振動監(jiān)測——設(shè)備故障的早期診斷

趙夕林

1 概述

隨著水泥工業(yè)生產(chǎn)率的提高，崗位人員越來越少，雖然設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的常規(guī)參數(shù)（如溫度、壓力、電流等）已引入到中央控制室，但設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)仍處于無人看守狀態(tài)，崗位人員在有限的巡檢時間內(nèi)無法判斷設(shè)備是否正常，設(shè)備隱患不能及時排查，導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)故障甚至事故。因此，有必要引入設(shè)備狀態(tài)測量儀器，跟蹤檢測設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，經(jīng)過一段時間的數(shù)據(jù)積累，得出正常的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)參數(shù)，當(dāng)測量的數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，通過數(shù)據(jù)分析判斷設(shè)備故障點(diǎn)，做到早期診斷設(shè)備故障，避免事故發(fā)生，同時該檢測數(shù)據(jù)可以作為設(shè)備大修時確定方案的依據(jù)。

運(yùn)轉(zhuǎn)中的機(jī)械設(shè)備，其狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷有多種方法可使用，例如振動監(jiān)測技術(shù)、油液分析技術(shù)、紅外測溫技術(shù)、聲發(fā)射技術(shù)、無損檢測技術(shù)等。其中振動監(jiān)測技術(shù)是普遍采用的基本方法。振動監(jiān)測是對設(shè)備的振動信號進(jìn)行檢測、分析處理，識別故障和預(yù)報(bào)的一種技術(shù)。其振動理論和測量方法比較成熟且簡單易行。另外，據(jù)統(tǒng)計(jì)，機(jī)械故障90%可以從振動測量中檢測出來。

2 振動監(jiān)測方法

一臺設(shè)計(jì)合理的機(jī)器，其固有振級也很低。但當(dāng)機(jī)器磨損、基礎(chǔ)下沉、部件變形、連接松動時，機(jī)器的動態(tài)性能開始出現(xiàn)各種細(xì)微的變化，如軸不對中、部件磨損、轉(zhuǎn)子不平衡、配合間隙增大等。所有這些因素都會在振動能量的增加上反映出來。因此，振動加劇常常是機(jī)器要出故障的一種標(biāo)志，而振動是可以從機(jī)器的外表面檢測到的。

過去，設(shè)備工程師根據(jù)經(jīng)驗(yàn)靠手摸、耳聽來判斷機(jī)器是否正?；蚱涔收鲜欠裨诎l(fā)展。但如今機(jī)器的轉(zhuǎn)速較高，許多起警告性的振動出現(xiàn)在高頻段，因此，只有用儀器才能檢測出來。

2.1 常規(guī)檢查

設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，使用筆式測振儀（水泥廠常用測振儀的價格很便宜）檢測設(shè)備旋轉(zhuǎn)部位的振動值，主要是振動速度，測量軸向、垂直方向和水平方向的振速并記錄作為參考值。崗位巡檢人員在日常檢測發(fā)現(xiàn)測量值發(fā)生變化時，通常先檢查連接部件是否松動，能停機(jī)的設(shè)備可檢查軸對中、軸承游隙或軸承與軸和軸承座的配合間隙等，不能停機(jī)的設(shè)備則使用振動頻譜儀進(jìn)行精密檢測，分析振動頻譜，找出是否為動平衡原因或其他原因。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，利用簡易診斷儀器可以解決設(shè)備運(yùn)行中50%的故障。由此可見，簡易診斷在設(shè)備管理與維修中具有重要作用。

設(shè)備允許的振動值可參考國際標(biāo)準(zhǔn)，如表1。

表1 ISO2372設(shè)備振動標(biāo)準(zhǔn)*

2.2 精密檢測

精密檢測是通過振動頻譜儀檢測設(shè)備振動頻譜圖，分析各頻率對應(yīng)的振動速度分量，如某一頻率的振動速度分量超限，可對比表2常見振動故障識別表判斷故障點(diǎn)。

表2中振動頻率的計(jì)算：設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)部位的工頻振動頻率（Hz）=轉(zhuǎn)速（r/min）/60，如某風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為960r/min，則其工頻振動頻率為16Hz。工頻振動頻率通常稱為轉(zhuǎn)動頻率。

