振動分析在風(fēng)電機械設(shè)備故障診斷中的運用分析

吳佳平

摘 要：在對風(fēng)力發(fā)電機設(shè)備故障進(jìn)行分析的過程中，對振動監(jiān)測分析技術(shù)進(jìn)行有效應(yīng)用，能夠準(zhǔn)確掌握風(fēng)機機械結(jié)構(gòu)以及具體的運行特征。從而對風(fēng)力發(fā)電機組不同部件的運行頻率和故障頻率進(jìn)行準(zhǔn)確采集，并對風(fēng)力發(fā)電機組的運行狀態(tài)和即將出現(xiàn)的故障種類等進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。方便開展有效的故障維護工作，提高風(fēng)力發(fā)電機組的運行安全。本文就振動分析在風(fēng)電機械設(shè)備故障診斷中的運用進(jìn)行了分析和探討。

關(guān)鍵詞：振動分析;風(fēng)電機械;設(shè)備故障診斷;運用

1 風(fēng)電機械常見故障頻譜特征分析

1.1 安裝故障振動分析

發(fā)電機運轉(zhuǎn)階段振動情況時有發(fā)生，常因各種原因造成，再加上長時間服役，就會出現(xiàn)松動、不平衡等現(xiàn)象。機械不平衡。在風(fēng)機部件中軸承屬于核心部件，軸的回轉(zhuǎn)中心非常關(guān)鍵，當(dāng)其與軸的質(zhì)心發(fā)生偏離不再重合時就會誘發(fā)不平衡問題，結(jié)合以往經(jīng)驗可知，不平衡現(xiàn)象的存在絕大多數(shù)取決于轉(zhuǎn)子部分結(jié)垢，此外還要考慮轉(zhuǎn)子部分變形或是發(fā)生彎曲等狀況。在實踐中，經(jīng)長期風(fēng)機檢測可知，機械不平衡故障發(fā)生概率較大，故障特征體現(xiàn)在時域波形中，特征非常鮮明。機械松動。除機械不平衡外松動問題也時常發(fā)生，設(shè)備長時間服役會受嚴(yán)重磨損，導(dǎo)致基座損傷，另外像腳螺栓等重要構(gòu)件也會松動，在多種原因綜合作用下機械松動故障由此形成。實踐證明，轉(zhuǎn)子的支承系統(tǒng)扮演重要角色，當(dāng)過盈間隙太小時外圈和軸承座的空間將會出現(xiàn)周期變化，這樣中間的油膜便無法發(fā)揮作用、出現(xiàn)不穩(wěn)定性。此時一旦地腳螺栓緊力不足振動產(chǎn)生移動就會形成，影響設(shè)備同軸度。其故障頻譜特征：強徑向振動明顯，特別是垂直振動;存在常規(guī)的軸向振動，通過觀察可知。振動的方向性鮮明，并且伴隨垂直向振動，這一故障頻譜特征可作為故障區(qū)分的依據(jù);各次諧波強烈。

1.2 滾動軸承故障分析

在設(shè)備運轉(zhuǎn)階段滾動軸承作用顯著，由于腐蝕、裝配等各方面的原因會讓滾動軸承損壞程度加深，出現(xiàn)不同規(guī)格的磨損。現(xiàn)實應(yīng)用中滾動軸承失效形式大致可分為以下幾種：疲勞剝落，隨著時間推移會承載較長時間應(yīng)力，在其影響下滾動軸承滾子變化明顯，會逐漸拉大與內(nèi)圈外圈的間隙，并在交變載荷作用下導(dǎo)致明顯裂縫形成。實踐證明，最明顯的地方往往是最大剪切應(yīng)力處，且裂縫會不斷擴大直至表面出現(xiàn)剝落。

結(jié)合以往的軸承損傷案例可知，疲勞剝落概率最高，在滾動軸承故障中占據(jù)比重較大。在國家現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中，通常情況下軸承使用壽命計算需結(jié)合使用情況得出其疲勞壽命，即疲勞壽命=軸承使用壽命、磨損。現(xiàn)實應(yīng)用， 磨損之所以會形成，主要是由摩擦過多導(dǎo)致的。究其根本，與滾子、內(nèi)外圈銜接程度有關(guān)，兩者間的摩擦?xí)屳S承出現(xiàn)損傷。通常雜質(zhì)的進(jìn)入會加劇摩擦，讓摩擦力度加大、導(dǎo)致表面磨損，另外在使用階段潤滑不到位也會誘發(fā)類似問題，變相加重磨損。磨損會嚴(yán)重降低各部件的性能，磨損時間增長也就意味著部件尺寸變小，這種關(guān)系始終存在，且軸承內(nèi)部的游隙會不斷擴大，導(dǎo)致軸承粗糙度變大，最終的不良后果就是軸承壽命縮減。此外設(shè)備運行期間還會造成其他影響，在環(huán)境微振作用下能明顯發(fā)現(xiàn)接觸面變小，且滾子與滾道接觸面積變小后就會出現(xiàn)交替滑動，這種滑動將會留下振動條紋， 在振動條紋影響下變相加劇損傷情況。塑性變形。除上述情況外現(xiàn)實中塑性變形普遍存在，塑性變形原因較多：在軸承運行階段大負(fù)荷沖擊強烈，再加上遭遇過熱變形導(dǎo)致額外負(fù)荷產(chǎn)生，這種情況極易誘發(fā)塑性變形;有異物進(jìn)入軸承增加了塑性變形概率，處于這樣的條件下，軸承長期運轉(zhuǎn)會形成明顯的凹痕。通常這些不可恢復(fù)的凹痕會引起負(fù)荷集中，基于這樣的前提表面金屬剝落機會便會增加，最終導(dǎo)致塑性變形。

