故障诊断与现场动平衡技术及应用

旋转设备故障诊断应用摘要：故障诊断技术在钢铁企业的应用。关键词：频谱分析故障诊断风机一、故障诊断技术1、设备故障的概念一般情况下，设备在工作中，因某种原因，“设备功能失常”或“丧失规定功能”的现象，均称为故障。这里所指的“设备”，可以是元件、零件、部件或系统。这里所指的“规定功能”是在设备的技术参数中明确规定的功能。“设备功能失常”也就是设备不能达到预期的工作状态,无法满足应有的性能和功能。.2、设备故障的分类从不同角度对设备故障进行分类，可以进一步揭示设备故障的实质。•按故障的性质分类：人为故障和自然故障•按故障产生原因分类：先天性故障和使用性故障•按故障发展速度分类：突发故障和渐进性故障•按故障持续时间分类：间接性故障和持续性故障•按故障的程度分类：局部故障和完全性故障•按故障造成的后果分类：轻微故障、一般故障、严重故障和恶性故障3、什么是设备故障诊断技术？在设备运行中或基本不拆卸全部设备的情况下，掌握设备的运行状态，判定产生故障的部位和原因，并预测预报未来状态的技术。是防止事故的有效措施，也是设备维修的重要依据。4、设备故障诊断的目的及意义。开展设备故障诊断能及时地、正确的对各种异常状态或故障状态作出诊断，预防或消除故障，提高设备运行的可靠性、安全性和有效性，把故障损失降低到最底水平。保证设备发挥最大的设计能力，充分挖掘设备潜力，延长设备使用寿命。通过检测监视、故障分析、性能评估，为设备结构修改、优化设计、合理制造、生产过程以及故障维修提供数据和信息。避免造成安全事故、人员伤亡，避免造成巨大企业经济损失，避免造成不良社会影响，避免造成严重环境污染。5、故障诊断原理：利用振动仪进行设备故障诊断设备的零部件、整机都有不同程度的振动。机械设备的振动往往会影响其工作精度，加剧设备的磨损，加速疲劳破坏；而随着磨损的增加和疲劳损伤的加重，机械设备的振动将更加剧烈，如此恶性循环，直至设备发生故障、破坏。设备发生故障时，常表现为振动频率的变化，通过检测振动的频率、转数、振动的速度、加速度、位移量、相位等参数，并进行频谱分析，从中可以找出产生振动变化的原因。故障诊断的一般程序框图6、频谱分析基础对于现场设备的周期振动，不论其振动波形有多复杂，都可以用傅立叶级数表示为许多频率成简谐关系的简谐振动组成：频率变换以直角坐标形式表示得到的图形就是谱图。频谱是一个总称，按频率成分的内容可分为幅值谱、相位、功率谱、能量谱、倒频谱等类型，最常用为幅值谱。设备故障发生、发展会引起信号频率结构的变化，对频率信息进行分析，可对设备故障原因进行解释。6.1常见波形的频谱：6.2频谱分析的常用概念工频（也称基频、转频、1X（1倍频）等）。谐波（倍频）是指某一频率的整倍数频率分量，如2X，3X，4X，5X……nX。次谐波是指某一频率的分数倍频率分量，如1/2X，1/3X，1/4X，3/2X……6.3设备常见故障特征基于振动分析故障诊断的一般方法观察时域波形的形状，读取有效值、峰值、平均值、脉冲指标、峭度指标等参数。根据时域波形的名称波形频谱名称波形频谱有量刚参数如有效值等判断设备总体状态。观察频谱图中各频率分量的大小和分布。既要关心各频率分量幅值具体量的大小又要关心各频率分量幅值的相对大小。从频率分布及其结构判断故障类型，并结合设备总体状态判断其严重程度。