旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)研究

魏州軍 白潔

(中核蘭州鈾濃縮有限公司,甘肅蘭州 730000)

旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)研究

魏州軍 白潔

(中核蘭州鈾濃縮有限公司,甘肅蘭州 730000)

本文主要通過(guò)對(duì)離心水泵的機(jī)械故障分析,說(shuō)明離心水泵的機(jī)械故障可以通過(guò)振動(dòng)值診斷技術(shù)來(lái)得以實(shí)現(xiàn),進(jìn)而對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備診斷的前景進(jìn)行詳細(xì)的闡述。

旋轉(zhuǎn)機(jī)械 離心水泵 振動(dòng)值

旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備[1，2]在現(xiàn)代社會(huì)的生產(chǎn)和發(fā)展中有著舉足輕重的地位，我們能夠在離心水泵等多種機(jī)械設(shè)備中發(fā)現(xiàn)其身影，旋轉(zhuǎn)機(jī)械可能產(chǎn)生各種機(jī)械故障[3，4，5]。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知，這些危害主要表現(xiàn)在降低設(shè)備的可靠性和生產(chǎn)功能，導(dǎo)致更加劇烈的經(jīng)濟(jì)損失，甚至是重大的安全事故。因此，對(duì)于旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備故障診斷的技術(shù)的研究就變得大勢(shì)所趨。

1 離心水泵故障的實(shí)例分析

1.1 旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)限值

國(guó)際認(rèn)證的ISO2372標(biāo)準(zhǔn)中明確指出，轉(zhuǎn)速在600—12000rmp、頻率在10—1000Hz的范圍內(nèi)，旋轉(zhuǎn)機(jī)械存在振動(dòng)極限值。在本實(shí)例分析中的選擇機(jī)械設(shè)備屬于中型機(jī)械設(shè)備。

1.2 震動(dòng)測(cè)定

1.2.1 離心泵單體振動(dòng)值測(cè)定

首先測(cè)定離心泵單體的振動(dòng)值，具體操作是將離心水泵和電機(jī)的連接軸分離，然后分別測(cè)定電機(jī)的兩個(gè)軸在水平方向、垂直方向和軸向方向的振動(dòng)值。測(cè)定結(jié)果如表1。

1.2.2 整套水泵振動(dòng)值測(cè)定

對(duì)整套系統(tǒng)進(jìn)行振動(dòng)值測(cè)定，分別測(cè)定了1-電機(jī)左側(cè)，2-電機(jī)右側(cè)，3-水泵左側(cè)，4-水泵右側(cè)，這四個(gè)位置的振動(dòng)值，如表2所示。

1.3 故障診斷

根據(jù)日常經(jīng)驗(yàn)可知，旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障可以大致分為：轉(zhuǎn)軸組件不平衡、軸承故障和旋轉(zhuǎn)軸不同軸。以下將從這三類故障的角度出發(fā)來(lái)研究離心水泵的振動(dòng)值變化。

1.3.1 轉(zhuǎn)軸組件不平衡

表1 電機(jī)軸承振動(dòng)值測(cè)定結(jié)果(單位:mm/s)

表2 整套水泵振動(dòng)值測(cè)定結(jié)果(單位:mm/s)

表3 整套水泵系統(tǒng)高頻振動(dòng)和低頻振動(dòng)的測(cè)定結(jié)果(單位:G)

將對(duì)離心泵整套系統(tǒng)振動(dòng)值測(cè)定結(jié)果與ISO2372的規(guī)定值相比較，很容易發(fā)現(xiàn)4號(hào)位置的振動(dòng)值極為異常。通過(guò)專家系統(tǒng)知道轉(zhuǎn)軸組件引起震動(dòng)異常，很大程度上是由于不平衡所引起。不平衡引起的振動(dòng)存在這樣一個(gè)現(xiàn)象——振幅同轉(zhuǎn)速呈正相關(guān)。在實(shí)際的測(cè)定過(guò)程中，并未發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象，因此，可以排除轉(zhuǎn)軸組件不平衡所引起振動(dòng)異常。

