状态检测系统在设备管理方面的应用

万方数据
第１０期姚天：状态检测系统在设备管理方面的应用１３１
２４小时不间断采集和有目的性的人工采集的有益补充，成功的解决了以往的状态检测工作通过人工操作便携式状态监测仪采集数据，容易发生测量间隙过长、漏测以及不同人员的自身特性造成的误差，导致数据的不完整和准确问题，同时该套系统具有工作稳定，记录准确、详细等一系列优点。

上海市自来水闵行有限公司第二水厂在状态监测设备硬件到位的条件下，为提高数据的利用率和准确性，还采取了一系列措施。

首先，制定严格的数据采集制度，在线式状态监测系统在机组运行的条件下，每小时采集一组数据；便携式状态监测仪确保对每台机组每月至少采集一次数据；设备计划检修前后２４小时各采集一次数据等等。

其次，在ＩＳ０１０８１６标准前提下，我们根据设备自身特性，依据积累的数据对每台设备进行振动标准个性化设定。

例如上海市自来水闵行有限公司第二水厂主要离心泵设备根据ＩＳ０１０８１６分类均为３类设备，其Ｌｖｌ报警数据为４．５ｍｍ／ｓ，Ｌｖ２报警数据为１１．２ｍｍ／ｓ，通过数据积累，针对设备特性，我们将型号为３２ＳＡ一１９Ｃ的离心泵Ｌｖｌ报警数据设定为２．０ｍｍｌｓ，Ｌｖ２报警数据设定为５．０ｔｏｔａｌｓ；将型号为ＲＤＬ５００－－７２０Ａ２的离心泵Ｌｖｌ报警数据设定为３．０ｍｍ／ｓ，Ｌｖ２报警数据设定为７．５ｍｍｌｓ，如此通过企业内部管理将振动状态控制得更加严格，使数据得到了更有效、更精确的利用。

此外，我们非常注重数据的安全性，为确保数据的万无一失，我们每月对数据进行一次备份，同时升级数据服务器，建它ＲＡＩＤｌ０磁盘阵列，从硬件上防备磁盘意外损坏导致的数据灾难性丢失。

在设备状态监测系统良好运行下，近年来上海市自来水闵行有限公司第二水厂大型离心泵设备得到了可靠的运行状态监控，设备的保养和检修也得到了合理有效的指导。

图２系统示意图
四、自来水行业泵组常见典型故障及风险分析
１．轴承故障：
（１）滑动轴承
滑动轴承是水利泵组旋转机械中最常用部件之一，也是容易产生故障的部件。

一般转机都是在匀速状态下运行的，用故障特征频率来识别滑动轴承的故障是目前简单有效的方法。

特别是泵组轴承，可以根据其结构计算出轴承故障特征频率，以在日后的运行监测中，掌握轴承特征频率对应的振动量的变化，而达到监测轴承的故障发展情况；对于电机轴承，则根据推力瓦块数量计笄推力瓦故障特征频率，而电机导轴承则符合一般滑动轴承特征。

原因：制造缺陷、安装不当、磨损等。

风险：最常见故障。

隐患：加大机组振动，轴承寿命降低造成其它相关正常部件寿命终止；甚至引起相关转轴磨损报废。

（２）滚动轴承：
滚动轴承是泵组设备中最常用部件之一，也是容易产生故障的部件。

滚动轴承的故障常见为轴承内圈、外圈、滚柱／珠以及保持架等部位的故障。

通过识别不同部位的故障特征频率可以有效识别滚动轴承的各种故障。

原因：制造缺陷、安装不当、磨损等。

风险：最常见故障。

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隐患：加大机组振动，轴承寿命降低造成其它相关正常部件寿命终止（如正常运行机械密封由于轴承更换而被迫报废）；属于高频振动，损伤常具有隐蔽性、突发性，甚至造成抱轴卡死故障。

案例分析：２００９年７月１３日在例行数据分析时发现２３号出水泵近端轴承振动速度数据由原先的ｉ．３２４ｍｍ／ｓ上升到３．４７５ｍｍ／ｓ，虽然距离ＩＳ０１０８１６报警标准还有一定的距离，但是这台泵振动数据常年基本稳定在２．０ｍｍｌｓ以下，所以数据的变化引起我们的注意。

