旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用

甘 華，王超賓

長慶油田分公司超低滲透油藏第一項(xiàng)目部，甘肅長慶 745400

旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用

甘 華，王超賓

長慶油田分公司超低滲透油藏第一項(xiàng)目部，甘肅長慶 745400

工業(yè)領(lǐng)域中旋轉(zhuǎn)機(jī)械的應(yīng)用十分廣泛，離心泵、發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、汽輪機(jī)、壓縮機(jī)等均屬于大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械，而且在石化、冶金、核能以及煤炭、電力等行業(yè)中，旋轉(zhuǎn)機(jī)械還是關(guān)鍵設(shè)備。隨著機(jī)械工業(yè)的不斷發(fā)展，機(jī)械設(shè)備越來越體現(xiàn)出輕型化、大型化、自動(dòng)化、重載化的特點(diǎn)，而設(shè)備監(jiān)測技術(shù)在降低機(jī)械設(shè)備故障率方面有著不容忽視的作用。本文就針對旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)展開討論。

旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備；狀態(tài)監(jiān)測；應(yīng)用

1 機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)概述

通常設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)可以分為兩部分，即硬件與軟件。通常狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的軟件部分包括旋轉(zhuǎn)設(shè)備故障專家診斷軟件、電機(jī)專家診斷軟件、現(xiàn)場動(dòng)平衡軟件等，功能十分強(qiáng)大，可以進(jìn)行狀態(tài)采集與監(jiān)測；而硬件部分則包括光電轉(zhuǎn)速傳感器、振動(dòng)高頻加速度傳感器、主次回路電流傳感器、振動(dòng)通道、轉(zhuǎn)速通道采集器、高性能的計(jì)算機(jī)以及專用的電纜等。所謂的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)，其主要內(nèi)容包括三個(gè)方面，即設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測、故障的預(yù)測以及分析與診斷，具體的實(shí)施過程有四個(gè)步驟，即采集信號(hào)、處理信號(hào)、識(shí)別狀態(tài)以及決策診斷。而設(shè)備的振動(dòng)信號(hào)十分復(fù)雜，按照數(shù)據(jù)處理類型不同，可以分為確定性信號(hào)與非確定性信號(hào)兩種，其中確定性信號(hào)直接用函數(shù)關(guān)系表述即可，通過頻譜分析、理論計(jì)算確定出信號(hào)的特征頻率，就可以確定出故障的位置與類型。振動(dòng)分析儀的工作原理是通過電壓加速傳感器，把振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，處理、分析振動(dòng)信號(hào)的過程就能夠獲取設(shè)備振動(dòng)量的準(zhǔn)確值，從而對設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)做出準(zhǔn)確判斷。

2 狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)在旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備中應(yīng)用

下文列出旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備常見的振動(dòng)故障類型，并通過實(shí)際案例討論狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)在旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用。

2.1 轉(zhuǎn)子不平衡

對于旋轉(zhuǎn)機(jī)械而言，很多異?，F(xiàn)象都是由于不平衡導(dǎo)致振動(dòng)而引起故障，如果轉(zhuǎn)子不平衡的問題得不到及時(shí)處理，會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子出現(xiàn)更大的故障，比如轉(zhuǎn)子抱軸或者碰磨等。導(dǎo)致不平衡的原因多種多樣，比如材料質(zhì)地不均勻、制造或者安裝過程誤差值不合理、孔位置有缺陷、孔內(nèi)徑存在偏心或者偏磨損的問題、轉(zhuǎn)子零部件脫落或者腐蝕等等。這些原因?qū)е罗D(zhuǎn)子的慣性主軸與旋轉(zhuǎn)軸線偏離而不平衡。在機(jī)械運(yùn)行過程中，每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，轉(zhuǎn)子就會(huì)受到一次由于不平衡質(zhì)量所產(chǎn)生的離心慣性力的沖擊，經(jīng)過長期離心慣性力的作用，轉(zhuǎn)子就會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)迫振動(dòng)等異?，F(xiàn)象，其振動(dòng)頻率等同于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率。由于轉(zhuǎn)子不平衡而造成的振動(dòng)其主要特征表現(xiàn)為：振動(dòng)方向主要是徑向，振動(dòng)頻率主要與轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)頻率相同；水平方向與垂直方向的相位差幾乎為90°。