2 在風(fēng)電機械設(shè)備故障診斷中振動分析的具體應(yīng)用

利用振動分析方法對風(fēng)電機械設(shè)備故障進(jìn)行診斷時，需要根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機組的實際情況加強數(shù)據(jù)采集工作，并根據(jù)具體的需求完成風(fēng)機振動分析，對故障進(jìn)行準(zhǔn)確定位，判斷故障程度，預(yù)測故障的具體發(fā)展趨勢。這樣才能夠提出有針對性的維修建議，之后采集風(fēng)機運行狀態(tài)振動數(shù)據(jù)，在拆解后需要對分析方法的可靠性和準(zhǔn)確性進(jìn)行有效驗證。一般情況下，在振動分析方法應(yīng)用過程中，需要從以下方面出發(fā)，保證該方法能夠充分發(fā)揮作用。

2.1 風(fēng)機振動信號采集作業(yè)

在數(shù)據(jù)采集之前必須確定最合適的測點，將振動傳感器安裝在合適位置并采集振動信號，測點位置越合理，獲取的數(shù)據(jù)越準(zhǔn)確，能夠在最大程度上提高故障診斷的準(zhǔn)確率以及成功率。一般情況下，在振動傳感器位置選擇過程中，要保證傳感器可以直接獲取振動數(shù)據(jù)。因此，要盡可能接近被測設(shè)備的承載區(qū)域或者在最大載荷方向。風(fēng)機內(nèi)部機械部件相對較多， 高低頻信號也比較混雜，其中高頻振動傳播并無方向性，一般需要采集一個方向上的高頻信號。

2.2 獲取風(fēng)電機組部件運行參數(shù)

及時確定風(fēng)機部件的具體型號，并獲取風(fēng)機在正常運行過程中，不同部件的具體參數(shù)，將其帶入到公式中獲取風(fēng)機出現(xiàn)故障后的特征頻率。之后需要根據(jù)風(fēng)機的運行速度對工作頻率進(jìn)行準(zhǔn)確確定。

2.3 進(jìn)行頻譜分析

完成頻譜分析是振動分析在故障診斷中的主要內(nèi)容。一般需要對頻域圖中的不同振動頻率、幅值、邊額等進(jìn)行準(zhǔn)確分析。從而完成故障定位， 判斷故障的具體程度。在振動分析過程中，需要對每一個測量點的時域波形進(jìn)行觀察，獲取振動幅值最大值，并將最大值與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)部位的報警值進(jìn)行對比。如果振動最大值超過標(biāo)準(zhǔn)值代表存在故障，可以利用超過標(biāo)準(zhǔn)值的多少對故障的嚴(yán)重程度進(jìn)行判斷。除此之外，需要對每一個測點的時域波形進(jìn)行分析，主要是利用軟件將采集到的測點速度、加速度、振動信號利用傅里葉變換使其轉(zhuǎn)變?yōu)轭l域圖與包絡(luò)譜。對相關(guān)的頻域波形進(jìn)行觀察獲取頻譜圖內(nèi)的轉(zhuǎn)頻和相關(guān)諧頻。并根據(jù)具體的形式與特征對故障類型進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，之后需要以頻譜圖中的具體情況為基礎(chǔ)，對不同部件故障振動頻率和諧頻進(jìn)行分析，獲取故障問題的具體情況。

2.4 確定故障情況

在振動分析過程中需要分析機械設(shè)備故障的嚴(yán)重程度，并根據(jù)故障的具體情況提出有針對性的可靠的維修計劃。例如對只需要進(jìn)行維護作業(yè)的，可以開展?jié)櫥蛘咔逑垂ぷ?對需要更換部件的需要及時采購配件， 風(fēng)機運行風(fēng)速變小時可以及時更換部件，降低維修成本和時間，提前排除故障，確保風(fēng)機能夠安全穩(wěn)定運行。

3 結(jié)束語

總而言之，在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的背景下，加強風(fēng)力發(fā)電機組的推廣和應(yīng)用具有至關(guān)重要的作用。為了保證風(fēng)電機組能夠安全穩(wěn)定運行，需要重視智能診斷和遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)的充分應(yīng)用。在對風(fēng)電機組設(shè)備故障進(jìn)行診斷時，對振動分析技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，可以在一定程度上提高故障診斷的準(zhǔn)確率以及可靠性，為故障排查與維修方案提供準(zhǔn)確的參考依據(jù)。在對振動分析技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用時，需要根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機組設(shè)備的具體運行情況，引入振動監(jiān)測技術(shù)。并根據(jù)相應(yīng)的工作經(jīng)驗對振動分析方法進(jìn)行總結(jié)，保證振動分析工作的標(biāo)準(zhǔn)性和規(guī)范性，提高故障診斷結(jié)果的可靠性。

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