某典型綜合監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)案例分析

王永富，邵 山，全繼海，陳 晨

（91970部隊(duì)，遼寧 大連 116041）

狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)是設(shè)備維修的重要手段，設(shè)備診斷技術(shù)可以保障設(shè)備安全、預(yù)防突發(fā)故障、節(jié)約維修成本、減少停機(jī)時(shí)間、提升經(jīng)濟(jì)效益。常用的監(jiān)測(cè)手段有紅外熱成像、油液分析、振動(dòng)和噪聲、無(wú)損、電氣、熱工參數(shù)等。綜合監(jiān)測(cè)技術(shù)在設(shè)備故障診斷中已經(jīng)逐步開(kāi)始應(yīng)用[1]，文獻(xiàn)[2]采用了熱工參數(shù)、紅外熱成像、振動(dòng)監(jiān)測(cè)對(duì)設(shè)備進(jìn)行了故障診斷，但使用的是簡(jiǎn)易監(jiān)測(cè)方法，未進(jìn)行精密診斷分析。本文從紅外熱成像、油液光譜、振動(dòng)（頻譜和時(shí)域波形）3 個(gè)方面對(duì)滑動(dòng)軸承進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，通過(guò)對(duì)比分析不同視角下的物理特征，以實(shí)例闡釋了一種故障對(duì)應(yīng)多種故障征兆的典型監(jiān)測(cè)方法，對(duì)開(kāi)展設(shè)備故障診斷工作具有較強(qiáng)的實(shí)踐意義。

1 紅外熱成像監(jiān)測(cè)分析

某船大型1#、2#滑動(dòng)軸承（左右對(duì)稱、運(yùn)行工況相同）承擔(dān)向螺旋槳傳遞動(dòng)力的重要功能，常年處于高強(qiáng)度運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，軸承與軸瓦之間為液體潤(rùn)滑方式工作。

使用紅外熱成像儀在滑動(dòng)軸承平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下測(cè)量熱場(chǎng)情況[3]，環(huán)境溫度為17.3 ℃，2 個(gè)滑動(dòng)軸承的紅外熱成像圖如圖1、圖2 所示，2#滑動(dòng)軸承表面最大溫度值為74.4 ℃，比1#滑動(dòng)軸承高了23.8 ℃。紅外熱成像監(jiān)測(cè)結(jié)果及限值如表1 所示，參照表1 可知，2#滑動(dòng)軸承溫升值已經(jīng)超過(guò)限值，外表最大溫度值接近限值，由此可以判定2#滑動(dòng)軸承溫度異常。根據(jù)滑動(dòng)軸承工作方式可知，溫度異常的原因是軸瓦和軸頸之間出現(xiàn)了摩擦。

表1 紅外熱成像監(jiān)測(cè)結(jié)果及限值 ℃

圖1 1#滑動(dòng)軸承紅外熱成像圖

圖2 2#滑動(dòng)軸承紅外熱成像圖

2 油液光譜監(jiān)測(cè)分析

取1#和2#滑動(dòng)軸承潤(rùn)滑油進(jìn)行油液分析，原子發(fā)射光譜分析結(jié)果如表2 所示。發(fā)現(xiàn)同工況條件下，2#滑動(dòng)軸承的Fe、Cr、Sn 3 種金屬含量遠(yuǎn)超1#滑動(dòng)軸承，且遠(yuǎn)超2#滑動(dòng)軸承油液光譜金屬含量日常監(jiān)測(cè)值。由此可知，2#滑動(dòng)軸承出現(xiàn)了嚴(yán)重摩擦故障。分析滑動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)金屬成分構(gòu)成，F(xiàn)e 元素來(lái)源于軸頸，Cr元素和Sn元素來(lái)源于軸瓦。

