振動分析是一種十分有效的機械設備故障診斷的方法,在現行機械設備故障診斷的整個技術體系中居主導地位。同時,由前面的討論還可以看出,振動分析方法也是一項非常復雜的技術手段,它涉及的內容非常廣泛,包括機械振動、振動測試以及信號分析與處理等諸多方面,因此要求設備故障診斷人員有較高的理論水平和較強的實際操作能力。
設備震動診斷的五個流程
為了更好地將振動分析方法用于機械設備的故障診斷,人們在長期實踐的基礎上,提出了從簡易診斷到精密診斷的診斷策略。所謂簡易診斷,就是利用一些簡單的測試儀器對所選定的機械設備進行粗略的診斷,以判斷設備是否有故障,有時也能得出關于設備故障嚴重程度的信息,精密診斷則用于進一步探明其故障原因。在進行診斷之前,應先進行如下的基礎工作。
一、確定診斷對象
對一個具體的工礦企業來說,如將為數眾多的全部設備都選作診斷的對象顯然是行不通的,這不僅增加了診斷工作量,降低了診斷效率;而且,診斷效果也不會理想。因此,必須經過充分的調查研究,根據企業自身的生產特點以及各種設備的組成情況,有重點地選定用作診斷對象的設備,優先選作診斷對象的設備應該是:
直接的生產設備(主機、輔機的區別);
一旦發生故障或停機,會造成很大損失的設備;
故障發生后,會造成二次公害的設備;
維修周期長、維修費用高的設備;
價格昂貴的大型精密和成套設備;
沒有備用機組的關鍵設備;
容易造成人身安全事故的設備;
故障發生頻率較高的設備。
總之,診斷對象的確定是設備診斷面臨的第一個問題,也是影響設備診斷技術的經濟和社會效益的關鍵因素,我們應該本著量力而行、重點突出的原則,逐步擴大診斷技術的成果。
二、選定測量參數
對于機械設備的振動診斷而言,可測量的幅值參數有位移、速度和加速度三種。振動測量參數的選擇應該考慮振動信號的頻率構成和所關心的振動后果這兩方面的因素。從信號頻率角度來看,一般隨著信號頻率的提高,而依次選用位移、速度和加速度作為測量參數。因為對簡諧振動而言,加速度a 、速度v 和位移s ,三者之間存在如下的關系式為:a=ωv=ω2s
式中:ω為簡諧振動的頻率。
由此可以看出,ω越大,則加速度和速度的測定靈敏度相對越高。通常,三種測量參數的適用頻段范圍見下表。
對振動檢測最重要的要求之一,就是能在足夠寬的頻率范圍內測量所有主要頻率分量的全部信息,包括不平衡、不對中、滾動體損壞、齒輪嚙合,葉片共振、軸承元件徑向共振、油膜渦動和油膜振蕩等有關的頻率成分,其頻率范圍往往超過1kHz。很多典型的測試結果表明,在機器內部損壞還沒有影響到機器的實際工作能力之前,高頻分量就已包含了缺陷的信息。為了預測機器是否損壞,高頻信息是非常重要的。因此,測量加速度值的變化及其頻率分析常常成為設備故障診斷的重要手段。
三、選擇監測點
在確定了診斷對象和測量參數之后,接下來的問題是要確定監測設備的哪些部位,即監測點的選擇問題。信號是信息的載體,選擇最佳的測量點并采用合適的檢測方法是獲取設備運行狀態信息的重要條件。真實而充分地檢測到足夠數量的能夠客觀地反映設備運行工況的信號是診斷成功與否的先決條件,如果所檢測到的信號不真實、不典型、或不能客觀地、充分地暴露設備的實際狀態,那么,后續的各種功能即使再完善也枉然。因此,測量點選擇的正確與否,關系到能否對設備故障作出正確的診斷。
一般情況下,測量點數量及方向的確定應考慮的總原則是:
能對設備振動狀態作出全面的描述;
應是設備振動的敏感點;
應是離機械設備核心部位最近的關鍵點。
對于一般的旋轉機械,常見的振動測定方法有測軸振動和測軸承的振動兩種。一般而言,對于非高速旋轉體,以測定軸承的振動為多;而對于高速旋轉體,則以測定軸的振動位移居多。這是因為高速時軸承振動的測定靈敏度有所下降。 在測軸承的振動時,測量點應盡量靠近軸承的承載區;與被監測的轉動部件最好只有一個界面,盡可能避免多層相隔,以減少振動信號在傳遞過程中因中間環節造成的能量衰減;測量點必須要有足夠的剛度。在測軸振動時,常見的有測軸與軸承座的相對振動和測軸的絕對振動(很少用)兩種方法。
四、確定測量周期
測量周期的選定應根據設備的不同種類及其所處工況確定監測周期,是設備診斷的一項重要工作內容,目前尚無統一的標準,以下所列僅供參考。
1、定期檢測
即每隔一定的時間間隔對設備檢測一次。對于汽輪壓縮機、燃汽輪機等高速旋轉機械,可每天檢測一次;對于水泵、風機等可每周檢測一次;當發現測量數據有變化征兆時,應縮短監測周期,而對于新安裝和大修后的機器,應頻繁檢測,直至運轉正常。
2、隨機點檢
專職設備檢測維修人員一般不定期地對設備進行檢測,設備操作人員或責任人則負責設備的日常檢測工作,并作必要的記錄。當發現有異常現象時,即報告設備專職檢測維修人員,進行相應的處理。隨機點檢也是企業設備管理中經常采取的一種策略。
3、長期監測
對于某些大型關鍵設備應進行在線監測,一旦測定值超過設定的檻值即進行報警,進而采取相應的保護措施。
五、確定判斷標準
故障診斷的主要目的之一就是要給出設備有無異常的信息,這就有一個判斷標準的問題,即被測量值多大時表明設備正常,超過某值時,則說明設備異常。常用的判斷標準有絕對判斷標準、相對判斷標準。
1、絕對判斷標準
將被測量值與事先設定的“標準狀態檻值”相比較以判定設備運行狀態的一類標準,如IS02372、IS03495等。IS02372標準和IS03495標準是振動速度檻值,標準中分四個檔,其中A表示設備狀態良好,B為容許狀態,C為可容忍狀態,D為不允許狀態。
2、相對判斷標準
相對判斷標準又稱縱向比較標準,它連續地監測某臺機械設備的運行,取得其完整的運行歷程記錄,并將設備初始投入運行和維修后經適度的磨合而進入平穩運行狀態時的被測量值作為原始基值,根據被測參量依運行時間的相對變化規律,對該臺機械設備所處工況狀態進行判斷。因其監測的是該臺設備從最初的完好運行到最后故障而失效的整個過程,因此,稱之為縱向標準。
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