jié)果如表2 所示。發(fā)現(xiàn)同工況條件下，2#滑動軸承的Fe、Cr、Sn 3 種金屬含量遠超1#滑動軸承，且遠超2#滑動軸承油液光譜金屬含量日常監(jiān)測值。由此可知，2#滑動軸承出現(xiàn)了嚴重摩擦故障。分析滑動軸承結(jié)構(gòu)金屬成分構(gòu)成，F(xiàn)e 元素來源于軸頸，Cr元素和Sn元素來源于軸瓦。

表2 原子發(fā)射光譜分析結(jié)果 μg/g

3 振動監(jiān)測分析

振動監(jiān)測分為振動頻譜監(jiān)測和振動時域波形監(jiān)測2部分?；瑒虞S承轉(zhuǎn)速為187.57 r/min（經(jīng)齒輪箱降速后計算得出），轉(zhuǎn)頻為3.130 Hz。分析相同工況下2個滑動軸承的振動情況，對比垂直方向的速度幅值[4]，1#滑動軸承頻譜峰值為0.379 mm/s（對應頻率為3.130 Hz）。2#滑動軸承頻譜峰值為0.505 mm/s（對應頻率為15.625 Hz，約5 倍轉(zhuǎn)頻），而3.130 Hz（轉(zhuǎn)頻）對應的速度幅值為0.432 mm/s。對比可知，2#滑動軸承速度頻譜峰值比1#滑動軸承增長了33.2%、3.130 Hz 對應的速度幅值增長了14.0%，存在5 倍、8 倍、16 倍的高次諧波。滑動軸承速度頻譜對比如圖3所示。

圖3 滑動軸承速度頻譜對比

滑動軸承位移頻譜對比如圖4 所示，分析垂直方向的位移幅值，1#滑動軸承頻譜峰值為0.058 2 mm（對應頻率為3.130 Hz），2#滑動軸承頻譜峰值為0.060 8 mm/s（對應頻率為3.130 Hz）。對比可知，2#滑動軸承位移頻譜峰值比1#滑動軸承增長了4.5%，存在5倍的高次諧波，位移幅值在各頻率范圍內(nèi)有微量增加。

圖4 滑動軸承位移頻譜對比

滑動軸承加速度頻譜對比如圖5 所示，分析垂直方向的加速度幅值，1#滑動軸承頻譜峰值為0.029 5 m/s2（對應頻率為48.437 Hz），2#滑動軸承頻譜峰值為0.048 7 m/s2（對應頻率為48.437 Hz）。對比可知，2#滑動軸承加速度頻譜峰值比1#滑動軸承增長了65.1%，存在8 倍、31 倍的高次諧波，加速度幅值在各頻率范圍內(nèi)均有一定增加。

圖5 滑動軸承加速度頻譜對比

1#、2#滑動軸承加速度波形圖如圖6 所示，截取15 s 時長的時域加速度波形。2#滑動軸承波形圖在波峰、波谷處呈現(xiàn)密集性的削波狀態(tài)，即截頭余弦的特征，而截頭余弦為典型摩擦故障征兆。

圖6 1#、2#滑動軸承加速度波形圖

通過振動分析，2#滑動軸承的速度頻譜、位移頻譜、加速度頻譜的峰值及整個頻率范圍內(nèi)的幅值比1#滑動軸承均有不同程度增長，并增加了一些高次諧波，其中加速度頻譜和速度頻譜峰值增加較為明顯。通過時域波形圖可知，2#滑動軸承出現(xiàn)了典型的截頭余弦現(xiàn)象，符合摩擦故障特征。

4 結(jié)束語

經(jīng)過拆卸檢修，確定軸瓦和軸頸之間出現(xiàn)了磨損。磨損的原因可能是因為軸承工作強度較大且工作環(huán)境惡劣引起的軸線不對中。

使用綜合監(jiān)測分析方法，確定了某船2#滑動軸承摩擦故障。由于一種故障一般不只有一種征兆，通過多種監(jiān)測手段互為驗證監(jiān)測結(jié)果，可以極大程度上確保診斷結(jié)論準確可靠，綜合分析多種不同領域的故障征兆可以有效進行故障定位。