摘 要：振動(dòng)分析技術(shù)在計(jì)算機(jī)軟、硬件的發(fā)展基礎(chǔ)上有了突破性的進(jìn)步。結(jié)合石油化工設(shè)備運(yùn)行特點(diǎn)，我對振動(dòng)分析技術(shù)和自診斷系統(tǒng)進(jìn)行了研究，總結(jié)出振動(dòng)分析技術(shù)，在石油化工設(shè)備維護(hù)與檢修領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用的一些方法和規(guī)律，介紹給大家，希望起到拋磚引玉的作用。 關(guān)鍵詞：石油化工，旋轉(zhuǎn)機(jī)械，故障，振動(dòng)分析，技術(shù)，應(yīng)用。 電機(jī)、泵以及風(fēng)機(jī)等設(shè)備均為石油化工生產(chǎn)的重要設(shè)備，這些設(shè)備一旦發(fā)生故障，將對安全生產(chǎn)造成不良影響。因此，加強(qiáng)對這類設(shè)備的維護(hù)、監(jiān)測，確保其安全生產(chǎn)具有重大的意義。我和我的同志，通過對振動(dòng)分析技術(shù)的研究，以及對旋轉(zhuǎn)設(shè)備自診斷技術(shù)應(yīng)用和實(shí)踐，在旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障自診斷技術(shù)研究方面取得了一些經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)介紹給大家，希望得到專家和同志們的批評指正。 一、振動(dòng)分析技術(shù)的發(fā)展和實(shí)際運(yùn)用 過去，我們對設(shè)備運(yùn)行維護(hù)過程中主要靠傳統(tǒng)的聽、摸、看等簡單手段來判斷旋轉(zhuǎn)設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)好壞。這種感性判斷與設(shè)備實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)相差很遠(yuǎn)，設(shè)備振動(dòng)的波形的頻譜的變化，不能憑人的聽、摸、看檢查出來，因此，經(jīng)常出現(xiàn)一些突發(fā)性故障，例如最常見的軸承故障、齒輪故障、葉片脫落及動(dòng)平衡等故障；使我們常處于一種被動(dòng)檢修狀態(tài)，使小問題，釀成大事故。特別是化工生產(chǎn)連續(xù)性的特點(diǎn)，往往會(huì)由于一臺(tái)設(shè)備的損壞處理不及時(shí)造成其它設(shè)備損壞的連鎖反應(yīng)。給安全生產(chǎn)和檢修工作帶來繁重的負(fù)擔(dān)。因此，國內(nèi)外的機(jī)械專家和設(shè)備管理人員都在尋求一種較好的解決辦法，在故障初始狀態(tài)就能準(zhǔn)確判斷事故的原因，使設(shè)備能夠進(jìn)行預(yù)維修，變被動(dòng)為主動(dòng)。經(jīng)過廣泛的探索和不斷的實(shí)踐，我們采用了振動(dòng)分析系統(tǒng)對旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行故障檢測。設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測故障診斷是在機(jī)械運(yùn)行中或基本不拆卸機(jī)械結(jié)構(gòu)的情況下，對機(jī)械技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行定量測定，通過對所測信號(hào)的處理和分析，并結(jié)合診斷對象的歷史狀況，來定量識(shí)別機(jī)械設(shè)備及其零件、部件的實(shí)時(shí)技術(shù)狀態(tài)，預(yù)測機(jī)械的異常及未來技術(shù)狀態(tài)，并對故障部位、原因進(jìn)行分析和判斷，及時(shí)確定必要對策和最適宜的修理時(shí)間。設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測故障診斷技術(shù)有利于企業(yè)實(shí)行現(xiàn)代設(shè)備管理；克服維修工作中“過剩維修”及“維修不足”現(xiàn)象，從而達(dá)到設(shè)備壽命周期內(nèi)，實(shí)現(xiàn)費(fèi)用最為經(jīng)濟(jì)和設(shè)備綜合效率最高的目標(biāo)。 對許多中外大型機(jī)械的事故分析表明，由于現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)備向大型化、自動(dòng)化、高精度、高效率、機(jī)電一體化等方向發(fā)展，其性能與復(fù)雜程度不斷提高，各部分的關(guān)聯(lián)也越來越大；機(jī)械設(shè)備相應(yīng)出現(xiàn)突發(fā)性故障率高、停機(jī)損失大、維修費(fèi)用高、維修周期長等一系列特點(diǎn)；為了確保大型機(jī)械的正常運(yùn)行，并使其發(fā)揮最佳技術(shù)性能，就必須對其進(jìn)行定期的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷。通過一段時(shí)間的實(shí)踐應(yīng)用，我們不僅掌握了該儀器的操作，而且從中摸索出一些診斷規(guī)律和實(shí)用技巧，并在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果。