實(shí)際案例：某日監(jiān)測某型號(hào)重整泵，發(fā)現(xiàn)其機(jī)泵振動(dòng)為D級(jí)，即聯(lián)軸器端水平方向振動(dòng)為每秒17.225mm，垂直方向振動(dòng)為每秒18.839，機(jī)泵的正常運(yùn)行受到嚴(yán)重影響。其振動(dòng)呈現(xiàn)如下特點(diǎn)：首先聯(lián)軸器端軸承振動(dòng)頻率主要為轉(zhuǎn)軸頻率，即1×fr和2×fr，其中幅值較大的1×f r水平方向振動(dòng)幅值為每秒15.682，垂直方向振動(dòng)幅值為每秒18.624；其次水平與垂直方向的相位差87°與，十分接近90°。由上述特征可以判斷是轉(zhuǎn)子不平衡導(dǎo)致的。檢查了機(jī)泵葉輪的動(dòng)平衡后即刻對該泵進(jìn)行回裝，再投入運(yùn)行時(shí)狀態(tài)正常，振動(dòng)級(jí)別也由D級(jí)變?yōu)锳級(jí)，振動(dòng)明顯有所降低。

2.2 流體渦流激振

有些離心泵為蝸形泵殼，蝸形外殼有一部分是卷曲的，當(dāng)轉(zhuǎn)子葉片通過該區(qū)域或者導(dǎo)葉前端附近時(shí)，水壓力會(huì)有所變動(dòng)，因?yàn)槿~輪出口壓力分布不均勻，相應(yīng)的葉輪受到液體的反作用力也是不均勻的。所以葉輪與軸會(huì)由于葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)圓周處受到不均勻的作用力而產(chǎn)生噪音與振動(dòng)。流體渦流激振的振動(dòng)頻率是葉輪葉片的數(shù)量與轉(zhuǎn)速的乘積，或者倍速。

實(shí)際案例：某型號(hào)柴油加氫自投入使用其振動(dòng)偏大的問題一直未得到徹底解決。某日對該泵進(jìn)行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)其機(jī)泵振動(dòng)為D級(jí)，其聯(lián)軸器端水平振動(dòng)為每秒6.729mm，垂直方向振動(dòng)值為每秒6.379mm。振動(dòng)呈現(xiàn)如下特點(diǎn)：水平方向振動(dòng)頻率主要是軸頻1×fr頻、三倍頻3×fr為主，其它頻率的振幅變化不明顯；垂直方向的振動(dòng)頻率主要是1×fr、三倍頻3×fr，其它頻率的振幅變化不明顯。經(jīng)過仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)該泵原有葉輪，其葉輪流道數(shù)為3，由此可見葉片過流頻率即為三倍頻3×fr，等于振動(dòng)主頻，可以判定其振動(dòng)由于液流擾動(dòng)引起。對該泵進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)機(jī)泵找正在正常范圍，葉輪流道數(shù)為3；泵葉輪口環(huán)間隙為0.4mm；泵軸跳動(dòng)最大值0.02mm；檢測軸承狀態(tài)良好，與離心泵檢修標(biāo)準(zhǔn)相符。該泵實(shí)際的運(yùn)行工藝參數(shù)為：水為介質(zhì)，流量常溫下為每小時(shí)250-300方，入口壓力為0.1MPa～0.2MPa；出口壓力為1.5MPa，轉(zhuǎn)速為每分種2950r，功率11kW。經(jīng)過現(xiàn)場檢查確認(rèn)該泵的實(shí)際運(yùn)行壓力、流量均超出了工藝要求的范圍，存在裕量。因此在滿足工藝壓力要求的基礎(chǔ)上，將葉輪外徑進(jìn)行切削加工，從原來的275mm減至250mm，使得葉輪外緣與蝸殼開始卷曲位置的距離增大，從而改變壓力脈動(dòng)，流體的固有頻率就會(huì)發(fā)生改變，振動(dòng)問題得到有效解決。

