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旋转机械设备简易诊断方法

一、旋转机械运转产生的振动

  机械振动中包含着从低频到高频各种频率成分的振动,旋转机械运转时产生的振动也是同样的。轴系异常(包括转子部件)所产生的振动频率特征如下:

发生频率
主要异常现象
振动特征
低频
 
 
 
不平衡
转子轴心线周围质量分布不均匀。
振动频率与旋转频率一致。
不对中
联轴器连接的两轴中心线偏移。
振动频率与旋转频率一致或与旋转频率成倍
松动
基础螺丝松动或轴承磨损引起的振动。
振动频率含有旋转频率的高次成分。
油膜振荡
常发生在定制给油的滑动轴承上。
是因轴承的力学特征引起的振动。
振动频率是轴的固有频率。
中频
 
压力脉动
在泵、风机等产生压力的结构中,每次涡轮通过涡壳部位,流体、压力变动。当压力机构有异常时就产生压力脉动。
叶轮叶片
通过振动
轴流式或离心式压缩机中,透平运行时,由于动静叶片间干涉;叶轮和导叶间干涉,喷头和叶轮间干涉引起的振动。
高频
 
气浊
流体机械中,由于局部压力降低,产生气泡,气泡压力增高,破灭时即产生高频振动并有音响。
流体音振动
流体机械中,因压力机构异常或密封机构异常等产生的一种涡流,一般是随机高频振动和音响。
 

 二、对象设备的选择

  从效率和效果方面来看,将工厂内所有设备都作为简易诊断对象是不可取的。从技术方面看,有可以诊断的设备也有不可诊断的设备。因此选择对象设备时必须充分探讨,选择标准如下:
 1. 与生产直接有关的设备
 2. 虽然是附属设备,但故障引起的破坏性大的设备
 3. 由于故障,有再次损坏可能性的设备
 4. 维修成本高的设备

三、 检测周期
  为使机械设备的异常在初期阶段就能被发现,必须对设备进行定期检测,检测周期的长短要视异常程度大小而定。异常严重的必须缩短检测周期。这一点非常重要,但是,不看必要性,过分缩短检测周期是不经济的。
  决定检测周期时必须注意:
  ·设备过去的异常履历和发生异常的周期
  ·设备的劣化速度
  对过去有异常履历的设备,检测周期应为发生周期的1/10以下。而象磨损故障这一类劣化是慢慢进行的设备,检测周期即使长一点也是足够的。但是对于高速旋转体,故障一旦产生立即会导致故障的设备,希望每天检测或在线监测。
  以下是各类设备的标准检测周期(是一个基本周期),如检测数据变化加剧或达到判定基准的注意区域时,必须缩短检测周期。
 

高速旋转机械
透平压缩机(气轮压缩机)
煤气透平机(燃气轮机)
蒸汽透平机
每日
一般旋转机械
泵、风扇、鼓风机
蒸汽透平机
每周

  一般情况下,轴承劣化初期,劣化是慢慢进展的,这时如不作适当处置,劣化就会激烈进展,因此,对轴承来说,检测周期应比其它设备或部件短,尽可能每天检测较放心。另外,检测周期不应固定不变。如果,检测值同判定基准对照处在很正常状态时,则周期可固定不变,但当进入注意区域时,检测周期应缩短,这一点很重要。

四、 检测诊断点:

  检测点最好是在轴承壳体部位,应选择探头与机械接触良好。刚性高的部位作为测点,测低频振动时,三个方向都测(轴向、水平、垂直),一般轴向和水平向都在轴心同高度测。要求在三个方向测是因为各种故障引起的振动发生在不同的方向上。例如,不平衡一般是水平方向振动出现异常,不对中是轴向,松动是上下方向。但测高频振动时,只要选择最容易测的一个方向即可(一般是垂直方向),这是因为滚动轴承上产生的振动是全方位各方向传递的。
  测量点选择大多数情况从效率方面考虑,并结合设备结构的特点,目的要最容易测到所产生的劣化现象。测点选好,检测的方向也限定了。确定测点后,每次在同一点检测这一点非常重要,因对高频振动而言,检测点位置差数mm。振动显示值可相差6倍,另外,检测面状态影响很大,必须除去检测点的油漆和油污,选尽可能平滑的面作为测点(冲孔作标记号不好,接触不好)。
 

五、 简易诊断原理

  如果滚动轴承内圈、外圈或滚动体有损伤,那么,在滚动中,各部件相互接触时会发生机械冲击,从而产生冲击脉冲,随着损伤程度的不同,冲击脉冲值也不同。
以振动方式取得的冲击脉冲如图(1)所示的那种高频衰减振动波形,因此,轴承损伤可根据这种振动加速度来诊断(振幅越大,说明损伤越严重)。

 1. 用图2(a)所示的冲击波形峰值(p)或用图2(b)所示的冲击波形绝对值处理后的平均值(A)都能诊断异常,基本上是一致的。一般情况下,考虑到显示值的稳定性,用平均值进行诊断。但转速低时(300rpm以下)平均值变动小、正常、异常难以判断。因此,用峰值进行诊断较好。

 2. 另外。看峰值、平均值的大小关系(即P/A比值大小关系),也可以大致判断轴承异常。如图3(a)所示,P/A值大时,轴承有损伤。图3(b)所示,P/A值小时,往往是润滑不良或者有磨损异常。

六、 判定标准

  判断旋转机械设备是否正常的标准一般有以下三种,对具体设备选用哪种判定标准,必须充分探讨。
 1. 绝对判定基准
  同一部位的检测值与绝对判定基准比较,判定设备是良好/注意/不良状态。
绝对标准是经过大量振动试验,现场振动测试以及一定的理论研究而总结出来的标准。
 2. 相对判定基准
  同一部位定期检测,将正常时的振动值作为初始值,看定期检测值是初始值的几倍,以此来判断设备状态。
  一般振动值为原始基准2倍时,需加强监测,低频振动增大到原始基准4倍时需检修,高频增动增大到原始基值6倍时需检修。
 3. 相互判定基准
  同种设备有多台时,可在同一条件(运转,基础)下检测,进行相互比较判断。

五、日本新日铁公司,从长期维修的数据中得到经验:

 1. 绝对判定基准
  当被诊断的设备设有本身的绝对判断基准时,先用如下的判断基准诊断

设 备
良 好
注 意
危 险
10-300KW (中型机)
300 rpm 以上
M<1
1≤M<7
M≥7
300KW 以上(大型机)
300 rpm 以上
M<2
2≤M<11
M≥11
M--检测值的平均值(单位mm/s)(三次测量值平均)

  注:1)如以上设备范围内此基准不适用时,可用相对判定基准或相互判定基准
    2)在轴承部位(V、H、A三向)各测三次振动值。
    3)将每点所测的三次数据平均,求得M值,再判断设备状态。
  根据高频振动诊断滚动轴承损伤的绝对判定基准。目前有几个正在使用,这些绝对值判定基准都是根据以下事项制成的。
   ·异常时振动现象的理论考察(特征频率、公式等)
   ·根据测试,搞清振动现象(波形图、频率图等)
   ·检测数据的统计评价(多次检测取平均值)
   ·国内外参考文献,振动标准的调查(参考图谱,参照标准等)
 2. 相对判定基准
  当绝对判定基准不适用时,可用下述方法求得判定基准值来判断设备有无异常。
  1)相对判定基准值确定程序如下:
   ·先确认对象设备是在正常状态
   ·然后确定检测点
   ·在同一测点上测25次

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