目前，振動(dòng)分析技術(shù)在對旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備故障進(jìn)行診斷中已日臻成熟。 二、設(shè)備振動(dòng)分析的工作原理簡介 設(shè)備振動(dòng)信號(hào)一般說來很復(fù)雜，但從數(shù)據(jù)處理分類來說，分為確定性信號(hào)和非確定性信號(hào)。通過對故障診斷實(shí)際應(yīng)用中得出，在旋轉(zhuǎn)機(jī)械中，機(jī)組的聯(lián)接及轉(zhuǎn)子存在不對中，不平衡，齒輪箱中輪齒的點(diǎn)蝕、剝落、斷齒，滾動(dòng)軸承中零部件損壞，滑動(dòng)軸承中存在油膜渦動(dòng)等等這些常見的故障，其信號(hào)都是確定性信號(hào)，都有可以用函數(shù)關(guān)系來描述，即通過理論計(jì)算和頻譜分析技術(shù)均可確定它們的特征頻率，從而確定故障的類型和部位。振動(dòng)分析儀器利用電壓加速度傳感器將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，對振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行處理和分析，得到設(shè)備各種振動(dòng)量的準(zhǔn)確值，進(jìn)而判斷這些設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)是否良好，故障的部位和故障原因，以及檢修的方法。為了更好地研究振動(dòng)分析設(shè)備故障診斷技術(shù)，首先要對波形理論、機(jī)械理論、以及計(jì)算機(jī)應(yīng)用等有一定的了解。振動(dòng)的參數(shù)指標(biāo)很多，經(jīng)過長期的實(shí)踐和學(xué)習(xí)，我們認(rèn)為時(shí)域波譜圖、頻域波譜圖、軸心軌跡圖、脈沖指標(biāo)、峭度指標(biāo)等對設(shè)備的故障分析很有效果。下面就北京利盟騰飛發(fā)展有限公司生產(chǎn)的LM8900系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)和該公司研制的旋轉(zhuǎn)機(jī)械自診斷系統(tǒng)軟件，對設(shè)備故障進(jìn)行分析進(jìn)行論述。 三、基本圖譜 1、 時(shí)域圖譜 時(shí)域波形是最常見的工程信號(hào)，時(shí)域波形直觀易于理解，但包含信息量大，不容易看出所包含的時(shí)域圖譜可對設(shè)備整體性能進(jìn)行評價(jià)，通過時(shí)域波形圖譜可看出設(shè)備是否超標(biāo)和零部件存在的問題。在LM8900系統(tǒng)所采集的時(shí)域波形圖中給出了“峰值、均值、有效值、峭度指標(biāo)和脈沖指標(biāo)五個(gè)參量。在采集時(shí)，根據(jù)旋轉(zhuǎn)設(shè)備運(yùn)行的速度不同，可以選擇“加速度、速度、和位移”三種不同的數(shù)據(jù)類型。 加速度，用于高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備診斷上，轉(zhuǎn)速在10000rpm以上。以加速度的有效值判斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，日本的標(biāo)準(zhǔn)是小于0.5mm/s²為良好狀態(tài)，但國產(chǎn)設(shè)備一般都達(dá)不到此要求，經(jīng)過實(shí)踐，將其數(shù)值放大到1mm/s²;基本上滿足要求。由于石油化工生產(chǎn)中轉(zhuǎn)速超過去10000RPM的設(shè)備不多，因此，加速度值一般可作為設(shè)備故障診斷的輔助數(shù)據(jù)。 速度，用于中速旋轉(zhuǎn)設(shè)備診斷上，轉(zhuǎn)速在600rpm——10000rpm之間；速度的有效值小于4.5mm/s；可以判斷該設(shè)備運(yùn)行基本正常，超過11.8mm/s則是危險(xiǎn)值，必須停車檢修。速度值是最為常用的旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備故障診斷的值。 位移，用于低轉(zhuǎn)速成設(shè)備診斷上，轉(zhuǎn)速在600rpm以下，位移是低轉(zhuǎn)速設(shè)備故障診斷的判斷依據(jù)，0.06mm為危險(xiǎn)值，而大于0.1mm則必須進(jìn)行停車檢修。由于低轉(zhuǎn)速設(shè)備故障通過其它方法比較容易診斷，因此，位移值一般也只做設(shè)備故障診斷的輔助數(shù)據(jù)。 峭度指標(biāo)，是一個(gè)比較抽象的概念，意義是“隨機(jī)過程X（T）四階原點(diǎn)矩；反應(yīng)了波形中是否有沖擊及小組形的尖峭和平坦成度?！苯陙?，診斷工程師對該指標(biāo)進(jìn)行了深入研究后發(fā)現(xiàn)，峭度指標(biāo)是診斷滾動(dòng)軸承、齒輪和轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)動(dòng)零部件等故障的重要依據(jù)，并提出了比較完整理論，即“雙浴缸”曲線，旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸承或齒輪故障在發(fā)展過程中，峭度指標(biāo)在經(jīng)歷第一個(gè)平穩(wěn)過渡后突然上升，然后，再次經(jīng)歷平穩(wěn)過度，再次突然上升，而此次的突然上升將造成設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞 ，所以及時(shí)發(fā)現(xiàn)第二個(gè)浴缸底平面，是解決設(shè)備故障的最好時(shí)機(jī)，也是最后時(shí)機(jī)。