6.4转动机械常见故障的特征频率：强迫振动类故障自激振动类故障二、现场动平衡技术应用1、转子不平衡的故障诊断与处理不平衡故障的危害：加大了设备的振动幅度；加大了设备轴承的故障名称频率特征转动特征故障名称频率特征转动特征不平衡1×R同步正进动油膜涡动(0.4~0.49)×R正进动热弯曲1×R同步正进动油膜振荡等于低阶固有频率正进动不对中2×R正进动气隙振荡等于低阶固有频率正进动磁拉力不平衡2N×RN为磁极对数正进动内腔积液失稳前0.5×R失稳后为低阶固有频率正进动松动1×R,2×R等也有1.5×R,2.5×R等转子内阻失稳前0.5×R失稳后为低阶固有频率正进动齿轮故障啮合频率等于齿数×R，边带频率…径向摩擦失稳前小于低阶固有频率失稳后等于低阶固有频率反进动滚动轴承外环故障…内环故障…滚珠故障…轴向摩擦失稳前小于低阶固有频率失稳后等于低阶固有频率负载；加速了轴承的磨损、失效。不平衡的特征：波形类似正弦波；频谱图转频能量占主要成分。案例分析：2012年6月对球团E3风机振动异常采集数据如下：波形图频谱图故障诊断：风机转速为1000转/分，转频为16.6Hz。从上面测点的频谱图可以看到第一个波峰为一倍频，且只有一倍频，波形图类似正弦波，频谱图转频能量占主要成分，因此分析其原因为转子不平衡造成。采取措施：进行现场动平衡操作。2、数采器单平面动平衡操作过程：·安装振动传感器，一般是将振动传感器安装在振动幅值最大的方向上，如水平方向，并且是离转子重心较近的轴承座上。·仪器的设置，如选择传感器类型、灵敏度、记角转向及动平衡时使用的振动测量单位，注意，测量单位选择好后，在动平衡操作过程中不能再改动。·估算试加重量，已知转子的重量、转速、试加重量的安装半径，即可估算出试加重量的大小。·采集转子的原始振动数据，启动转子到工作转速，数采器将记录转子的转速、振幅和相位，要重复读取二到三次，确保记录的读数是稳定的，然后保存。·停下转子，在转子上施加试加重量，然后将试加重量的大小及在转子上相对于参考标记的角度输入到数采器，试加重量可以加在转子上的任何位置，但为了简单起见，我们一般把它加在0°处。·启动转子，测量试加重以后新的振动数据，在保存新的振动数据之前，观察振幅或相位读数是否有了至少30%的变化，如果此变化不够显著，那么停下转子增加试加重的重量。·停下转子，从转子上取下试加重量（取下前做好标记），然后进入数采器动平衡操作的下一步，你将会在窗口中看到初始修正重量的大小及以角度给出的施加位置，要注意记角的方向是顺转向还是逆转向。·修正重量的分解，如果在转子上施加修正重量处存在障碍物或是一个空缺的空间，这时就需要对修正重量进行分解，将其等效地分成两个可以方便地加到转子上的两个部分。·启动转子，测量加上初始修正重量后新的振动值，与动平衡标标准进行比较，如果满足标准要求，停下转子，将修正重量永久地固定在转子上，如果不能满足，就进入下一步，找到应该添加新重量的动平衡调整操作。·当测量完加上初始修正重量后的新振动值后，你就可以得到调整重量的数据，停下转子按数采器指示将调整重量加到转子上，注意，在进行动平衡调整操作时不要拿下已加到转子上的初始修正的重量。启动转子，测量新的振动值并与标准比较，如果满足要求，动平衡工作结束，否则，可重复进行动平衡调整操作，注意，始终都不要从转子上取下前步所加上去的调整重量。·将所有修正重量进行组合，如果在平衡过程中为了达到平衡标准的要求，有一个以上的修正重量加到了转子上，可以将它们合成为一个修正重量。·将最终的修正重量可靠地固定到转子上。·对整台机进行全面的振动测试。不仅动平衡问题已经得到解决，也没有引起其它问题。三、结论：设备故障诊断是一项非常重要的现代设备管理手段，并且具有十分广阔的应用前景。随着电子计算机技术不断向故障诊断领域渗透，故障诊断技术逐渐跨入实用系统化的时代。机械设备故障诊断技术已取得了长足发展，但它是一门正在发展的新型学科，还没有达到完善的水平。我厂机械设备众多，有着广泛的资源可以实践，通过我们的不断努力和总结，相信对整个故障诊断学科有重要的实际数据贡献。