基于化工機(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備金屬零件故障診斷及處理措施

張 展

（中信鈦業(yè)股份有限公司，遼寧 錦州 121005）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，與化工機(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備相關(guān)的行業(yè)也都進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)期。在企業(yè)獲得經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也面臨著很大的安全風(fēng)險(xiǎn)。由于人為或非人為的原因等造成壓縮機(jī)設(shè)備的金屬零件出現(xiàn)故障，導(dǎo)致的重大事故比比皆是，不僅給企業(yè)帶來(lái)了巨大的損失，還可能給相關(guān)的工作人員造成傷害?；C(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備金屬零件出現(xiàn)故障除了相關(guān)的監(jiān)管制度不完善的原因，更重要的原因是故障診斷方法的落后與不完善。由此可見(jiàn)金屬零件故障診斷有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義?；诖耍ㄟ^(guò)對(duì)化工機(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備金屬零件故障的識(shí)別與故障信號(hào)特征的提取，對(duì)金屬零件進(jìn)行準(zhǔn)確的診斷，并提出相應(yīng)的處理措施，希望能夠?yàn)樘岣呋C(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備的運(yùn)行周期提供一些方法上的借鑒。

1 基于化工機(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備金屬零件故障診斷

化工機(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備金屬零件的狀態(tài)信息，如同人的健康信息蘊(yùn)含在心跳頻率、血壓、提問(wèn)等信息中，這些金屬零件的運(yùn)行狀況也能夠通過(guò)振動(dòng)頻率、零件運(yùn)行溫度等信號(hào)識(shí)別出來(lái)。我們對(duì)金屬零件的這些故障信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，然后對(duì)其特征值進(jìn)行提取，最終就可以通過(guò)對(duì)金屬零件特征集的分析得出相對(duì)應(yīng)的故障，完成化工機(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備金屬零件的故障診斷。接下來(lái)我們對(duì)金屬零件的故障診斷進(jìn)行詳細(xì)分析。

1.1 化工機(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備金屬零件故障的識(shí)別

基于化工機(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備來(lái)說(shuō)，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)行環(huán)境比較惡劣，受外部干擾因素的影響也比較大，畫(huà)工機(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備的金屬零件出現(xiàn)的故障也就具有一定的特征，如故障的縱向性。當(dāng)機(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備的地腳螺絲這一零件松動(dòng)脫落，就會(huì)引起整個(gè)設(shè)備明顯的劇烈振動(dòng)[1]。還有故障的關(guān)聯(lián)性，即化工機(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備在運(yùn)行中，有可能出現(xiàn)多個(gè)故障。以化工機(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備存在故障的特征為前提，對(duì)機(jī)械設(shè)備金屬零件故障的識(shí)別主要是通過(guò)兩種方式進(jìn)行。一種是根據(jù)測(cè)試信號(hào)的頻譜進(jìn)行識(shí)別，主要是分析設(shè)備金屬零件振動(dòng)信號(hào)的功率譜、幅值和振動(dòng)頻率等，從而完成對(duì)機(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備金屬零件運(yùn)行狀態(tài)的識(shí)別。另一種則是通過(guò)測(cè)試化工機(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備的主軸擺動(dòng)幅度完成的，主要是利用機(jī)械設(shè)備的軸心軌跡[2]。以化工機(jī)械離心式壓縮機(jī)的振動(dòng)信號(hào)為例，壓縮機(jī)振動(dòng)信號(hào)的具體數(shù)據(jù)信息見(jiàn)圖1。

圖1 壓縮機(jī)振動(dòng)信號(hào)頻譜圖

圖1 中可以明顯的看到，壓縮機(jī)主要的振動(dòng)頻率分別是100Hz和200Hz，而且主振動(dòng)頻率附近的能量值最大。通過(guò)對(duì)壓縮機(jī)設(shè)備振動(dòng)信號(hào)的識(shí)別，能夠進(jìn)一步地對(duì)其金屬零件的故障進(jìn)行初步判斷，可能是由于轉(zhuǎn)子不對(duì)中、零件彈簧失效或是支撐零件松動(dòng)等原因造成的異常振動(dòng)。實(shí)現(xiàn)對(duì)化工機(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備金屬零件故障的準(zhǔn)確診斷，還需要進(jìn)行故障信號(hào)特征的提取。

