淺談機(jī)械振動(dòng)分析在檢維修的應(yīng)用

詹熠

摘 要：對(duì)于生產(chǎn)設(shè)備大型化、連續(xù)化、高速化和自動(dòng)化的現(xiàn)代工業(yè)特點(diǎn)，由于機(jī)械設(shè)備發(fā)生故障而停工造成的損失以及維修費(fèi)用相比于過去將大幅度增加。國內(nèi)目前很多企業(yè)還仍處在計(jì)劃維修體制階段，而國內(nèi)外的實(shí)踐表明，對(duì)設(shè)備實(shí)施有效的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷是保證生產(chǎn)的重要手段。本文以設(shè)備故障診斷技術(shù)為基礎(chǔ)，基于CSI2140機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)分析儀詳細(xì)介紹其應(yīng)用，并結(jié)合目前的實(shí)施案例重點(diǎn)講述其實(shí)際成果，包括案例分析以及實(shí)現(xiàn)的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：故障診斷;振動(dòng)分析儀;案例分析;經(jīng)濟(jì)效益

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.05.005

1 設(shè)備檢測(cè)及維修現(xiàn)狀

石化行業(yè)由于規(guī)模不斷擴(kuò)大，單體設(shè)備體積也越來越大，自動(dòng)化程度越來越高，但是設(shè)備的日常維護(hù)，大部分工廠的維修仍然實(shí)行事后維修或定期維修的方式。事后維修是讓機(jī)器一直運(yùn)行到失效，停機(jī)周期長，需要更多備品備件，花費(fèi)大量人力同時(shí)甚至產(chǎn)生不必要的維修，維修費(fèi)用顯著增加。定期維修，是指設(shè)備運(yùn)行到一定周期后，無論好壞都進(jìn)行維修檢查，但是容易造成過維修過度，隨著科技的進(jìn)步及設(shè)備故障振動(dòng)技術(shù)概念的提出，更多的國家開始實(shí)行預(yù)測(cè)維修以達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益的最大化。

目前石化行業(yè)，因?yàn)槌杀驹虿荒苋可显诰€監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，只能采用人工定時(shí)攜帶紅外線測(cè)溫儀、便攜式數(shù)字測(cè)振儀等設(shè)備來檢測(cè)設(shè)備溫度是否過高、振動(dòng)是否過大，使用聽針判別運(yùn)動(dòng)部件是否有異聲的診斷方法，很大程度上憑借著聽覺和經(jīng)驗(yàn)，對(duì)設(shè)備狀態(tài)只能從總體上判斷其“好”與“壞”，不僅分析不全面、而且無法識(shí)別隱藏故障。

因維修人員流動(dòng)性較大，導(dǎo)致經(jīng)驗(yàn)豐富的“標(biāo)準(zhǔn)眼”、“標(biāo)準(zhǔn)耳”越來越少，同時(shí)面對(duì)新員工成長及培訓(xùn)周期長的情況，設(shè)備維修工作壓力越來越大。

因此對(duì)石化工廠來說，有一種既可以讓新的維修人員迅速掌握操作技能，又能快速的診斷設(shè)備故障的自動(dòng)智能分析，人機(jī)互動(dòng)畫面友好的振動(dòng)分析儀器在預(yù)測(cè)維修中顯得尤為重要。

振動(dòng)是反映機(jī)器狀態(tài)最敏感的參數(shù)，即使機(jī)器狀態(tài)發(fā)生微小的變化也往往能從振動(dòng)的變化中反映出來?；谠O(shè)備故障診斷技術(shù)為基礎(chǔ)的振動(dòng)分析可在設(shè)備運(yùn)行中或基本不拆卸全部設(shè)備的情況下，在機(jī)器故障形成和發(fā)展過程的初期就能檢測(cè)出故障，判定產(chǎn)生故障的部位和原因，并預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)設(shè)備的未來狀態(tài)，它不僅可以減少意外停機(jī)，且僅在需要時(shí)才購買和使用所需配件，只需在適當(dāng)時(shí)候進(jìn)行維修，大大節(jié)約了維修成本。

2 機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)分析儀的應(yīng)用范圍

2.1 可診斷的常見故障

機(jī)械設(shè)備通常會(huì)遇到如下一些由于設(shè)備本身的安裝或工藝等導(dǎo)致的故障，而美國愛默生公司生產(chǎn)的CSI2140機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)分析儀能夠快速診斷出這些故障，并判斷其嚴(yán)重程度：

（1）由于轉(zhuǎn)子零件的質(zhì)心偏移造成的不平衡。

（2）不對(duì)中：轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子的聯(lián)接不對(duì)中及轉(zhuǎn)子軸頸與兩端軸承的不對(duì)中。