表2 原子發(fā)射光譜分析結(jié)果 μg/g

3 振動(dòng)監(jiān)測(cè)分析

振動(dòng)監(jiān)測(cè)分為振動(dòng)頻譜監(jiān)測(cè)和振動(dòng)時(shí)域波形監(jiān)測(cè)2部分?；瑒?dòng)軸承轉(zhuǎn)速為187.57 r/min（經(jīng)齒輪箱降速后計(jì)算得出），轉(zhuǎn)頻為3.130 Hz。分析相同工況下2個(gè)滑動(dòng)軸承的振動(dòng)情況，對(duì)比垂直方向的速度幅值[4]，1#滑動(dòng)軸承頻譜峰值為0.379 mm/s（對(duì)應(yīng)頻率為3.130 Hz）。2#滑動(dòng)軸承頻譜峰值為0.505 mm/s（對(duì)應(yīng)頻率為15.625 Hz，約5 倍轉(zhuǎn)頻），而3.130 Hz（轉(zhuǎn)頻）對(duì)應(yīng)的速度幅值為0.432 mm/s。對(duì)比可知，2#滑動(dòng)軸承速度頻譜峰值比1#滑動(dòng)軸承增長(zhǎng)了33.2%、3.130 Hz 對(duì)應(yīng)的速度幅值增長(zhǎng)了14.0%，存在5 倍、8 倍、16 倍的高次諧波?；瑒?dòng)軸承速度頻譜對(duì)比如圖3所示。

圖3 滑動(dòng)軸承速度頻譜對(duì)比

滑動(dòng)軸承位移頻譜對(duì)比如圖4 所示，分析垂直方向的位移幅值，1#滑動(dòng)軸承頻譜峰值為0.058 2 mm（對(duì)應(yīng)頻率為3.130 Hz），2#滑動(dòng)軸承頻譜峰值為0.060 8 mm/s（對(duì)應(yīng)頻率為3.130 Hz）。對(duì)比可知，2#滑動(dòng)軸承位移頻譜峰值比1#滑動(dòng)軸承增長(zhǎng)了4.5%，存在5倍的高次諧波，位移幅值在各頻率范圍內(nèi)有微量增加。

圖4 滑動(dòng)軸承位移頻譜對(duì)比

滑動(dòng)軸承加速度頻譜對(duì)比如圖5 所示，分析垂直方向的加速度幅值，1#滑動(dòng)軸承頻譜峰值為0.029 5 m/s2（對(duì)應(yīng)頻率為48.437 Hz），2#滑動(dòng)軸承頻譜峰值為0.048 7 m/s2（對(duì)應(yīng)頻率為48.437 Hz）。對(duì)比可知，2#滑動(dòng)軸承加速度頻譜峰值比1#滑動(dòng)軸承增長(zhǎng)了65.1%，存在8 倍、31 倍的高次諧波，加速度幅值在各頻率范圍內(nèi)均有一定增加。

圖5 滑動(dòng)軸承加速度頻譜對(duì)比

1#、2#滑動(dòng)軸承加速度波形圖如圖6 所示，截取15 s 時(shí)長(zhǎng)的時(shí)域加速度波形。2#滑動(dòng)軸承波形圖在波峰、波谷處呈現(xiàn)密集性的削波狀態(tài)，即截頭余弦的特征，而截頭余弦為典型摩擦故障征兆。

圖6 1#、2#滑動(dòng)軸承加速度波形圖

通過(guò)振動(dòng)分析，2#滑動(dòng)軸承的速度頻譜、位移頻譜、加速度頻譜的峰值及整個(gè)頻率范圍內(nèi)的幅值比1#滑動(dòng)軸承均有不同程度增長(zhǎng)，并增加了一些高次諧波，其中加速度頻譜和速度頻譜峰值增加較為明顯。通過(guò)時(shí)域波形圖可知，2#滑動(dòng)軸承出現(xiàn)了典型的截頭余弦現(xiàn)象，符合摩擦故障特征。

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)拆卸檢修，確定軸瓦和軸頸之間出現(xiàn)了磨損。磨損的原因可能是因?yàn)檩S承工作強(qiáng)度較大且工作環(huán)境惡劣引起的軸線不對(duì)中。

使用綜合監(jiān)測(cè)分析方法，確定了某船2#滑動(dòng)軸承摩擦故障。由于一種故障一般不只有一種征兆，通過(guò)多種監(jiān)測(cè)手段互為驗(yàn)證監(jiān)測(cè)結(jié)果，可以極大程度上確保診斷結(jié)論準(zhǔn)確可靠，綜合分析多種不同領(lǐng)域的故障征兆可以有效進(jìn)行故障定位。