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機械設備狀态監測與故障診斷

作者:   發布日期:2016-2-25   點擊數:6646

    機械設備狀态監測與故障診斷是同一学科的兩個不同層次, 它們既有聯系又 有區别,为了方便起見統稱为機械設備故障診斷。

  機械設備故障診斷是识别機械設備(機器或機組)運行狀态的一門綜合應用科学和技術,它主要研究機械設備 運行狀态的變化在診斷信息中的反映。具體来說,就是通過測取設備運行的狀态 信号,并結合其曆史狀況對所測取的信号進行處理、分析、提取特征,從而定量診斷(识别)機械設備及其零部件的運行狀态(正常、異常、故障) ,再進一步 預測設備未来的運行狀态, 最終确定需要采取何種必要的措施来保证機械設備取 得最優的運行效果。

  主要内容包括對機械設備運行狀态的監測、診斷(识别)和預測三個方面。 其中,狀态監測也被稱为簡易診斷,一般是通過測定設備的某些較为單一的特征 參數(如:振动、溫度、壓力等)来檢查設備運行狀态,再根據特征參數值與門 限值之間的關系来确定設備當前是處于正常、異常還是故障狀态。如果對設備進行定期或連續的狀态監測,就可以獲得設備運行狀态變化的趨勢和規律,據此就 可以預報設備的未来運行發展趨勢,也就是人們常說的趨勢分析。診斷(识别)則不僅要掌握設備的運行狀态和發展趨勢,更重要的是查找産 生故障的原因,识别、判斷故障的嚴重程度,为科学檢修指明方向。

  这就是人們常說的精密診斷,設備狀态監測與設備故障診斷可以從以下兩個方面来理解。

  一、設備狀态監測與故障診斷的基本環節

  基本環節可分为狀态監測、分析診斷和治理預防。

  轉軸、軸承、齒輪是組成設備傳动鍊的三大組件,用振动法進行狀态監測和故障診斷時,可用電渦流位移傳感器在盡量靠近軸承的平面内相互垂直的兩個方向上,測量轉軸的徑向振动,在靠近轉軸端面處測量其軸向位移;也可用加速度傳感器或速度傳感器在軸承座底部或側面測量機殼(軸承座)的水平、垂直和軸向振动。通過對特征信号的監測、采集、記錄、分析處理及數據或圖譜顯示,對照判斷标準和參考圖譜,對機械設備進行狀态识别,并作出診斷結論。根據該結論選擇巡回檢測、監護運行或停機檢修,對已确診原因、部位和危險程度的設備故障,可采取調整、檢修、更換等措施,防止類似故障再發生。

  二、監測與診斷的方法技巧

  1.概念清晰

  異常振动往往标志着故障,欲根據提取的振动信号特征识别故障,就必須緊緊圍繞時間、頻率(轉速)、周期、相位、振幅(能量)等參量進行分析。

  工程上遇到的多为动态信号,其幅值随時間變化。动态信号又可分为确定性的周期信号(簡諧信号、複雜周期信号)和非周期信号(準周期信号、瞬變信号)、非确定性的平穩随機信号(各态曆经信号、非各态曆经信号)和非平穩随機信号,这些信号與振动一一對應,并與故障關系密切。

  振动有四種分類方法。一是按振动實質的动力学分類法,可分为強迫振动、瞬态振动、自激振动、參變振动;二是粗略估計故障部位的按振动頻率高低分類法;三是根據信号特點區分出各種振动特征,并能對譜圖特點作出理論說明的分類法;四是振动系統的特征(線性振动、非線性振动)分類法。

  例如,轉子不平衡和不對中故障産生簡諧振动,这種在離心力作用下的振动屬于強迫振动;當齒輪箱或機組同時存在幾個轉子不平衡或不對中故障時,産生複雜周期振动;滾动軸承元件損傷故障被激發導致的衰減振动,屬于準周期振动;齒輪斷齒、轉子摩擦等故障則産生撞擊的瞬态振动。

  2.思路明确

  (1)了解測試對象的原理,結構及運行狀況。監測診斷前,應确認被測對象是旋轉機械還是往複機械,是滑动軸承還是滾动軸承,機組傳动鍊構成,以及是否存在外来激勵;了解被測對象的運行狀況及其故障曆史,估計可能出現的故障及其部位,哪些參數變化最为敏感。

  (2)估計被測對象的振动類型、振級和可能産生的最低、最高頻率,計算故障頻率,确定分析頻帶;根據機組結構和環境條件,選定傳感器及儀器或監測診斷系統。例如滑动軸承可采用非接觸式電渦流位移傳感器,滾动軸承則采用速度或加速度傳感器。

  (3)選用适宜的監測診斷參數。位移d對低頻信号(100Hz以下)非常敏感,反映了質點工作位置的變化程度,可監測位能對設備的破壞;速度V對中頻信号(1kHz以下)非常敏感,反映了質點運动的快慢,可監測动能對設備的破壞;加速度a對高頻信号(I kHz以上)非常敏感,反映了質點受力變化,可監測沖擊力對設備的影響。雖然數学上三個量可以相互轉換,實際測試中則應依據各自适宜的頻率合理選用。

  (4)繪制機組測點示意圖、測試報告表。

  (5)檢查測試系統,确定傳感器安裝位置。

  (6)對實測的振动特征數據和圖譜,用判斷标準或參考圖譜反複對比、分析,從振动機理上逐項排除與故障無關的因素後,結合現場感官診斷经验作出診斷結論。

  (7)采用對應的治理預防措施,以消除隐患或故障。

  3、方法得當

  如果有僅能顯示振动幅值(或能量)大小的簡易診斷儀器,應根據傳感器的頻響範圍選擇最優的安裝方式,選好測點并做标記。要辨知儀器上顯示振动幅值大小是哪種參數(加速度、速度、位移),有無分檔量程(低通、高通、帶通)及其用途,能否顯示有量綱(或無量綱)的診斷參數值或分貝值等。

  利用这類儀器,可選用振幅值(有效值Xrms峰值Xr、均值萬)、趨勢圖、波形因數(峰值Xp,均值X)、波峰因數(峰值Xp、有效值 )、無量綱參數、沖擊脈沖等診斷法,對機組作出定性的簡易診斷。