1.3.2 軸承故障

對(duì)表2的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)4號(hào)位置在水平方向和軸向方向均異常，說(shuō)明整套離心水泵系統(tǒng)在軸承運(yùn)轉(zhuǎn)方面情況不容樂(lè)觀，很可能在此處存在振動(dòng)源。在旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)故障診斷的過(guò)程中，對(duì)于滾動(dòng)軸承可以用高頻振動(dòng)和低頻振動(dòng)來(lái)共同判定。對(duì)表2中的4個(gè)位置的高頻振動(dòng)和低頻振動(dòng)分別進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3知，4號(hào)位置的高頻振動(dòng)和低頻振動(dòng)均超標(biāo)，說(shuō)明軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生了高頻振動(dòng)和低頻振動(dòng)。因此，可以斷定軸承故障是導(dǎo)致離心水泵異常振動(dòng)的誘因。

1.3.3 旋轉(zhuǎn)軸不同軸

旋轉(zhuǎn)軸不同軸，顧名思義是指兩根軸的軸線不重合，進(jìn)而導(dǎo)致的振動(dòng)現(xiàn)象。在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，只要存在不同軸現(xiàn)象，就會(huì)產(chǎn)生軸線振動(dòng)。因此，軸向振動(dòng)值在很大程度上決定著旋轉(zhuǎn)軸是否同軸。在表2的數(shù)據(jù)中，我們可以發(fā)現(xiàn)4號(hào)位置的軸向振動(dòng)正常，進(jìn)而排除了旋轉(zhuǎn)軸不同軸所引起異常振動(dòng)的可能。

1.4 振動(dòng)故障的排除

由經(jīng)驗(yàn)可知，軸承的正常運(yùn)轉(zhuǎn)離不開(kāi)良好的潤(rùn)滑狀態(tài)，如果潤(rùn)滑不理想，特別容易引起高頻振動(dòng)。然而，在對(duì)軸承進(jìn)行潤(rùn)滑狀態(tài)檢驗(yàn)并重新添加潤(rùn)滑劑后，異常振動(dòng)仍未顯著消減，因此，潤(rùn)滑不良導(dǎo)致異常振動(dòng)的可能性被排除。

在檢驗(yàn)潤(rùn)滑狀態(tài)后，更換了離心水泵系統(tǒng)的軸承，再次檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，4個(gè)位置的振動(dòng)值均符合國(guó)家相關(guān)的規(guī)范要求。

2 旋轉(zhuǎn)機(jī)械診斷的發(fā)展方向

2.1 多學(xué)科交叉結(jié)合

在現(xiàn)代社會(huì)中，單一的學(xué)科研究已經(jīng)逐漸的被多學(xué)科交叉結(jié)合所取代，多元化的組合方式讓機(jī)械故障的診斷表達(dá)更為的準(zhǔn)確和可靠。多學(xué)科交叉的實(shí)質(zhì)就是信息的轉(zhuǎn)化和傳遞在不同學(xué)科的語(yǔ)言中進(jìn)行多次的轉(zhuǎn)化，最終達(dá)到知識(shí)組織的維護(hù)和理解的淺顯化和通俗化。多學(xué)科的交叉結(jié)合讓原來(lái)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷能夠擺脫傳統(tǒng)困境，進(jìn)而走向一種面向?qū)ο蟮谋磉_(dá)方式，在實(shí)踐中彰顯了無(wú)盡的價(jià)值。

2.2 理論與實(shí)踐相結(jié)合

俗話說(shuō)，實(shí)踐出真知?？梢?jiàn)實(shí)踐過(guò)程中可以得到許多有用的知識(shí)。在旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷過(guò)程中，我們需要強(qiáng)化經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和理論知識(shí)的地位，不能讓這二者脫離實(shí)際，成為空中花園。因此，在研究智能診斷系統(tǒng)的時(shí)候，我們需要在重視經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的基礎(chǔ)上，更加強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)、功能等理論知識(shí)，不能夠忽視其中的任何一個(gè)方面；否則，后果將是毀滅性的。

