【技术前沿】旋转机械需要定期做“体检”

作者：技术部　孙辉

简介

　　大型设备的维修通常有三种方式，分别是：设备坏了之后而维修、设备定期维修和发现设备可能出问题而维修，也就是预知维修。预知维修较前两种维修方式相比有很大的优越性，首先是有问题才去维修，没有问题不去维修，大大减少了维修的人工成本，同时能够更好地保证设备正常运行；此外，减少设备的拆卸和重新安装次数，从而减少因人工错误导致的设备故障，保证了设备的精度。

　　轴承在设备中的应用几乎是无处不在，大型设备对轴承的应用无处不在，而这类旋转部件出现问题的故障也最多，因此对旋转机械部件的故障判断非常重要。预知维修就好像医生给病人看病一样，通过分析设备的运行状态，预测设备运行趋势，及时发现可能存在的问题。

故障诊断的方法

　　振动分析法：对设备所产生的机械振动完成信号采集和数据处理后，根据振幅、频率、相位及相关图形进行分析，从而判断设备的运行状态。

　　油膜分析法：通过对机组所用润滑油的油液本身及油中微小颗粒进行理化分析获得设备运行状态。

　　轴位移的监测：在非正常情况下，大型旋转机械的转子会因轴向力过大而产生较大的轴向位移，这也是故障现象的一个重要表现。

　　轴承回油温度的监测：检修或运行如若操作不当会造成轴承工作不良，从而引起轴承回油温度升高，所以对轴承回油温度监测也很必要。

　　一般来说，大型旋转机械出现振动问题故障的概率最高，而另一方面，振动信号包含了丰富的机械及运行的状态信息，同时，振动信号易于拾取，便于在线监测及诊断，因此振动分析法是在旋转机械诊断中应用最为广泛。应用振动分析法可以对旋转机械大部分的故障类型进行准确的诊断，如转子动不平衡、转轴弯曲、轴承工作不良、油膜涡动及油膜振荡、转子热不对中、动静件摩擦、旋转失速及喘振、轴承的横向裂纹和叶轮松动等问题。

故障诊断的常用图谱

　　单值棒图——显示实时振动值，包括报警限值及转速。

　　多值棒图——显示实时通频值（即各频率振动分量的叠加值）各主要振动分量的振动值，可大致了解机组运行是否正常。

　　波形图——显示通频振动位移与时间的关系，又称幅值时域图。

　　频谱图——显示了各振动分量的频率及振幅值。正常运行状态下的频谱图通常是一倍频最大，二倍频次之，其他高倍频逐步递减。

　　轴心轨迹图——显示转子轴心相对轴承座涡动运动的轨迹，正常情况下轴心轨迹为椭圆形。

　　振动趋势图——显示振幅及相位与时间的关系，从振动趋势图中可以看到一场振动的起始时间、持续时间和终止时间。

　　极坐标图——在忽略振动的情况下，显示轴心相对于轴承中心的稳态位置。可以看出轴承的偏位角、偏心距、最小油膜的厚度等，从而判断转子运行是否平稳。

　　以上这些都是稳态图，也就是转子运行稳定后的图谱，另外还有瞬态图和启停机图谱，包括转速时间图、乃奎斯特图、波特图、频谱瀑布图等。

状态监测及故障诊断软件

　　旋转机械状态监测及故障诊断软件的主要功能是完成信息收集、存储，并通过对数据的分析，把结果用图谱的形式显示出来，便于技术人员对设备状态进行诊断。

　　状态监测及故障诊断软件主要由以下几个功能模块组成：

　　由于需要进行大量的数据计算，同时还要进行海量数据存储和界面实时响应，因此软件的性能至关重要。在同等的硬件条件下，性能的提高依赖于优秀算法的快速高效，因此数据分析模块非常重要，它包含大量的算法及运算，并最终以图谱显示出来，但数据来源于设备，这就需要数据源管理模块的配合,有时如果需要调入历史数据，还需要数据文件管理模块的支持。只有这些模块相互配合，才能为使用者快速流畅地展现出分析结果。下图是用来显示通频振动位移与时间之间的关系波形图。