表1 常見振動故障識別表

3 振動監(jiān)測應(yīng)用

公司購買了筆式測振儀和振動頻譜儀，投資約5萬元。通過日常檢測設(shè)備振動值，獲取故障設(shè)備的信息，比對上述表格的故障分析，排除了多起故障，提高了設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

3.1 風(fēng)機(jī)動平衡試驗(yàn)

公司5000t/d熟料生產(chǎn)線輥磨循環(huán)風(fēng)機(jī)型號3050 DI BB50，流量900000m3/h，工作轉(zhuǎn)速978r/min，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子的外徑? 3050mm，葉片數(shù)量為11片，葉片出口寬度2×290mm，配套功率4000kW。計(jì)算風(fēng)機(jī)的工頻頻率為16.3Hz。

風(fēng)機(jī)發(fā)生振動，如果是軸承部位的振動，說明是轉(zhuǎn)子不平衡、軸不對中或螺栓松動等引起的；如果是風(fēng)箱殼體部分的振動，則是由風(fēng)系統(tǒng)引起的振動，這種呈現(xiàn)連續(xù)性的系統(tǒng)振動可主要對管網(wǎng)進(jìn)行檢查。

Leschot (Felsa)也宣布推出一款以ETA2824為基礎(chǔ)的機(jī)心。起價125瑞士法郎。其購買了Technotime 法國85%的股份，將生產(chǎn)改進(jìn)到現(xiàn)行水準(zhǔn)。如今向Camy這樣的品牌供應(yīng)幾千件產(chǎn)品。他毫不遮掩自己的雄心：五年內(nèi)50萬件。

風(fēng)機(jī)振動情況見圖1、2。

振動原因分析：振動有效值的速度為96.8mm/s，頻率為16Hz的振動值為50.6mm/s，為風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動頻率f0的一倍，振動主要是動平衡所致。

圖1 風(fēng)機(jī)軸承水平振動

圖2 風(fēng)機(jī)軸承軸向振動

動平衡試驗(yàn)情況：

（1）檢測不平衡重量939g，相位29.4°。

（2）平衡校正后，水平振動6.8mm/s，振動下降率85%。

圖3 故障軸承

圖4 正常頻譜

通過在線動平衡試驗(yàn)并修復(fù)，時間短（約4h），可節(jié)省更換葉輪或返廠修復(fù)的費(fèi)用，大大降低了生產(chǎn)成本。僅此一項(xiàng)即可收回購買儀器的成本。

3.2 風(fēng)機(jī)軸承檢測

欲在早期檢測出軸承的失效，僅憑常規(guī)的振動幅值的變化來判斷軸承是否出現(xiàn)損壞是不可靠的，軸承的單個零件所造成的振動特性是用來分析檢測其缺陷的一個依據(jù)，由各軸承零部件缺陷所造成的特定頻率取決于缺陷的性質(zhì)、軸承的幾何尺寸以及旋轉(zhuǎn)速度。

軸承外圈損傷的頻率計(jì)算公式:

式中:

n——鋼球數(shù)，個

d——鋼球直徑，mm

D——節(jié)徑,mm

α——接觸角，°

f0——軸旋轉(zhuǎn)頻率，Hz

公司5000t/d熟料生產(chǎn)線煤粉通風(fēng)機(jī)型號2500SIBB24，流量110000m3/h，工作轉(zhuǎn)速979r/min，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子外徑?2500mm，配套功率400kW。計(jì)算風(fēng)機(jī)的工頻頻率為16.3Hz?，F(xiàn)場檢測風(fēng)機(jī)振動頻譜（當(dāng)時因故未存盤，未能保留故障現(xiàn)象的頻譜圖）。

振動原因分析：檢測到頻率為138Hz的振動幅值為20.6mm/s（手感檢測感覺不到振動），是風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動頻率的高倍頻，分析振動的主要原因可能是軸承造成的。停機(jī)拆檢軸承，發(fā)現(xiàn)軸承游隙變大且有點(diǎn)蝕現(xiàn)象（見圖3）。

修復(fù)措施：更換新的軸承，復(fù)測風(fēng)機(jī)軸承頻譜（見圖4），振動有效值只有0.9mm/s，故障消失。