基于遠程監控系統的旋轉機械故障診斷分析

文/沈陽鼓風機集團股份有限公司 郭 楊

1 引言

旋轉機械廣泛應用在國內外冶金、石油、化工、氣體液化和輸送等諸多領域，且大多數為各個工業領域的關鍵設備。隨著我國工業技術水平的不斷提高，旋轉機械向著大型化、綜合化、精密化、復雜化的方向發展，設備投資巨大，非計劃停車損失巨大，因此旋轉機械的安全、平穩運行具有非常重要的意義。

大型旋轉機械的故障診斷分析從20世紀70年代開始，經歷了三個不同階段，從早期對機械設備故障的各種直接檢測，發展到依靠經驗積累的診斷過程，進一步發展到現在基于專家經驗的智能化故障診斷技術【1】。

2 旋轉機械振動原因分析

引起旋轉機械振動的原因有很多，這里簡要介紹，詳見參考文獻【2】，如基礎不穩引起的振動，驅動機引起的振動，轉子不平衡、不對中引起的振動，油膜渦動和油膜振蕩，喘振引起的振動，密封氣體激振力（自激振動）等。

3 監控系統常用圖譜

狀態監測圖譜可以直觀的對大型旋轉機械運行狀態進行描述，當開始在線振動的故障分析時，通常會使用一些圖譜。這里介紹如下幾種：

一是波德圖，它可以描述大型旋轉機械振動幅值（尤其指工頻分量或二階分量）、相位跟隨轉速變化的關系曲線圖，通過波德圖，可以得到轉子系統的臨界轉速，系統的阻尼大小，轉子是否發生了熱彎曲等。

二是波形頻譜圖，可以在實時監測中作為示波器顯示振動的變化和形態。頻譜圖是通過傅立葉級數展開得到的相關頻率成分分析，并對振動波形進行快速傅里葉變換（FFT）處理得到的振動頻譜分布【3】。頻譜圖是一種有效分析油膜渦動、轉子不平衡、不對中等故障的方法。

三是振動趨勢圖，這種圖顯示的曲線非常直觀，可以通過它監視大型旋轉機械的運行狀況，及時了解到機組的各頻率分量的振動、相位及其他參數【4】。

四是軸心軌跡圖，轉子振動信號中經常含有不平衡引起的基頻振動分量以及因為油膜渦動、氣體激振、不對中等原因引起的振動分量，造成軸心軌跡的形狀呈現得特別復雜，甚至十分混亂。

4 遠程監控系統故障診斷實例應用

這里引入一個實例，某旋轉機組運行情況與振動測試情況的故障分析。

某機組運行后，通過遠程監控系統，監測到機組變速機側振動較高，頻率成分1X為主，該側軸瓦溫度都小于58℃。機組出現一定的高次諧波和較小的低頻能量，振動波動與跳變的能量變化在工頻。如圖1所示。

該機組波形圖中包含大量的“尖峰”，四個通道同時出現，沒有規律，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，暫不必進一步討論。

圖1 振動FFT

圖2 波形與軸心軌跡

圖3 振動趨勢

從振動趨勢圖上顯示，出現無規律跳變，如圖3所示。

綜上振動情況和相關圖譜分析，該機組變速機側振動教高，頻率成分以一倍頻為主，機組側軸瓦溫度較低，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中。

綜合以上監測結果與故障分析，該機組增壓機在檢修時應重點檢查變速機側的軸瓦間隙是否偏大及角度不對中。是否還存在其它問題，應參考用戶現場的意見，逐一查明。

5 結束語

引起旋轉機械故障原因是多方面的，在現場運行使用中，通過遠程監控系統的實時監測，可以快速有效地發現機組的潛在故障，根據專家系統或依靠經驗判斷故障產生的機理和原因，并能給出意見，采取必要方法對機組實施保護或直接停機，避免產生更加嚴重的故障或設備損壞，從而有效保障大型旋轉機械的安全、穩定運行。

綜合論述，通過遠程監控系統對大型旋轉機械進行故障診斷，實現實時監測和自動診斷，對防止突然事故有利，是延長機組的運行周期的有效手段。目前機組的自動診斷水平有限，未來，增加自動化和自適應能力的智能專家系統將具有更廣闊的應用前景。