機械故障觸摸感應診斷法在化工設備應用分析

陳平 和映山 周樂海

云南水富云天化有限公司裝備運維中心，中國·云南 水富 657800

在化工行業中需要利用各種旋轉機械設備，因為環境因素和操作因素的影響，這些設備在使用過程中將會產生故障問題，從而影響到生產效率，因此需要合理選擇旋轉機械故障診斷技術，及時診斷機械設備，預警故障發生率，維持化工生產的正常性。論文主要分析了旋轉機械故障診斷技術在化工設備中的運用，對于實際工作發揮借鑒作用，優化旋轉機械設備的使用性能，顯著降低設備故障率，延長設備使用壽命。

旋轉機械故障；診斷技術；煉鋼設備；運用措施

1 引言

化工企業生產裝置由于其特殊性，都需要不間斷長周期地連續運行，旋轉機械安全穩定運行尤為重要，因各種內外部因素的出現可能會導致各種旋轉機械設備故障。由于旋轉機械結構復雜，種類繁多，往往發生故障時很難查找出機械故障原因，更難以做出有效的維修方案。通過各種診斷方法，采集旋轉機械相關參數，識別旋轉機械的實時狀況，利用各種故障診斷知識，結合現場處理經驗，通過各種有效的分析方法來查找旋轉機械的故障原因。論文著重介紹觸摸感應診斷法，此方法可廣泛用于化工旋轉機械領域，有很強的實用性[1]。

2 方法概述

常規的機械故障診斷采用事后維修制度（POM）和預防維修制度（PM），事后維修制度主要特點是故障維修，等待旋轉設備發生故障后進行維修。預防維修制度是以時間為節點的設備維修制度，這是一種非動態的維修制度，主要特點是當設備運行達到計劃規定的周期就進行強制維修。以上兩種維修制度存在明顯的不足，既存在過剩維修的問題，也存在失修的隱患。以勞模創新工作室為平臺，立足生產實際開拓進取，將“學習型機修技術鉗工”落到實處，開發出“機械故障觸摸感應診斷法”，包括聽聲辨損—直覺診斷法、振動觸摸監測分析法和接煙診斷分析法等[2]。

3 聽聲辨損—直覺診斷法簡述

由于環境噪聲和其他噪聲的影響，機械故障聲信號的提取十分困難。論文中，我們將建立機械故障聽診器監測來解決這個問題。旋轉機械設備在運動狀態下，產生的沖擊脈沖激振力，通過耳膜測定振動故障的頻率，利用關聯圖分析出振動成分，與電子檢查儀數據比較判斷，診斷旋轉機械設備單個元件的失效形式。

建立機械故障聽診器監測模型來解決這個問題。機械故障聽診器緊貼振動聲源，聲波通過1m 空心管，音頻振動放大后，傳送到圓柱體緩沖耳塞，這樣有效屏蔽周圍環境噪音，免受其它設備運轉聲音干擾。運行工況良好的旋轉機械在運行時發出有力且均勻、平穩的轟鳴聲，若伴有其他特殊響聲（如間歇或連續地金屬敲擊聲音、無規律的金屬碰擦聲等），則表明旋轉機械可能存在其他異常響聲，旋轉機械可能已存在運行隱患（見圖1）。

圖1 診斷網絡圖

首先對旋轉機械設備聲音進行有效判斷，如齒輪、齒輪膠合、齒輪斷裂、齒輪磨損、齒輪點蝕等聲音信號的信息特征提取，如十字頭磨損會產生極高的作用力，這些作用力撞擊曲軸軸瓦壁及活塞連桿組，發出強烈的類似金屬敲擊的聲音。再如，滾動軸承彈道出現毛刺就會出現間歇3 次“嗑嗑”聲。當局部配合體磨損或配合面損傷，因機械磨損使其配合間隙增大或其配合面有損傷時，如齒輪、齒輪膠合、齒輪斷裂、齒輪磨損、齒輪點蝕等配合間隙過大，在機械運動中，因沖擊和振動都會產生脈沖激振力所發出的是“突突”聲。個別機件初期損壞，氣門彈簧疲勞、閥片斷裂、機組對不良等引起的間歇1 次/30″“咔咯”。把這些故障進行判別輸出分類標注，最后，通過與時頻域特征分析圖譜進行要因分析（見圖2）。驗證結果表明，通過聽診棍監測模型診斷方法在旋轉機械設備運行條件下對各種故障聲音信號特征的識別率為100%，表明該方法可以準確地區分各種旋轉機械的故障狀態和非故障狀態（見圖3）。在金屬斷裂，磨損和點蝕三種情況下的識別率分別為100%、99.6%和99.2%，表明該方法能夠準確地識別出壓縮機、機泵、風機、汽輪機和多級聯動條件下的各種齒輪組件故障狀態。

