超低转速和变载变速设备故障诊断

SPM在线监测技术重大突破SPMHD技术应用指导新闻2010第三期SPM在线监测技术重大突破SPMHD技术应用指导编者的话2010年8月23日，是一个大喜的日子。这天西马力工业集团公司在北京万商花园酒店7层会议厅举行隆重的埃司彼姆（北京）仪器有公司揭牌仪式，正式宣布国际最知名的状态监测专业公司-------SPM仪器公司中国分公司成立。这就意味着埃斯彼姆（北京）仪器公司将按SPM仪器公司标准化操作流程，全面负责在华的所有业务，确保中国状态检测技术同国际同步。同时，发布最新发明的专利技术------SPMHD技术，宣布困扰诊断界的多年无法解决的问题得到很好的解决。本文旨在提醒大家，用好此项技术，服务于我国企业，帮助中国企业提高设备管理水平。胡立新一、提出问题随着状态检测技术的普及和推广，大多数企业认识到状态监测工作的重要性，在使用状态检测技术过程中，发现对于低速重载，工况复杂的设备效果很差，甚至认为状态检测开展的意义不大。主要反馈的问题集中在以下几个方面：1低速问题，低速设备指50转/分以下的设备，用振动检测方法根本达不到好的使用效果；2工况复杂多变的设备，测试数据根本不能反映设备的真实状况；3传动机构复杂的设备，干扰信号太多，无法准确判断问题所在。从专业的角度来讲，这些问题确实存在，也是困扰国内外诊断界的大难题。国内一些大专院校采用小波等技术试图解决这些问题，结果可想而知。二、分析问题2.1低速问题低速设备，大都有一个共同的特点------重载，如：冶金系统的天车主；大包回转台；高炉的布料装置；水泥厂的立磨；风电的风机；轮船的推进系统；码头的岸吊；石化的挤出机等，这些设备对于诊断界来说是一个头痛的问题。采用通用的振动分析技术很难捕捉到有用的信息。主要在于两个方面原因：一是干扰信号多，二是冲击信号能量太低。从信号分析角度来看，其原因是：由于故障冲击力的时间极短，传感器输出为脉冲宽度不足1μs的窄脉冲。这种周期性的微弱冲击信号相对正常的振动信号和干扰信号，能量很小、脉宽很窄，常规的采集方法很难获得低速重载轴承裂纹或剥落等故障的微弱冲击信号。低速重载设备特有的低转频特性，更增加了冲击故障特征提取的难度。提取不到轴承故障特征频率将无法进行故障诊断，当重大事故来临时毫无察觉。国内低速重载设备轴承诊断主要是应用解调技术，由于应用环境恶劣等种种原因，目前尚未进入实用阶段。低速重载大型设备是现代工业的命脉，若发生突发事故将导致整个企业生产瘫痪。因此，迫切需要开展低速重载设备振动微冲击特征提取的研究工作。目前国外如瑞典的SPM公司，通过多年的潜心研究，将冲击脉冲技术进一步深化，研究出SPMHD技术，应用到低速设备的诊断上，取得良好的效果。2.2工况问题工况复杂的设备，测试时取信号很难保证工况的统一性，从而导致测试数据不具有可比性。要解决此问题，只需要掌控好取信号的时机，也就是要采用信号触发采集逻辑判断功能。2.3复杂设备问题复杂设备，设备零部件太多，不想要的信号加在一起，干扰我们的判断。这也包括两个方面的问题：首先要取到可重复的信号，其目的是采用转速触发，结合零部件的特性频率，进行多次采集，做统计平均，排除随机的干扰信号。其次保留我想要的信号，通过零部件的特征频率设定，界定我们所关心的信号，确保我们看到想要的信号。三、解决问题工况问题SPM第四代系统已经解决，这里不再叙述，针对低速设备和复杂设备解决问题的方法两条：首先解决信号捕捉问题，其次信号的分析方法问题。3.1信号的捕捉问题：应用SPM冲击脉冲SPMHD技术可以很好解决信号捕捉问题，这就要求我们对冲击脉冲技术有一个全面的理解。冲击脉冲技术通过两个参量来反映轴承的问题，分别为dBm、dBc，dBm反映轴承的损伤状况参量，其值越大，表示轴承故障越严重；dBc反映轴承润滑状况，数值愈大，表示润滑越差。SPM冲击脉冲技术大多数企业都在成功应用。而且都知道冲击脉冲技术在诊断轴承故障方面有独到的技术优势，但同时也发现在测试转速低于50转/分以下的设备时，dBm、dBc值变为负值，不能直接评估设备轴承的状况，只能趋势分析来判断，如果用振动来测试，根本得不到自己想要的信号，更谈不上分析诊断。主要原因是振动技术和老的SPM冲击脉冲技术是基于转速高于50转/分以上设备的，低于50转/分以下设备不能直接评估。见图1所示。3.2低速设备信号如何捕捉低于50r/min的设备，首先需要解决信号的捕捉问题。SPMHD技术巧妙的解决这个问题。为了便于理解，说明一下SPMHD技术的真正含义，我们看下面的图片（图2，图3），就可以帮助我们理解SPMHD的真正意义。从上图2，图3比较可以看出，SPMHD试精度大幅提高。