（3）機(jī)械松動(dòng)，包括地腳螺栓松動(dòng)及零件之間的配合間隙超差引起的松動(dòng)。

（4）干摩擦：轉(zhuǎn)子與定子之間由于缺乏潤滑介質(zhì)形成的摩擦。

（5）離心式機(jī)械液力（氣力）振動(dòng)激起某些零部件或管道的振動(dòng)。

（6）共振：機(jī)器的轉(zhuǎn)速等于設(shè)備或某個(gè)零部件的固有頻率時(shí)，便出現(xiàn)共振。

（7）皮帶磨損。

（8）電動(dòng)機(jī)振動(dòng)：包括機(jī)械常見故障及電氣故障。

2.2 實(shí)施步驟

使用振動(dòng)分析儀對(duì)機(jī)器設(shè)備實(shí)施振動(dòng)診斷，一般實(shí)施步驟如下：

（1）選擇測(cè)點(diǎn)：測(cè)點(diǎn)位置要盡量靠近軸承承載區(qū)，一般每個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)量3個(gè)方位：水平（H）、垂直（V）、軸向（A）。測(cè)點(diǎn)編號(hào)如圖1。

（2）確定測(cè)量參數(shù)。為不同的分析頻寬選擇合適的幅值單位：低頻振動(dòng)（<10Hz）采用位移;中頻振動(dòng)（10-2000Hz）采用速度;高頻振動(dòng)（>2000Hz）采用加速度。

對(duì)于大多數(shù)設(shè)備來說，最佳診斷參數(shù)是振動(dòng)速度，因?yàn)樗欠从痴駝?dòng)強(qiáng)度的理想?yún)?shù)。國際上很多振動(dòng)診斷標(biāo)準(zhǔn)都是采用速度有效值RMS來作為判別參數(shù)。

（3）選擇與安裝傳感器。對(duì)于滾動(dòng)軸承設(shè)備，常用加速度傳感器;對(duì)于滑動(dòng)軸承設(shè)備，常用位移傳感器;離線采集振動(dòng)數(shù)據(jù)時(shí)加速度傳感器是最常用的。

（4）進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量與信號(hào)分析。根據(jù)測(cè)量所得數(shù)據(jù)和信號(hào)分析，判斷設(shè)備是否正常，若存在異常現(xiàn)象，根據(jù)波形觀察、頻率分析等判斷故障原因、部位和嚴(yán)重程度。

（5）作出診斷決策。或繼續(xù)運(yùn)行，或停機(jī)修理。需修理的設(shè)備，應(yīng)當(dāng)指出修理的具體內(nèi)容，包括處理的故障部位、所需更換的零部件等。

（6）檢查驗(yàn)證。設(shè)備進(jìn)行調(diào)整或修理之后需跟蹤監(jiān)測(cè)，繼續(xù)使用振動(dòng)分析儀采集振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查確認(rèn)設(shè)備運(yùn)行狀況，驗(yàn)證設(shè)備故障是否得到解決。

（7）數(shù)據(jù)儲(chǔ)存。因?yàn)榇鎯?chǔ)在分析儀里的數(shù)據(jù)只能維持有限時(shí)間，因此將數(shù)據(jù)上傳至電腦AMS系統(tǒng)可永久保存數(shù)據(jù)，方便數(shù)據(jù)的讀取且可對(duì)設(shè)備進(jìn)行趨勢(shì)化分析及管理。

3 振動(dòng)分析儀在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1 案例一、石化三部1#生產(chǎn)加壓泵振動(dòng)分析

（1）設(shè)備概況。2015年4月13日，巡檢人員發(fā)現(xiàn)石化三部1#生產(chǎn)加壓泵振動(dòng)值異常，均超過標(biāo)準(zhǔn)值4.5mm/s，為確定故障原因，對(duì)該泵進(jìn)行振動(dòng)狀態(tài)分析。

該泵設(shè)備型號(hào)：KQSN200-M9/223（T）;額定流量：260m?/s;轉(zhuǎn)速：2960r/min;工作介質(zhì)：清水;軸承：滾動(dòng)軸承SKF6308;彈性柱銷聯(lián)軸器。

（2）檢測(cè)數(shù)據(jù)及分析。利用美國愛默生公司生產(chǎn)的CSI2140機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)分析儀對(duì)該泵進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采用加速度傳感器分別測(cè)量電機(jī)和泵的兩個(gè)軸承座外殼的水平（H）、垂直（V）、軸向（A）的振動(dòng)量，共12個(gè)測(cè)點(diǎn)。測(cè)得數(shù)值如（表1）：

