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基于振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)在旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷中的應(yīng)用
江蘇安全技術(shù)職業(yè)學(xué)院 屈海軍 2019/6/6 15:27:44
（接上頁(yè)）式監(jiān)測(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行中的故障，并排查安全隱患。技術(shù)人員在故障診斷環(huán)節(jié)，采用振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，利用測(cè)振系統(tǒng)將信息采集、存儲(chǔ)等相應(yīng)信息經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)送至用戶(hù)終端，最終由用戶(hù)終端專(zhuān)用軟件來(lái)分析故障問(wèn)題[3]。用戶(hù)終端依據(jù)設(shè)定的預(yù)警系統(tǒng)依次檢測(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行中的振動(dòng)是否超標(biāo)、是否存在設(shè)備損壞等問(wèn)題，在此環(huán)節(jié)，專(zhuān)家分析軟件快速得出某臺(tái)機(jī)械振動(dòng)超標(biāo)及機(jī)械損壞等信息，做到防患于未然，并通過(guò)設(shè)置報(bào)警界線，對(duì)各個(gè)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行科學(xué)分析和預(yù)警。
3.旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行中常見(jiàn)故障
運(yùn)行中旋轉(zhuǎn)機(jī)械產(chǎn)生了較大的振動(dòng)，機(jī)械的運(yùn)行頻率、幅度、方向等發(fā)生改變，如果不及時(shí)采取措施，將引發(fā)重大的安全事故。
轉(zhuǎn)子不平衡：旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行過(guò)程中，轉(zhuǎn)子軸心質(zhì)量分布不合理，運(yùn)作中產(chǎn)生附加慣性力，作業(yè)人員操作不當(dāng)，由于慣性力增加，轉(zhuǎn)子運(yùn)行中出現(xiàn)了故障。轉(zhuǎn)子材質(zhì)不合格，比如在安裝環(huán)節(jié)，輸送介質(zhì)攜帶的附屬物粘附在轉(zhuǎn)子葉輪上，不平衡量沿著轉(zhuǎn)子、葉輪軸向、徑向等任意分布，慣性離心力增大，超出限制，從而導(dǎo)致運(yùn)行中振動(dòng)幅度和頻率發(fā)生了改變[4]。
轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障：軸承安裝底座安裝不合理，轉(zhuǎn)子軸運(yùn)行中產(chǎn)生了預(yù)負(fù)荷，轉(zhuǎn)子軸中心線發(fā)生偏移，轉(zhuǎn)子高度不對(duì)中，由此引發(fā)軸承附加的負(fù)荷、轉(zhuǎn)子附加力等增大，軸承還需要對(duì)負(fù)荷進(jìn)行再次分配，這樣一來(lái)，不僅對(duì)軸承造成損傷，還導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)猛烈，引發(fā)安全隱患。
摩擦故障：旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行中的摩擦故障有內(nèi)摩擦、動(dòng)靜摩擦、外摩擦等幾種常見(jiàn)形式，運(yùn)行頻率故障還伴隨有高頻分布的特點(diǎn)，低頻成分中含有高次諧波。長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行導(dǎo)致軸承產(chǎn)生裂紋，在垂直方向上的橫向裂紋不對(duì)稱(chēng)，頻率不穩(wěn)定，機(jī)械振動(dòng)嚴(yán)重。比如內(nèi)摩擦故障：機(jī)械在負(fù)載作用下產(chǎn)生變形，單元件變形量增加，重新排列晶粒的環(huán)節(jié)，分子還需消耗很多能量，無(wú)法順利地將所有的輸入能量全部釋放。材料內(nèi)摩擦嚴(yán)重，加載金屬材料環(huán)節(jié)會(huì)消耗比卸載環(huán)節(jié)更多的應(yīng)力，致使機(jī)械振動(dòng)強(qiáng)烈[5]。外摩擦：軸承與葉輪的固定不穩(wěn)，高強(qiáng)度的作業(yè)環(huán)境中，旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子彎曲變形，同時(shí)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行導(dǎo)致葉輪與轉(zhuǎn)子之間的摩擦力增大，位于葉輪圓盤(pán)接觸面上的轉(zhuǎn)子軸逐漸向兩邊滑動(dòng)，內(nèi)摩擦又一次增大，軸新的橫向力產(chǎn)生彎矩。轉(zhuǎn)子動(dòng)靜接觸摩擦：轉(zhuǎn)子運(yùn)行中，軸承密封間隙小、潤(rùn)滑度不夠，這都是造成轉(zhuǎn)子熱彎曲加劇的主要原因之一，旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)不規(guī)則，轉(zhuǎn)子失穩(wěn)，局部摩擦過(guò)大導(dǎo)致某一旋轉(zhuǎn)機(jī)械嚴(yán)重?fù)p壞，其運(yùn)行頻率超出標(biāo)準(zhǔn)。