峭度指標(biāo)是個(gè)無量綱，理論上當(dāng)峭度指標(biāo)超過3 即說明該設(shè)備需進(jìn)行檢修，但實(shí)踐證明，在不同的情況下，將峭度指標(biāo)設(shè)定為4、5、6為危險(xiǎn)值，均可滿足使用要求。 脈沖指標(biāo)，是一個(gè)常見的無量綱，也比較好理解。對于旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備故障診斷是一個(gè)輔助值。 2、頻域圖 頻域圖譜可以詳細(xì)分析旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備故障存在具體問題，是設(shè)備診斷的重要工具。頻域圖譜和時(shí)域圖譜可經(jīng)過快速傅立葉變換來實(shí)現(xiàn)相互轉(zhuǎn)換。 四、監(jiān)測對象及判斷故障類型的方法 A、對象 1轉(zhuǎn)子 2轉(zhuǎn)子零件 3基礎(chǔ)及附屬。 B、判斷故障先后順序： 先機(jī)組振動(dòng)情況，后基礎(chǔ)振動(dòng)情況， 先找轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，后找附屬部分。 C、診斷旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障類型 1轉(zhuǎn)子系統(tǒng)：（1）不平衡 （2）不對中 （3）轉(zhuǎn)子組件松動(dòng) （4）轉(zhuǎn)子形變（彎曲，裂紋） 2轉(zhuǎn)子零件：（1）滾動(dòng)軸承 （2）滑動(dòng)軸承 （3）齒輪、曲柄連桿機(jī)構(gòu) 3轉(zhuǎn)子系統(tǒng)（機(jī)組）及附屬部分： 剛性失穩(wěn) 潤滑油壓力是否合適（油膜渦動(dòng)） 通風(fēng)系統(tǒng)（降溫系統(tǒng)） D、轉(zhuǎn)子常見故障及特征 五、實(shí)際采集與分析 在實(shí)際應(yīng)用過程中，我們測試了遼通公司半貧液碳酸鉀溶液泵1107－JA和乙烯公司的火炬氣體壓縮機(jī)GB701A，巧合的是乙烯公司的GB701A壓縮機(jī)正處于檢修的前期，所以成功地采集到了該設(shè)備的故障圖譜，并為該設(shè)備的檢修提出了參考意見。 1、火炬氣體壓縮機(jī)GB701A是，雙螺桿容積式泵，相對結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。檢測時(shí)該設(shè)備正處于檢修前期，通過檢測，成功地檢查該設(shè)備故障的特征譜線，并為檢修提供參考依據(jù)。下面是對該設(shè)備的檢測情況。 設(shè)備名稱：火炬氣體壓縮機(jī)GB701A； 設(shè)備編號(hào)：GB701A； 測點(diǎn)名稱：主螺桿軸承A2； 測點(diǎn)編號(hào)：主螺桿軸承A2； 設(shè)備功率：25KW； 安裝地點(diǎn)：乙烯界區(qū)； 采樣時(shí)間：2005\05\13\ 09:19:17 數(shù)據(jù)類型： 速度 測點(diǎn)名稱：副螺桿軸伸端A1； 測點(diǎn)編號(hào)：副螺桿軸伸端A2； 設(shè)備功率：25KW； 安裝地點(diǎn)：乙烯界區(qū)； 采樣時(shí)間：2005\05\13\ 09:19:17 數(shù)據(jù)類型： 速度 診斷結(jié)論： 根據(jù)機(jī)螺桿壓縮機(jī)的全面監(jiān)測振動(dòng)圖譜，我們發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)A部的垂直和水平振動(dòng)都很大，水平振動(dòng)更大，我們認(rèn)為其振動(dòng)主要原因可能在螺桿A1處，那里可能存在軸承問題及轉(zhuǎn)子平衡問題，建議重點(diǎn)檢查和排除，建議盡快更換，以避免大的故障。我們認(rèn)為該螺桿壓縮機(jī)存在的故障可能為： 一． 螺桿壓縮機(jī)軸A處軸承存在大的磨損故障，建議及時(shí)解體檢查更換。 二． 螺桿壓縮機(jī)A軸承松動(dòng)，即軸承跑套，建議螺桿壓縮機(jī)重點(diǎn)檢查該測點(diǎn)軸承。還需要檢查螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子組件是否松動(dòng)及動(dòng)平衡是否超差。這個(gè)原因可能是整個(gè)機(jī)螺桿壓縮機(jī)強(qiáng)烈振動(dòng)的主要根源。 三． 檢查機(jī)螺桿壓縮機(jī)基礎(chǔ)，是否松動(dòng)或共振。 我們建議具體的維檢修方案： 一． 檢查更換螺桿壓縮機(jī)A處滾動(dòng)軸承，重點(diǎn)檢查該軸承間隙和是否跑套。 二． 若依然不能解決振動(dòng)問題，檢查螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子組件和轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡。 以上診斷意見供檢修參考。 檢測診斷人員：鄭傳橋 制表日期：2005-5-14 2