1.2 化工機(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備金屬零件故障診斷

在進(jìn)行化工機(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備金屬零件故障的識(shí)別之后，還需要對(duì)其故障信號(hào)進(jìn)行特征值的提取，才能實(shí)現(xiàn)故障的準(zhǔn)確診斷。信號(hào)特征的提取是化工機(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備金屬零件故障診斷的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。信號(hào)特征提取的完整性和準(zhǔn)確性對(duì)金屬零件故障診斷的精確性有著直接的影響。壓縮機(jī)設(shè)備金屬零件故障信號(hào)特征的提取主要是服特征信號(hào)進(jìn)行去噪處理，提取與設(shè)備金屬零件運(yùn)行狀態(tài)相關(guān)的數(shù)據(jù)信息[3]。以這些數(shù)據(jù)為依據(jù)，進(jìn)行金屬零件故障的深入診斷。小波包變換去噪處理主要對(duì)獲得的設(shè)備振動(dòng)頻譜信號(hào)進(jìn)行分解，分解為四層。分解后得到從低到高頻率的十六個(gè)子頻帶系數(shù)，然后進(jìn)行系數(shù)重構(gòu)。重構(gòu)得到頻域上的各分量信號(hào)分別是X40, X41,.........X415。那么各個(gè)頻帶信號(hào)相對(duì)應(yīng)的能量是E4j(j =0,1,.......15)：

公式中，代表子頻帶數(shù)；代表系數(shù)；代表時(shí)間。得到能量值之后，為了方便分析，對(duì)能量信號(hào)值進(jìn)行歸一化處理，得到：

采用歸一化的方法進(jìn)行處理后，就能夠得壓縮機(jī)設(shè)備振動(dòng)信號(hào)的特征向量[4]?；C(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備金屬零件常見(jiàn)故障特征信息可參考表1。通過(guò)對(duì)壓縮機(jī)設(shè)誒金屬零件故障的識(shí)別以及故障特征信號(hào)的提取便能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)化工機(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備金屬零件的故障診斷。

表1 壓縮機(jī)設(shè)備金屬零件常見(jiàn)故障特征

2 金屬零件故障的處理措施

首先根據(jù)上述的金屬零件故障診斷，針對(duì)出現(xiàn)的故障采取相應(yīng)的處理措施。如轉(zhuǎn)子不對(duì)中造成的設(shè)備振動(dòng)，對(duì)壓縮機(jī)設(shè)備的自由端軸承進(jìn)行維修，根據(jù)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況，把軸承中所加的銅片厚度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，重新安裝并開(kāi)機(jī)后，發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)設(shè)備的振動(dòng)量明顯減小，并對(duì)其振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行重新測(cè)量，發(fā)現(xiàn)其振動(dòng)頻譜穩(wěn)定，高倍頻的幅值大大減小，而且基本上消除了高次諧波、低次諧波和組合諧波，化工機(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行。再次，針對(duì)轉(zhuǎn)子與靜止摩件的故障，采取調(diào)整金屬篩框結(jié)構(gòu)與主振彈簧剛度的治理措施，確保金屬零件篩框的動(dòng)態(tài)性能和主振彈簧豎向振動(dòng)的量級(jí)保持一致[5]，這樣，就能夠降低篩板結(jié)構(gòu)的振動(dòng)噪聲，從而降低整個(gè)金屬零件的噪聲，保證壓縮機(jī)設(shè)備的正常運(yùn)行。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)化工機(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備故障的識(shí)別以及故障信號(hào)的提取，實(shí)現(xiàn)了對(duì)其金屬零件故障的準(zhǔn)確診斷，并其除了針對(duì)性的處理措施，很大程度上減少了化工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失，保證機(jī)械壓縮機(jī)設(shè)備的正常生產(chǎn)。但是，壓縮機(jī)設(shè)備金屬零件故障診斷由于相關(guān)智能理論與故障集的因素，還有很大的提升空間，這有待于進(jìn)一步的研究。