大型回轉機械故障診斷的現狀和發(fā)展趨勢
由于設備質量缺陷、維護不當以及運行操作失誤引起的各類故障都會影響到回轉機械的穩(wěn)定運行，威脅到生產的安全，甚至會造成設備停機、流程中斷，造成嚴重的經濟損失。據統(tǒng)計，1992-1993年，國內17套尿素裝置故障停車共計549次，停車957天，相當于3套尿素裝置的_生產能力放空一年，最多的一套裝置共停車67次，共計1天，直接經濟損失數億元。1995年酒泉鋼鐵公司的發(fā)電機組由于多次強行啟動，造成轉子彎曲過大而報廢，給酒缸和嘉峪關市造成了近億元的經濟損失。因此研制和開發(fā)先進的大型回轉機械狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)，對于確保這些關鍵設備的安全、高效、長周期運行，避免巨大的經濟損失和災難性事故的發(fā)生，具有重大的經濟價值。
1 大型回轉機械故障診斷技術的現狀
20世紀70年代以來，電子技術和信號處理技術的迅猛發(fā)展，轉子-軸承系統(tǒng)動力特性研究的不斷深入，有力地促進了大型回轉機械狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術的發(fā)展，使大型回轉機械狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術水平不斷提高。
大型回轉機械狀態(tài)振動監(jiān)測和故障診斷技術主要包括轉子振動監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)、振動信號處理和分析技術、轉子故障診斷技術等。
回轉機械狀態(tài)監(jiān)測分為離線定期監(jiān)測和在線監(jiān)測兩種方式。離線定期監(jiān)測首先用磁帶記錄儀或數據采集器對轉子振動信號進行收集。然后送入頻譜分析儀如 CF940，SD375等進行分析。在線監(jiān)測是不斷地對機組各測點的振動信號進行記錄、監(jiān)測，一旦機組發(fā)生故障，可以得到機組當時的振動信號。國外非常注重大型回轉機械狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷設備的開發(fā)，無論是用于離線監(jiān)測和在線監(jiān)測都有比較成熟的產品供選用，如日本和丹麥生產的磁帶記錄儀，美國亞特蘭大公司的M777便攜式數據采集器，信號處理儀常見的是H P、B&K、小野公司的產品。在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由工業(yè)用微機系統(tǒng)和基于微機處理器的專用儀器組成，可同時對轉子幾十或幾百通道的振動信號進行實時監(jiān)測，如美·國本特利公司生產的TDM和DDM系列產品和亞特蘭大公司生產的M6000系列產品等。國內一些大型企業(yè)引進了一些大型回轉機械狀態(tài)監(jiān)測儀器，開闊了大家的眼界，促進了國內大型回轉機械狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術的開展。進口監(jiān)測儀器的突出缺點是價格昂貴，維護和改進更新都很困難，因此不可能在我國**普及，針對上述缺陷，國內一些科研機構和高等學校利用價格低而又靈活的個人計算機開發(fā)了一些轉子監(jiān)測和診斷系統(tǒng)。哈爾濱工業(yè)大學開發(fā)的“微機對機組振動監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)MMMD一1”，西安交通大學與鎮(zhèn)海石化總廠聯(lián)合開發(fā)的“大型旋轉機械計算狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)”等，這些系統(tǒng)具有很高的性能價格比，與我國企業(yè)的實際情況緊密結合，有利于在我國**，并已取得了良好的效果。以個人計算機為基礎開發(fā)大型回轉機械監(jiān)測系統(tǒng)，這幾年在國際上也受到了重視。
大型回轉機械振動信號分析的目的是提取出轉子運行信息，有效的信號處理和運行信息提取是完成轉子狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的關鍵。目前，振動信號處理方法很多，如倒頻譜分析、雙譜分析、主分量自回歸譜分析、Wigner分布、ANC技術。但是，對于大型回轉機械振動信號處理和故障診斷來說，目前，主要利用FFT譜分析對轉子振動信號進行處理，提取轉子運行狀態(tài)變化和轉子故障信息，實現大型回轉機械的故障診斷和運行狀態(tài)監(jiān)測，FFT譜是最有效和直觀的分析方法。與FFT譜相結合的時域分析方法有軸心軌跡、時域波形分析和用于大型回轉機械啟停信號分析的瀑布圖、Bode圖、Nyquist圖。為了更好地提取轉子運行信息，基于FFT譜分析，R.B．Randall，提出了譜的趨勢分析；Brian R.Humes將一倍頻和二倍頻的幅值和相位相結合繪制在極坐標圖上，建立了矢量監(jiān)測圖(Vector Moni-toring Pitlpoints)，監(jiān)測工作轉速下一倍頻響應向量和二倍頻相應向量的變化，來發(fā)現回轉機械狀態(tài)的變化；I.Iman提出了Histogram信號分析技術(Histo-gram Signature Analysis Techlnique)，將正常運行狀態(tài)下的轉子振動時域波形與故障狀態(tài)下轉子振動時域波形相減，然后求FFT譜，這樣FFT譜主要反映了故障引起的轉子振動信息。如何正確而全面地提取轉子振動信息是當前轉子振動信號處理和分析的關鍵問題。
