頻譜分析在風(fēng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用

張興華

【摘 要】應(yīng)用頻譜分析技術(shù)對風(fēng)機(jī)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測和診斷分析。利用時(shí)域、頻域及趨勢分析等方法，判斷設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)早期故障隱患，查找故障根源，為確定維修時(shí)間、制定維修方案提供了可靠依據(jù)，取得了良好效果。

【Abstract】Applying spectrum analysis technology to monitor the state and analyze the diagnosis of the fan. Using time domain， frequency domain and trend analysis and other methods to determine the current status of the equipment， discover hidden troubles in early stage， and find root causes of failures，which can provide a reliable basis for determining maintenance time and formulating maintenance plans， and has achieved good results.

【關(guān)鍵詞】狀態(tài)監(jiān)測；頻譜；滾動軸承

【Keywords】condition monitoring； frequency spectrum； rolling bearing vibration

【中圖分類號】TH323 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）05-0144-02

1 引言

狀態(tài)監(jiān)測是在設(shè)備運(yùn)行或者基本不拆卸設(shè)備的情況下，通過儀器獲得準(zhǔn)確的設(shè)備信息，掌握運(yùn)行狀態(tài)，評價(jià)優(yōu)劣程度，診斷有無故障或確定故障的部位及原因，預(yù)測發(fā)展趨勢，為及時(shí)消除故障提出決策依據(jù)的一種方法。頻譜分析是狀態(tài)監(jiān)測中使用最為廣泛的方法之一。大多數(shù)旋轉(zhuǎn)機(jī)械一般都產(chǎn)生帶有周期的振動信號。振動信號并不是只包含單一頻率成分的簡諧振動，而是包含多種頻率成分。這些頻率成分往往直接與機(jī)械中各種零部件的機(jī)械物力特性聯(lián)系在一起，通過數(shù)學(xué)變換可以客觀準(zhǔn)確的反應(yīng)設(shè)備各部件的運(yùn)行狀況，從而對設(shè)備的可靠性進(jìn)行評價(jià)。

2 設(shè)備基本情況

煉鐵廠北區(qū)除塵一期13900除塵風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)型號：Y4-73N029.5F；風(fēng)量：554800m3/h；全壓：4490Pa；轉(zhuǎn)速730r/min；風(fēng)機(jī)端軸承型號22340。

3 測點(diǎn)布置及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

2017年6月，運(yùn)行人員反應(yīng)風(fēng)機(jī)振動增大。隨即對風(fēng)機(jī)進(jìn)行診斷性測振。使用VB5振動測試分析儀，振動點(diǎn)布置，如圖1。

4 初次測振結(jié)果及分析

初次測振數(shù)據(jù)，見表1。按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，除塵風(fēng)機(jī)應(yīng)屬于剛性基礎(chǔ)設(shè)備，600至1200r/min，10至1000Hz。從測量結(jié)果可以看出，旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中垂直和水平振動較小，均屬于合格范圍內(nèi)，而軸向振動最大，處于停機(jī)檢修范圍內(nèi)。為了進(jìn)一步確定故障原因，對各測電進(jìn)行頻譜分析，相關(guān)頻譜見圖2。

通過現(xiàn)場設(shè)備狀況進(jìn)行觀察了解，振動情況是逐步加劇的，說明設(shè)備原有結(jié)構(gòu)剛度正常，水平和垂直振動幅值較小，二倍轉(zhuǎn)頻成分較小，說明安裝找正也正常。在頻譜圖中明顯發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速頻率的整倍數(shù)頻，且尖峰很清楚，這些尖峰說明旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中有嚴(yán)重松動故障，因此重點(diǎn)檢查軸承座支撐剛度的變化情況。

診斷結(jié)果為：由于松動，顯著地降低了軸承座軸向剛度，從而產(chǎn)生較大的軸向振動。

5 初次檢修和檢修后振動數(shù)據(jù)

