在旋轉(zhuǎn)設(shè)備故障診斷中振動(dòng)測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用分析

摘 要：旋轉(zhuǎn)設(shè)備在正常運(yùn)行過程中，必然會(huì)出現(xiàn)一定程度的振動(dòng)，對(duì)旋轉(zhuǎn)設(shè)備的振動(dòng)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，能夠降低設(shè)備故障的風(fēng)險(xiǎn)，提高設(shè)備使用時(shí)的安全性。本文將概述旋轉(zhuǎn)設(shè)備故障診斷的意義，結(jié)合振動(dòng)測(cè)試技術(shù)的原理及設(shè)備振動(dòng)特點(diǎn)，分析測(cè)量點(diǎn)的選擇方法。為振動(dòng)測(cè)試技術(shù)在故障診斷中的順利應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)設(shè)備;故障診斷;振動(dòng)測(cè)試技術(shù)

引言：旋轉(zhuǎn)設(shè)備的振動(dòng)異常故障一旦出現(xiàn)，會(huì)影響設(shè)備的正常運(yùn)作，情況嚴(yán)重時(shí)會(huì)減少使用年限或造成設(shè)備損壞。而且異常的設(shè)備振動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生大量機(jī)械噪音，影響工作人員的身體健康。判斷旋轉(zhuǎn)設(shè)備是否出現(xiàn)振動(dòng)異常，可以從振幅、振頻等方面分析，通過振動(dòng)測(cè)試技術(shù)來監(jiān)控旋轉(zhuǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，降低故障出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)。

1旋轉(zhuǎn)設(shè)備故障診斷的重要意義

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的不斷發(fā)展，機(jī)械設(shè)備的種類變得更多、自動(dòng)化程度更高、功能性更加強(qiáng)大。但是對(duì)應(yīng)的，機(jī)械設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也更加復(fù)雜，這也加劇了設(shè)備出現(xiàn)運(yùn)行故障的風(fēng)險(xiǎn)。哪怕是其中某個(gè)微小的零件出現(xiàn)問題，也會(huì)影響整個(gè)旋轉(zhuǎn)設(shè)備的正常使用，一旦出現(xiàn)安全事故，不僅會(huì)使企業(yè)單位承受巨大損失，還會(huì)威脅到作業(yè)人員的生命安全。傳統(tǒng)運(yùn)營模式中，很多企業(yè)單位并不重視旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障檢測(cè)工作，大部分設(shè)備都是處于“帶病工作”的狀態(tài)，事故一旦出現(xiàn)就很嚴(yán)重，維修成本較大，對(duì)環(huán)境和工作人員都有一定程度的傷害。而旋轉(zhuǎn)機(jī)械在機(jī)械產(chǎn)業(yè)中占據(jù)了重要位置，例如：長江化工廠設(shè)備中在使用的旋轉(zhuǎn)機(jī)械數(shù)量占據(jù)96%，常見旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備有：汽輪機(jī)、壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)。冶金、機(jī)械、農(nóng)業(yè)等行業(yè)中旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備都有廣泛的使用。因此做好旋轉(zhuǎn)設(shè)備的故障檢測(cè)工作能夠有效提升工作質(zhì)量，降低設(shè)備安全風(fēng)險(xiǎn)，為企業(yè)平穩(wěn)高效的運(yùn)作打下基礎(chǔ)[1]。