轉子運行狀態(tài)監(jiān)測和振動信息提取是為轉子故障診斷作準備，轉子振動信息是轉子故障診斷的依據。然而，僅僅靠轉子振動信息是不可能完成轉子故障診斷的，必須將實測振動信息與轉子典型故障在振動信息中的反映相聯(lián)系。也就是說。首先必須通過理論分析和實驗研究掌握轉子典型故障的振動特征。在這方面，國內外學者己經進行了大量的研究，這些研究成果也已成功地應用于實際轉子故障診斷中。但主要是利用FFT譜分析和軸心軟跡來反映這些典型故障的振動特征，振動特征以譜峰的變化和存在來表示，與前述用FFT譜分析提取轉子實際振動信息有同樣的不足之處，因此，不可能全面地反映出轉子典型故障的振動特征。許多轉子故障在頻譜圖上具有相同的特征，不對中與轉子表面橫向裂紋都引起二倍頻振動分量的出現，矢量不平衡與質量不平衡都通過一倍頻反映出來：油膜渦動、喘振、旋轉脫離都引起轉子亞同步振動等等。因此，要有效地區(qū)別轉子故障必須研究新的轉子振動特征提取方法和表示方式，按照新的特征提取方法從理論上和應用上進一步深入研究轉子典型故障的振動特征。
大型回轉機械狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術是一門應用技術，提高大型回轉機械故障診斷的準確性，不僅僅是要提高監(jiān)測診斷的方法、速度、范圍，還要充分借鑒已出現的故障的識別、判斷和解決問題的經驗，也就是說一個很重要的工作是對現場大型回轉機械故障實例的收集和分析。大型回轉機械振動產生原因非常復雜，并不是所有故障都可以像不平衡或裂紋等建立力學模型進行分析研究，就是不對中這一轉子振動的主要影響因素和典型故障也難建立起一個令人滿意的力學模型，有些轉子振動現象機理也不很清楚，更不要說建立力學模型進行分析研究，要診斷這一類轉子故障只有靠對現場實例的收集、歸納、整理，得到有益的結論，作為以后發(fā)生類似故障和同類回轉機械類似故障的借鑒，從而提高故障診斷的效率和準確率。在大型回轉機械故障實例收集、整理方面人們已經進行了不少的努力，但仍然需要進一步深入和積累。要很好地完成大型回轉機械的故障診斷，就必須對轉子系統(tǒng)本身的固有振動特性有充分的研究，將實測振動信息與轉子的固有振動特性相結合。近幾年來，人們也認識到兩者聯(lián)系對大型回轉機械準確的故障診斷的重要性，并開始了這一方面的研究，M.S.Hundal認為是今后十年內機械故障診斷的主要研究方向。目前，就如何利用和表達轉子系統(tǒng)本身的固有特性來為轉子故障診斷服務還待于進一步探索。
機械狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術是一門涉及到機械學、摩擦學、熱工學、計算機科學、信息科學、測試技術、信號處理和模式識別技術的跨學科的綜合-性技術。作為一門應用科學，有許多前沿技術滲透進來：尤其是
專家系統(tǒng)近幾年來在這一領域發(fā)展迅速。已經有一些大型回轉機械診斷專家系統(tǒng)建立和應用是機械狀態(tài)監(jiān)測和診斷技術一個新的值得重視的研究領域。回轉機械無論是機組本身還是運行環(huán)境都非常復雜，同樣的振動對有些機組是故障而對另一些機組則運行正常，某化肥廠合成氣壓縮機主軸承處轉子振動的幅值譜和二氧化碳壓縮機高壓缸轉子主軸承處轉子振動的幅值譜都具有半頻振動分量，但對于二氧化碳壓縮機是故障并導致了機組停車，而對于合成氣壓縮機則運行正常，如前所述，轉子許多典型故降表現為同樣的振動特征，很難區(qū)別故障的性質。這就使不少單位在研制大型回轉機械故障診斷專家系統(tǒng)時�？嘤诮涷�、知識和數據的不足。因此，建立大型回轉機械監(jiān)測和診斷專家系統(tǒng)必須首先對所監(jiān)測的大型回轉機械振動信息全面而透徹了解，對典型故障特征深入研究和實際故障振動實例的充分積累基礎之上。否則，所建立的專家系統(tǒng)很難在實際中應用，產生許多疑義和爭論。
先進的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術可以實現故障的早期識別，避免惡性事故的發(fā)生，實現設備的預制維修，為企業(yè)創(chuàng)造可觀的經濟效益。近二十年來，國內外學者對大型回轉機械振動診斷技術進行了大量的研究，許多研究成果已經應用于生產實際，取得了可喜的效果。但當前大型回轉機械監(jiān)測與故障診斷技術的核心問題仍然是如何全面地掌握機組運行信息，尋找更加有效和直觀的轉子振動信息提取方法和表達方式。通過理論分析和不斷積累實際運行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷經驗相結合。全面而透徹地了解大型回轉機械的振動，達到區(qū)別各種轉子典型故障以及確定故障發(fā)生的位置、程度等，進一步提高大型回轉機械故障診斷的準確性。
關鍵字：器材保養(yǎng)
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