針對這種情況，立即安排在線檢修，以防止發(fā)生惡性事故。建議檢修重點(diǎn)放在緊固各軸承及軸承壓蓋螺栓上，檢修過程中發(fā)現(xiàn)1-5#測點(diǎn)處軸承壓蓋螺栓有個(gè)別松動現(xiàn)象，緊固后各測點(diǎn)振動數(shù)據(jù)明顯改善，軸向振動大幅降低。說明初期判斷正確，檢修有效。檢修后測振數(shù)據(jù)振動最大為5#測點(diǎn)軸向振動為2.83mm/s，檢修后相關(guān)測點(diǎn)軸向振動頻譜，見圖3。

風(fēng)機(jī)振動異常主要原因?yàn)榄h(huán)境溫度變化導(dǎo)致軸承蓋螺栓個(gè)別松動，引起軸承整體剛性顯著降低，表現(xiàn)為軸向振動增大，經(jīng)過在線檢修故障排除。但風(fēng)機(jī)軸承端（5#測點(diǎn)處）頻譜中有軸承故障頻率，懷疑軸承存在早期磨損，針對已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的可能存在的軸承早期磨損故障，加強(qiáng)了對風(fēng)機(jī)狀態(tài)檢測的關(guān)注度。

6 設(shè)備運(yùn)行狀況及振動數(shù)據(jù)

自2017年6月對風(fēng)機(jī)進(jìn)行診斷性檢測，懷疑5#測點(diǎn)軸承有故障后，加強(qiáng)對風(fēng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測的關(guān)注程度。2017年8月對除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集時(shí)，發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)5#測點(diǎn)設(shè)備運(yùn)行狀況存在惡化趨勢，故障惡化時(shí)振動數(shù)據(jù)，見表3，5#測點(diǎn)垂直方向振動頻譜見圖4。

7 頻譜分析結(jié)果

通過對風(fēng)機(jī)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測，對設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢分析，發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)振動情況是逐步加劇的。水平和垂直振動幅值較小，二倍轉(zhuǎn)頻成分較小或沒有。因此，重點(diǎn)分析軸承故障，仔細(xì)分析頻譜發(fā)現(xiàn)有軸承內(nèi)圈、外圈及滾動體故障頻率，并伴有一倍轉(zhuǎn)速頻率。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)：當(dāng)頻譜中存在軸承故障頻率的諧波頻率，尤其是這些頻率伴有一倍轉(zhuǎn)頻邊帶，不能單獨(dú)以振動總值的大小來判斷軸承的好壞，應(yīng)盡快更換軸承[1]。

診斷結(jié)果為：軸承雖然振動總值不大但軸承內(nèi)圈外圈及滾動體均有故障頻率并伴有一倍轉(zhuǎn)頻出現(xiàn)，說明軸承故障隨時(shí)有可能急劇惡化造成生產(chǎn)事故，要求盡快安排檢修，更換風(fēng)機(jī)5#測點(diǎn)處軸承。

8 更換軸承后振動數(shù)據(jù)

2017年8月29日安排除塵風(fēng)機(jī)停機(jī)檢修，更換5#測點(diǎn)處軸承。通過對損壞軸承解體發(fā)現(xiàn)軸承內(nèi)圈、外圈、滾動體均有不同程度的損壞。更換軸承后振動數(shù)據(jù)，見表2。

9 結(jié)語

使用VB5振動測試分析儀對風(fēng)機(jī)進(jìn)行持續(xù)狀態(tài)監(jiān)測，自2017年6月2日發(fā)現(xiàn)5#測點(diǎn)處軸承異常至2017年8月提出更換5#測點(diǎn)處軸承，數(shù)據(jù)是采集可靠的，頻譜分析是準(zhǔn)確的，避免了一次重大設(shè)備事故。這一案例說明狀態(tài)監(jiān)測可以提高設(shè)備現(xiàn)代化管理水平，對設(shè)備的維修由事后維修、計(jì)劃維修向預(yù)知維修轉(zhuǎn)變，從而避免惡性事故的發(fā)生，保證設(shè)備運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，提高設(shè)備利用率，確保設(shè)備安全長周期運(yùn)行，最終達(dá)到降低成本取得潛在的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

【參考文獻(xiàn)】

【1】鄭惟才.往復(fù)式活塞隔膜泵軸承座裝配體有限元分析[J]. 中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2017（01） ：34-35.