4.故障診斷振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
總體設(shè)計(jì)：合理設(shè)計(jì)故障診斷振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，科學(xué)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集卡，采用正規(guī)廠商生產(chǎn)的多功能數(shù)據(jù)采集卡，其性能參數(shù)采用8路差分輸入法、16路單端輸入，采樣工作頻率可達(dá)到250KHz，如下圖所示為振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)，作為參考。
圖1：振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體框架
旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的故障問(wèn)題，與各個(gè)部件的組成有關(guān)，由于系統(tǒng)內(nèi)預(yù)設(shè)了多個(gè)通道，便于實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械不同部件的轉(zhuǎn)子、軸承、等參數(shù)信息作出實(shí)時(shí)掌握，將從傳感器接收到的電路信號(hào)以電量形式輸出，同時(shí)依靠高頻濾波器和數(shù)據(jù)采集卡，將系統(tǒng)內(nèi)監(jiān)測(cè)到的信息快速傳遞至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，便于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行高效處理[6]。下圖為振動(dòng)監(jiān)測(cè)中采集系統(tǒng)的硬件組成。
圖2：振動(dòng)監(jiān)測(cè)中采集系統(tǒng)的硬件
軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)：振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件可分為采集控制、信號(hào)處理、故障診斷這幾個(gè)模塊內(nèi)容，利用功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)設(shè)備實(shí)時(shí)接收并輸入各種信號(hào)波形，提高了數(shù)據(jù)采集及處理速度，保證了故障診斷信息的準(zhǔn)確性和全面性，并發(fā)揮出可靠性高、實(shí)時(shí)性等明顯優(yōu)勢(shì)。信號(hào)控制：利用信息采集卡實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的雙向數(shù)據(jù)通訊，首先作業(yè)人員從數(shù)據(jù)采集卡上讀取相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，將其及時(shí)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，然后利用分析模塊進(jìn)行信號(hào)與數(shù)據(jù)的分析與處理[7]。采集過(guò)程中，技術(shù)人員利用8測(cè)試通道，實(shí)現(xiàn)單通道、多通道實(shí)時(shí)采集，另外技術(shù)人員也可將虛擬儀器作為采集中的助手，以此發(fā)揮出采樣多通道頻率信息的重要作用。
信號(hào)處理：信號(hào)處理的關(guān)鍵是在線分析、離線分析、波形分析等，各個(gè)部分密切配合的情況下可實(shí)現(xiàn)信號(hào)實(shí)時(shí)分析與處理[8]。狀態(tài)檢測(cè)的主要作用是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，能夠進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)和狀態(tài)分析，通過(guò)借助監(jiān)測(cè)參數(shù)掌握設(shè)備振動(dòng)信號(hào)的特征值，監(jiān)測(cè)結(jié)果主要分為安全、超限、危險(xiǎn)這幾種主要形式，其對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)顯示顏色為綠色、橙色、紅色，作業(yè)人員在分析系統(tǒng)監(jiān)測(cè)故障的環(huán)節(jié)，主要采用模糊識(shí)別法和統(tǒng)計(jì)識(shí)別法，并配合逐項(xiàng)比較法和綜合分析法來(lái)診斷系統(tǒng)故障信息，形成故（未完，下一頁(yè)）
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