2振動(dòng)測(cè)試技術(shù)在旋轉(zhuǎn)設(shè)備故障診斷中的應(yīng)用

2.1振動(dòng)技術(shù)原理

上世紀(jì)六十年代，我國就開始對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障診斷工作展開研究，在過去工業(yè)發(fā)展30年內(nèi)，振動(dòng)測(cè)試技術(shù)在旋轉(zhuǎn)設(shè)備故障診斷的應(yīng)用經(jīng)過不斷實(shí)踐，直至今日已經(jīng)呈現(xiàn)較為成熟的態(tài)勢(shì)。技術(shù)人員可以通過監(jiān)測(cè)旋轉(zhuǎn)設(shè)備的振動(dòng)信號(hào)、振動(dòng)頻率、頻率特點(diǎn)、振動(dòng)趨勢(shì)來分析設(shè)備的運(yùn)行情況，判斷是否出現(xiàn)振動(dòng)故障。機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)就像人類心臟的跳動(dòng)。人類的心臟跳動(dòng)的頻率，是對(duì)一些病癥的反映。同樣，機(jī)械設(shè)備如果出現(xiàn)振動(dòng)異常，說明設(shè)備內(nèi)部已經(jīng)出現(xiàn)了問題。振動(dòng)測(cè)試技術(shù)具有適應(yīng)性好、精準(zhǔn)度高、操作簡單等優(yōu)勢(shì)，所以在機(jī)械故障檢測(cè)中較為常見。不同類型的旋轉(zhuǎn)設(shè)備在運(yùn)行時(shí)，都會(huì)呈現(xiàn)出不同的振幅，但是如果振幅超過一定的數(shù)值，就代表有振源存在，振源的出現(xiàn)代表了旋轉(zhuǎn)機(jī)械的材料、系統(tǒng)或是結(jié)構(gòu)某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)了問題，例如：組裝出錯(cuò)、零部件老化、零部件松動(dòng)、設(shè)備連接不穩(wěn)、回轉(zhuǎn)件裂紋等等。尤其是旋轉(zhuǎn)設(shè)備中，一次震動(dòng)往往代表了很多信息，不同的故障也會(huì)表現(xiàn)出不同特點(diǎn)的振動(dòng)波形。例如：平衡系統(tǒng)故障呈現(xiàn)的振動(dòng)波形類似正弦波。技術(shù)人員通過收集設(shè)備的異常振動(dòng)信息，來總結(jié)旋轉(zhuǎn)設(shè)備的故障特點(diǎn)，然后再結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況制定故障解決方案，近幾年，技術(shù)人員常使用的分析技術(shù)有：短時(shí)博立葉變換技術(shù)、多小波變化分析技術(shù)、倒頻譜分析技術(shù)等等[2]。

2.2分析故障原因

想要高效解決旋轉(zhuǎn)設(shè)備中的異常振動(dòng)故障，就要先分析好設(shè)備為什么會(huì)出現(xiàn)故障，結(jié)合故障的原因來制定解決方案。常見故障原因有以下幾種：首先，設(shè)備內(nèi)部組件因?yàn)殚L時(shí)間使用，出現(xiàn)磨損問題，進(jìn)而引發(fā)振動(dòng)。常見磨損組件有：減速器、齒輪、滾珠、軸承、連接器、滾子軸承等等。而且，如果設(shè)備中的軸承滾子出現(xiàn)凹陷，每當(dāng)軸承滾子經(jīng)過受損區(qū)域，也會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。齒輪有嚴(yán)重缺口，或者連接器極度磨損，同樣會(huì)引發(fā)振動(dòng);其次，設(shè)備的連接軸如果失準(zhǔn)會(huì)造成振動(dòng)。連接軸軸線出現(xiàn)過量的平行位移或連接軸角度位移，也會(huì)引起異常振動(dòng)。設(shè)備裝配時(shí)，受到連接軸的熱膨脹作用，設(shè)備會(huì)產(chǎn)生精度差，進(jìn)而發(fā)生軸向振動(dòng)或徑向振動(dòng)。最后，旋轉(zhuǎn)軸的質(zhì)量不合格，或軸安裝不平衡也會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。在圍繞著設(shè)備旋轉(zhuǎn)的過程中會(huì)產(chǎn)生離心力，引發(fā)振動(dòng)。這主要是由于旋轉(zhuǎn)軸在加工或者維護(hù)過程中有鑄造缺陷，伴隨設(shè)備轉(zhuǎn)速的加快，旋轉(zhuǎn)軸質(zhì)量不平衡，帶來的效應(yīng)越來越明顯，造成機(jī)器振動(dòng)。另外，設(shè)備內(nèi)部組件松動(dòng)引發(fā)的振動(dòng)。在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的初期，內(nèi)部組件的松動(dòng)問題不是很明顯。但是，隨著設(shè)備使用時(shí)間的延長，設(shè)備內(nèi)部組件的松動(dòng)會(huì)變得十分明顯，破壞性也隨之加大。由于內(nèi)部組件松動(dòng)設(shè)備的軸承會(huì)發(fā)生明顯的磨損和疲勞，設(shè)備中其它的組件也會(huì)受到影響。