圖2 時頻域特征分析圖譜

圖3 現場聽診器的使用

4 振動觸摸感應監測分析法

手觸摸感應機件（如氣門、氣缸蓋、活塞等）溫度變化，與平常收集資料進行對比，判斷是否因吸收大量的熱量受熱膨脹，造成零件之間的配合間隙破壞，導致出現卡死、熔結磨損失效。通過手摸即可感知振動的強弱、溫度的高低，通常情況，對于剛性底座，離振源越近振動越大，尤其在松動面接合處振動相差較大，用手去摸，就可找到振源所在，再用相關知識理論進行分析；手摸也可感知水平和垂直方向振動的大小，分辨是否存在基礎松動、軸承座松動、軸承間隙過大等問題；對于屬于機械設備故障還是電機故障，我們可用斷電后設備振動的減小程度進行判斷，若斷電瞬間振動明顯降低，判斷為電機問題，若斷電瞬間振動變化不大，那診斷為旋轉機械問題。對于大型機組間歇振動異常趨勢來判斷轉子不平衡、不對中和彎曲，如儀表振動顯著很小，但現場機殼振動很大時，這類型情況需要到現場去摸才能發現。例如：某化工廠合成1107-J 雙吸泵，工人在巡檢用測振儀測量，發現振動僅為2.0mm/s（幾乎沒有振動），沒有任何故障跡象，但現場手感確實振動大，存在振動問題，在軸承支架和泵體可感受到明顯的振動區域。通過判斷支撐架連接不實，連續運行正常的機泵由于軸承磨損加劇了振動，導致松動，需更換軸承，通過處理后運行良好。由于每個故障都有自己所敏感的參數，也有不敏感的參數，過于依賴在線儀表的數據也是不科學的。再一個由于設備安裝空間狹窄，位移探頭安裝受限制，以致給測振帶來困難，更多需要觸摸感應的方式解決問題[3]。

5 接煙診斷分析法

液壓油和潤滑油廣泛用于旋轉機械設備中，尤其是潤滑油，它們都攜帶有大量關于旋轉機械設備運行狀態的信息，潤滑油所涉及的各摩擦副的磨損顆粒都會落入其中，并隨之一起流動齒輪箱，工作不正常時會冒油煙氣，采用手掌接煙進行檢驗。在離開排氣管30mm 處，手心朝向煙流稍停片刻后觀察掌心，如出現板狀碎片說明齒輪疲勞失效，出現嚙合過緊或潤滑不良。診斷時，根據手掌接到的油煙磨屑的濃度和顆粒大小判斷旋轉機器磨損的嚴重程度，磨屑的大小和形貌反映了磨屑產生的原因。磨屑的成分反映了產生的部位，即零件磨損的部位。將各方面的信息綜合起來，即可對零件摩擦副的工作狀況進行評估，得出行之有效的處理方案。接煙診斷案例見圖4。

圖4 接煙診斷案例

6 觸摸診斷異響故障排除法

首先應區分是附件響還是機械旋轉箱體內部響，用手穩住較小管道、護罩、保溫、調節手柄等，若響聲減弱或者消失，說明是該附件響。案例：在判斷調節閥工作中異響源，可用手指捏住該彈簧，若響聲減弱或者消失說明異響源來自彈簧固定缺陷。

7 結語

以上為選擇機械常用的機械故障觸摸感應診斷法幾種典型方法，以上方法既可以獨立使用，也可以結合監測數據進行綜合故障診斷分析。機械故障觸摸感應診斷法在大型化工企業機械設備連續穩定運行非常重要，已通過診斷法的后預判51 次選擇機械故障，為公司清潔生產，設備穩定運行奠定了良好的基礎。圖5 為診斷法實施前后對比表。

圖5 診斷法實施前后對比表

因此，在日常工作過程中，研究缺陷隱患經驗與理論相結合，需要更多地經驗積累和學習摸索才能更早發現設備隱患，保證旋轉機械長周期穩定運行。通過對機械故障進行及時準確的識別，對機械的運行狀態進行檢測，提前預防故障的發生，從而保證旋轉機械的安全性，提高生產效率。