由以上數(shù)據(jù)分析如下：

1）Peakvue值：M1P、M2P、P1P、P2P值都較低，最高為0.30 Gs，遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)值3Gs，故基本可以排除軸承本身故障;

2）如圖P1H頻譜中，明顯偏高的有1倍頻和2倍頻，幅值分別為7.66mm/s、7.94mm/s，都高于允許值4.5mm/s。2倍轉(zhuǎn)頻振動(dòng)突出，根據(jù)頻率特征判斷存在對(duì)中不良狀況。

（3）檢查原因：

1）根據(jù)以上分析，對(duì)該泵停機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)彈性柱銷聯(lián)軸器，彈性圈磨損嚴(yán)重。

2）軸對(duì)中有徑向偏差達(dá)到0.6mm，超過標(biāo)準(zhǔn)要求的0.05mm，電機(jī)低，下張口。

（4）處理過程：

1）更換彈性柱銷聯(lián)軸器的彈性圈;電機(jī)前腳加墊銅片1.5mm，后腳加墊1.3mm。

2）重新進(jìn)行軸對(duì)中，使對(duì)中數(shù)據(jù)達(dá)到圓周0.05mm，徑向0.03mm，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的≦0.05mm。

4月15日重新啟動(dòng)該泵，經(jīng)CSI2140振動(dòng)分析儀進(jìn)行測(cè)試結(jié)果如（表2）：

表中，無論是各項(xiàng)振動(dòng)值還是PeakVue值，都達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)值以內(nèi)，說明設(shè)備運(yùn)行良好，至此，檢修完成。

（5）小結(jié)。實(shí)際拆檢結(jié)果顯示由于對(duì)中不良造成振動(dòng)異常，與根據(jù)頻譜分析判斷振動(dòng)值偏大的原因完全一致，有針對(duì)性檢修，避免了盲目拆泵進(jìn)行軸承的檢查或更換操作，節(jié)省了人力物力，檢修后故障消除，設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)。

3.2 案例二、石化五部3030A離心泵振動(dòng)分析

（1）設(shè)備概況。2015年4月9日，巡檢人員發(fā)現(xiàn)石化五部3030A泵有異響，但經(jīng)便攜式測(cè)振儀檢測(cè)，振動(dòng)值均未超過標(biāo)準(zhǔn)值4.5mm/s。

該泵設(shè)備額定功率：1.5kW;額定流量：3.32m?/s;轉(zhuǎn)速：2930r/min;工作介質(zhì)：水和丁醇;彈性柱銷聯(lián)軸器。

（2）檢測(cè)數(shù)據(jù)及分析。利用CSI2140機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)分析儀對(duì)該泵進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采用加速度傳感器分別測(cè)量電機(jī)和泵的兩個(gè)軸承座外殼的水平（H）、垂直（V）、軸向（A）的振動(dòng)量，測(cè)得問題較為突出的數(shù)值如（表3）：

由表可得，PeakVue值中，電機(jī)兩端的PeakVue值遠(yuǎn)超標(biāo)準(zhǔn)值3Gs，判斷軸承存在故障，如圖3所示。

（3）檢查及處理。檢查：停機(jī)拆檢電機(jī)，發(fā)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承跑外圈。

處理：進(jìn)行電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承更換。

（4）處理結(jié)果。檢修完重新啟動(dòng)該泵，經(jīng)CSI2140振動(dòng)分析儀進(jìn)行測(cè)試結(jié)果如（表4）：

經(jīng)檢修后，各項(xiàng)振動(dòng)值及PeakVue值，都達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)值以內(nèi)，設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)。

（5）小結(jié)。實(shí)際拆檢結(jié)果與使用振動(dòng)分析儀診斷故障原因一致，驗(yàn)證了造成振動(dòng)波形圖PeakVue值的偏大的原因是軸承故障所致，即電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承跑外圈所致，同時(shí)傳動(dòng)至電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端。

4 經(jīng)濟(jì)效益

總結(jié)以上的兩個(gè)案例分析，設(shè)備管理人員使用振動(dòng)分析儀能夠在不停機(jī)的前提下，快速和精確速地診斷出設(shè)備故障的根源，進(jìn)行針對(duì)性的維修。

避免了全面拆檢式的盲目查找原因、避免了不必要的零件拆卸損傷，實(shí)現(xiàn)了零部件壽命的充分利用，節(jié)約了備件費(fèi)用;同時(shí)減輕設(shè)備管理人員和維修人員的工作量，并有效地防止突發(fā)事故，保證了設(shè)備的安全運(yùn)行，達(dá)到了降本增效的目的。

因此，機(jī)械振動(dòng)分析儀的應(yīng)用在石化企業(yè)生產(chǎn)中具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，值得廣泛推廣。

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