2.3振動(dòng)特性分析

振動(dòng)測(cè)試技術(shù)應(yīng)用時(shí)使用的系統(tǒng)通?？梢苑殖扇N：1.離線振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng);2.在線監(jiān)測(cè)振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng);3.便攜式振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。首先，離線振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)功能具有操作方便、結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)，但是監(jiān)測(cè)方式較為單一，只有一個(gè)通道。是利用磁帶機(jī)來收集振動(dòng)數(shù)據(jù)，然后將收集到的信號(hào)數(shù)據(jù)上傳到實(shí)驗(yàn)室，完成頻譜分析，該技術(shù)已經(jīng)不適用現(xiàn)代化的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。其次是在線監(jiān)測(cè)振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)設(shè)備振動(dòng)信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，如果出現(xiàn)振動(dòng)異常，可以自動(dòng)報(bào)警，并將數(shù)據(jù)上傳到計(jì)算機(jī)中，工作人員分析監(jiān)測(cè)歷史數(shù)據(jù)，觀看振動(dòng)趨勢(shì)圖也更加方便。但安裝的資金成本較高，而且安裝完成后，由于使用到的設(shè)備占地面積較大，經(jīng)常是一個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)配備對(duì)應(yīng)的大型機(jī)組和監(jiān)測(cè)設(shè)備，所以不能隨意更改。最后，新時(shí)期背景下，我國電子傳感技術(shù)得到了飛速發(fā)展，進(jìn)而出現(xiàn)了便攜式的振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，該技術(shù)很好的彌補(bǔ)了上述兩種技術(shù)的缺陷，不僅能做到在線監(jiān)測(cè)快速診斷，又能離線回放詳細(xì)分析，而且體積較小、質(zhì)量輕、使用方便、成本較低。

2.4測(cè)量點(diǎn)的選擇

選擇合適的測(cè)量點(diǎn)也是振動(dòng)測(cè)量技術(shù)應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)。因?yàn)檩S承支撐座在旋轉(zhuǎn)設(shè)備的使用過程中，承擔(dān)著主要作用，所以技術(shù)人員在收集振動(dòng)信息時(shí)，要依據(jù)軸承支撐座振動(dòng)情況，科學(xué)的采集設(shè)備運(yùn)行振動(dòng)數(shù)據(jù)。這樣振動(dòng)測(cè)試技術(shù)使用后，具有方便快捷、采集速度快、信息精準(zhǔn)度高等優(yōu)勢(shì)。通常在實(shí)踐時(shí)，技術(shù)人員會(huì)將軸承支撐座設(shè)定為振源測(cè)量點(diǎn)。然后再將旋轉(zhuǎn)機(jī)械的箱體和機(jī)殼設(shè)定為輔助的測(cè)量點(diǎn)。因?yàn)樾D(zhuǎn)設(shè)備的振動(dòng)情況會(huì)根據(jù)不同故障、不同環(huán)境、不同敏感程度不斷變化。所以技術(shù)人員在收集旋轉(zhuǎn)設(shè)備的振動(dòng)信息時(shí)，要遵循以下幾個(gè)原則：采集低頻段振動(dòng)信號(hào)時(shí)，要從多個(gè)角度、多個(gè)方向進(jìn)行。例如：徑向、切向、軸向等等。而采集高頻的信號(hào)時(shí)，可以從水平方向或是垂直方向入手。應(yīng)該注意的事項(xiàng)有：技術(shù)人員在選擇旋轉(zhuǎn)機(jī)械的測(cè)量點(diǎn)時(shí)，想要提高數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度和有效性，就要充分考慮到外界因素對(duì)測(cè)量過程的影響，對(duì)于溫差大、濕度大、高溫的位置要盡量避開;保持每次的測(cè)量在同一個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備上完成，這樣才能保證每次測(cè)量得到的結(jié)果是一致的，提高測(cè)量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度、穩(wěn)定性和可用價(jià)值。

結(jié)束語：

綜上所述，振動(dòng)測(cè)試技術(shù)對(duì)旋轉(zhuǎn)設(shè)備的故障診斷有很好的幫助，能夠有效降低安全隱患，提高設(shè)備故障診斷的精準(zhǔn)度，幫助技術(shù)人員在短時(shí)間內(nèi)找到旋轉(zhuǎn)機(jī)械中存在的故障。因此，技術(shù)人員通過提出振動(dòng)波形中的異常信息，就可以總結(jié)出機(jī)械的故障位置，然后再結(jié)合實(shí)際情況制定解決方案，提高旋轉(zhuǎn)設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓玉迎，王晨，杜金香，等.基于圖像邊緣識(shí)別的面內(nèi)振動(dòng)位移測(cè)試方法[J].振動(dòng).測(cè)試與診斷，2021，41（03）：470-475+619.

[2]師忠玉.旋轉(zhuǎn)設(shè)備結(jié)構(gòu)剛度減弱的診斷及振動(dòng)相位周期變化的分析[J].山西電力，2018（03）：55-57.

作者簡介：

吳志廣（1982.9-） 男，漢族，湖北武穴人，本科，工程師，研究方向;機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化。