测试的下线由原SPM测试的-20dB提升到-40dB，如下图4，图5所示。这样可以保证微弱的滚动轴承冲击信号也能被传感器捕捉到。采取的方式是硬件上做了很大改进，冲击脉冲传感器进行信号放大。3.3低速设备滚动轴承信号如何排除干扰传感器捕捉的信号包含丰富的信息，如何保证采集的信号只是轴承的信号？SPMHD技术采用技术手段，确保信号的可靠性。措施一，引入转速信号；措施二，增强轴承的重复信号。3.3.1引入转速信号主要目的是确认轴承的故障信号源，同时采取固定采样频率为102400点/秒，而不能因转速变化导致采样速率的变化，通过采取振动的转频追踪技术和特殊的算法确保转速的变化不影响轴承故障信号的提取，这是非常重要的，这样就可以得到稳定的信号来源。3.3.2增强轴承的重复信号增强信号的方法是进行多次测量，叠加平均，这样不能重复的信号被排除掉，得到的仅仅是我们想要的轴承故障信号。这样的处理必然导致测试时间的延长（见图7所示），这也决定这类技术目前只能应用在在线监测领域。如下图6所示增强后的信号。3.4使用SPMHD技术和通用的振动技术比较以风电1.5MW行星减速箱为例说明，转速为7转/分，测试频率范围0.5-100Hz。普通振动测试方法：图8和图9分别为行星齿轮箱输入轴轴承位垂直方向频域和时域图，从图上得不到任何轴承的有用信息。振动包络测试方法：图10为行星齿轮箱输入轴轴承位垂直方向包络图，从图上得不到任何轴承的有用信息。图10和图11分别为行星齿轮箱输入轴轴承位垂直方向时域和频域图，从图11上看，可以得到轴承外环故障的有用信息。频域图12上也可以看到轴承外环的故障信息，但是效果没有时域上明显。通过此实例可以看出，应用SPMHD技术主要是利用其时域信号来进行分析轴承故障，频域作为参考。综合以上3种方法可以看出，采用SPMHD技术测试低速设备滚动轴承故障更有效。四、应用问题1、冶金系统炼钢厂：转炉倾动机构，大包回转台大支撑轴承，天车主提升机构。炼铁厂：高炉布料装置轧钢厂：轧机传动机构2、石化系统挤出机、造粒机等3、风电系统风电的风机4、水泥系统立磨，磨煤机，破碎机等5、港口系统岸吊的提升系统6、造纸系统各种辊子五、特别说明SPMHD技术不仅仅用在低速设备上，对于高速设备采用此技术可以获得更加可靠的信号和评估结果。所以以后在线方案中使用冲击脉冲技术时一定要加上SPMHD技术。（全文完）瑞典SPM公司北京公司经过紧张的筹备，现已完成了前期各阶段的准备工作，于2010年8月23日正式成立。当日下午，公司秉着务实、高效、简约、人情的原则，于万商酒店七层宴会厅举办了一个简约的揭牌仪式，标志着埃司彼姆（北京）仪器有限公司正式启用。这意味着埃司彼姆（北京）仪器有限公司将按照SPM仪器公司的标准化操作流程，全面负责在华的所有业务，确保中国状态检测技术同国际同步。当日共有包括国资委宣传部领导及中国铝业集团领导在内的16位嘉宾出席了揭牌仪式，共同见证这一激动人心的时刻！热烈祝贺瑞典SPM公司北京公司正式成立！作为中国设备诊断事业的执着推进者，设备故障诊断中心从2004年以来，每年举办一期技术交流会。通过诊断中心卓有成效的工作，MCA电机诊断技术已被广泛应用，冲击脉冲轴承诊断方法、往复式机械故障诊断技术和设备在线网络化等，都已成为或正在成为广大诊断工作者熟悉的诊断技术。2009年举办的第一届关于往复压缩机、发动机等往复设备的诊断技术研讨班受到了各企业设备管理人员的好评，大家普遍表示，需要有机会进行更深入的学习和交流。中国机械工程学会设备故障诊断中心成功举办第二届(2010)全国往复机械状态监测与故障诊断应用技术研讨会基于此目的，诊断中心特举办第二届（2010）全国往复机械状态监测与故障诊断应用技术研讨会，会议邀请了美国往复机械状态监测与故障诊断专家Kelleher.Edward来国内介绍世界一流企业通过对往复压缩机和发动机的状态监测获得最大利益的生产与维护策略，以及国外先进的往复设备状态监测技术和应用经验。会议期间，诊断中心还安排了典型企业代表介绍本单位往复设备状态监测经验、心得和体会，同时邀请了国内往复设备故障诊断专家进行研讨、答疑，并举办了最新的设备和诊断仪器展示。此次会议于2010年9月8日-11日在美丽的海滨城市北戴河举办，参会单位共有11家，其中潜在客户8家，用户3家。会议效果很好：包括合肥通机院、哈局、四川科特、河南骏化、中海油服等单位都产生了明显意向，并对我们的产品有了进一步的了解。会议就大家关注的议题进行了比较深入的讨论，使潜在用户对我们的产品和技术有了更为清晰的了解，对促进销售起到了很好的宣传作用。3家使用单位借此机会进行了分析和操作培训，达到了预期目的。