2.3 專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合

傳統(tǒng)的專家系統(tǒng)是建立在左半腦的邏輯基礎(chǔ)上，而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論則是建立在右腦直覺(jué)形象思維的基礎(chǔ)上。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論為旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷在傳統(tǒng)的專家系統(tǒng)基礎(chǔ)上另辟蹊徑，獲得了意想不到的效果。通過(guò)經(jīng)驗(yàn)顯示，將專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，這二者能夠有著極強(qiáng)的互補(bǔ)作用。因此，在實(shí)際的工作中需要可以將專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)這二者有機(jī)的結(jié)合起來(lái)。

2.4 強(qiáng)化虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

在多媒體技術(shù)不斷的發(fā)展過(guò)程中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域引起新的關(guān)注熱點(diǎn)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠以計(jì)算機(jī)將復(fù)雜的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行可視化和交互的一種有別于傳統(tǒng)的新技術(shù)。一旦利用這種技術(shù)后，使用者和計(jì)算機(jī)以及被控制對(duì)象可以當(dāng)著一個(gè)有機(jī)的整體，在此基礎(chǔ)上利用外部的直觀工具能夠?qū)⑵湫畔⒖梢暬?。我們可以毫不夸張的預(yù)言，在未來(lái)的時(shí)間里虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠?qū)⑿D(zhuǎn)機(jī)械故障診斷進(jìn)行一次革命性的改變。

2.5 數(shù)據(jù)庫(kù)和人工智能的交叉滲透

數(shù)據(jù)庫(kù)可以對(duì)信息進(jìn)行存儲(chǔ)、共享、控制以及故障恢復(fù)等操作；而人工智能技術(shù)卻無(wú)法完成這樣的操作，因此，這是人工智能技術(shù)的致命缺點(diǎn)。在旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷的過(guò)程中，優(yōu)化人工智能技術(shù)使之與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行交叉滲透是大勢(shì)所趨。

2.6 遠(yuǎn)程故障診斷

由于互聯(lián)網(wǎng)(Internet)和企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)(intranet)具有遠(yuǎn)程操作的功能，因此，遠(yuǎn)程故障診斷是近幾年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)。遠(yuǎn)程故障診斷技術(shù)是設(shè)備診斷技術(shù)同網(wǎng)絡(luò)、通信、計(jì)算機(jī)和控制等技術(shù)的完美結(jié)合，它具有企業(yè)內(nèi)部、行業(yè)內(nèi)部的知識(shí)數(shù)據(jù)的共享功能。因此，這項(xiàng)技術(shù)具有廣闊的發(fā)展前景。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)現(xiàn)代化程度的不斷推進(jìn)，各種大型設(shè)備逐漸的走上了歷史舞臺(tái)，這其中無(wú)疑包含了許多旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備。旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備具有大型、高速、連續(xù)工作和具有核心地位的顯著特點(diǎn)。因此，對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷的研究具有不可取代的實(shí)際意義。我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)的起步較為晚，與世界發(fā)達(dá)國(guó)家在這一領(lǐng)域具有顯著的差距。但是，隨著我國(guó)的發(fā)展和相關(guān)研究人員的不懈努力，旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷將會(huì)被完善和攻克，一定躋身世界先進(jìn)的行列。

[1]許寶杰,張建民,徐小力,徐楊梅.粗糙集合理論在旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷技術(shù)中的應(yīng)用[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造.2006(12):95-97.

[2]陳杰,蔣祖華,趙云松.基于擴(kuò)展的信息熵的決策表屬性約簡(jiǎn)算法[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2007(7):167-169+172.

[3]鐘秉林,黃仁主編.機(jī)械故障診斷學(xué)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2002.

[4]徐敏等主編,中國(guó)振動(dòng)工程學(xué)會(huì)故障診斷委員會(huì),中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)設(shè)備維修委員會(huì)[編].設(shè)備故障診斷手冊(cè)[M].西安交通大學(xué)出版社,1998

[5]黃文虎等編著.設(shè)備故障診斷原理、技術(shù)及應(yīng)用[M].科學(xué)出版社, 1996.

[6]張周鎖,李凌均,何正嘉.基于支持向量機(jī)的機(jī)械故障診斷方法研究[J].西安交通大學(xué)學(xué)報(bào),2002(12):1303-1306.

魏州軍(1975—),男,漢族,湖南湘陰人,單位:中核蘭州鈾濃縮有限公司,職位:工程技術(shù)員,研究方向:機(jī)械/過(guò)程控制。