2.3 轉(zhuǎn)子不對中

在安裝旋轉(zhuǎn)機(jī)械過程中，一定要保證安裝位置對中，并且軸承標(biāo)高要與轉(zhuǎn)子軸心曲線運(yùn)轉(zhuǎn)要求相適應(yīng)。如果旋轉(zhuǎn)機(jī)械對中不良可能導(dǎo)致多種故障的發(fā)生，比如動(dòng)、靜部件會(huì)因摩擦造成轉(zhuǎn)軸熱彎曲；軸系臨界轉(zhuǎn)速發(fā)生改變，軸系振型發(fā)生變化或者引起共振；軸承載荷分布不均造成軸承工作狀態(tài)惡化，最終導(dǎo)致半速渦動(dòng)或者油膜振蕩，嚴(yán)重的會(huì)使軸瓦溫度升高而燒毀。轉(zhuǎn)子不對中所產(chǎn)生的振動(dòng)，其特點(diǎn)表現(xiàn)如下：振動(dòng)最大的位置為緊靠聯(lián)軸節(jié)兩端的軸承；聯(lián)軸節(jié)兩端轉(zhuǎn)子振動(dòng)相位差接近180°；振動(dòng)頻率主要是轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)頻率fr、二倍頻2×fr以及三倍頻3×fr；且隨著負(fù)荷增大振動(dòng)幅度會(huì)相應(yīng)的增大。

實(shí)際案例：某日檢測某型號(hào)汽油加氫泵，發(fā)現(xiàn)該泵振動(dòng)偏大，聯(lián)軸器端水平方向振幅值為每秒6.173mm，垂直方向振幅值為每秒2.086mm，呈現(xiàn)如下振動(dòng)特點(diǎn)：水平方向的主要振動(dòng)頻率為2×fr；垂直方向主要振動(dòng)頻率為1×fr和2×f r；電機(jī)轉(zhuǎn)子和泵軸水平方向的相位差接近180°，為167°。由此可以判斷引起振動(dòng)的原因?yàn)檗D(zhuǎn)子對中不良。對該泵進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子對中水平偏差為0.78mm，垂直偏差則為0.55mm，與標(biāo)準(zhǔn)要求嚴(yán)重不符。處理該問題時(shí)根據(jù)該機(jī)泵的檢修標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行復(fù)查找正，水平方向?yàn)?.06mm，垂直方向?yàn)?.09mm。找正后該泵運(yùn)行即恢復(fù)正常，振動(dòng)級(jí)別也從D級(jí)降至A級(jí)。

3 結(jié)論

機(jī)械設(shè)備從設(shè)計(jì)、制造到最終的安裝、運(yùn)行以及日常維護(hù)與檢修過程中，任意一個(gè)環(huán)節(jié)的偏差都有導(dǎo)致設(shè)備性能劣化出現(xiàn)故障的可能，而且設(shè)備的工作環(huán)境也各不相同，其內(nèi)部會(huì)受到多種物理作用與化學(xué)作用，使其性能出現(xiàn)變化而出現(xiàn)故障。設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)可以及時(shí)、全面的了解設(shè)備在運(yùn)行過程中的狀態(tài)，對其整體或局部的異?，F(xiàn)象進(jìn)行確定，發(fā)現(xiàn)隱患，查找原因，排除異常，并可以實(shí)現(xiàn)對故障發(fā)展趨勢的預(yù)測。因此采用狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)對其狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，不僅可以提高設(shè)備的維護(hù)水平，而且節(jié)約了維護(hù)成本。

[1]郭春梅.簡述旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測儀的試驗(yàn)與安裝[J].現(xiàn)代交際，2010(11).

[2]于淼.淺談旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)[J].黑龍江科技信息，2010(5).

[3]黃遠(yuǎn)江，袁汝康.在線監(jiān)測系統(tǒng)與故障診斷系統(tǒng)在大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械中的運(yùn)用[J].大氮肥，2010(8).

[4]曾綦.旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷[J].科技信息，2009(12).

[5]江恒，王友釗.旋轉(zhuǎn)機(jī)械在線狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)開發(fā)研究[J].石油礦場機(jī)械，2009(3).

TH13

A

1674-6708（2012）59-0117-02