经过进一步分析频谱时发现该点数据在高倍频处出现异常峰值（图３），正是这异常峰值导致振动有效值产生突变。

我们判断机组存在轴承早期故障，根据经验，由于此类故障对于设备影响不大。

据此，我们果断做出决定，暂时不对设备进行抢修，而是加强对该设备日常巡检力度，提高对该设备状态监测密度，确保设备在完全受控的条件下继续带病使用。

事实证明，该机组挺过了供水高峰的严峻压力，直到在１１月的根据计划设备大修时，我们才对该水泵机组进行解体维修。

维修时我们发现该点的轴承和预期一样，保持架完全损坏，滚珠磨损严重。

更换轴承后，我们对该点进行ｒ振动状态检测，数据直线下降到了１．８３３ｍｍ／ｓ的正常范围内（图４）。

这一案例说明了通过有效地诊断可以避免了检修的盲目性，节约人力和物力成本。

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图３
２．联轴器不对中：
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图４
对于泵组设备：两个相连接的机器轴线不平行或不重合，万方数据
１３２中国水运第１０卷
一个或多个轴承安装倾斜或偏心，即为不对中。

原因：造成不对中的原因可以是装配不当、调整不够、基础损坏、热胀或联轴节锁死等。

风险：常见故障。

隐患：加大机组振动，造成轴承和机械密封损伤，甚至造成联轴器螺栓断裂，引发灾难性人身伤亡事故。

案例分析：２０１０年２月１６日监测与振动分析系统显示１３４＃出水泵组水泵驱动端水平振动出现大幅增长，涨幅达１０４％，达２．２８２ｍｍ／ｓ（注：该测点之前振动速度有效值在１．１５ｍｍ／ｓ左右）。

考虑到该机组为新机组，联轴器为弹性连接，有可能存在磨合期运行导致对中偏移的情况。

通过对电机及水泵的振动数据进行频谱分析（图５），谱图中峰值为轴频的二倍频，幅值为轴频的１．６６倍；解调谱中未发现轴承故障特征频率。

据此，我们诊断该机振动增大的原因为联轴器不对中引起。

设备停车后我们检查发现机组对中偏差达到了０．２６ｒａｍ，大幅超过了标准，重新平车对中后，对中偏差控制到了０．０４ｒａｍ以内。

设备重新投入运行后，再次检测振动数据，发现振动数据恢复正常，速度频谱图见图６。

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图６
３．转子不平衡：
不平衡是转子质量分布不均匀造成的。

不平衡的那部分质量在转动中会产生离心力，离心力随着不平衡质量的旋转而引起振动。

振动再传到轴承上，使轴承上的各点每旋转一周承受一次作用力。

原因：①制造时几何尺寸不同心或质量分布不均匀。

②安装中斜键或轴颈不同心。

③轴水平安放过久或受热不均匀，造成临时或永久变形。

④离心机类机械工作时，物料填充不均匀。

⑤工作介质中的杂质在转子表面沉积。

⑥零部件配合过松。

⑦动平衡方法不当（高转速、低转速）。

⑧原有平衡配重脱落。

风险：常见故障。

隐患：加大机组振动，导致其它部件连锁损伤。

特别是需要通过仪器测量，与基础松动、转轴弯曲、角度不对中加以区分。

４，基础松动：
设备固定地脚螺检断裂或松动，甚至支撑结构裂纹造成基础支撑刚性下降。

原因：螺栓断裂或松动、基础找平斜铁脱落、钢制制成框架焊口开裂、找正垫片脱落等。

风险：常见故障。

隐患：导致机组振动急剧加大，改变系统固有频率可能引发系统共振，造成机组结构性损伤。

案例分析：２００９年５月１１日当班工人巡检时发现４５号机组运行时声音异常，电动机存在较大振动。

接到报修后技术员和检修组赶赴现场，发现该机组存在肉眼可见的振动，说明振动已经相当大。

当时根据经验判断是机组存在动平衡或者对中问题。

停车后检查设备对中良好，此时我们通过软件对设备的振动监测数据进行分析，发现机组垂直方向数据变动幅度超过了３００％，发现这一异常后，我们立即仔细安排检查该机组的８个地脚螺栓，结果发现电机远端的一个地脚螺栓已经断裂。

我们迅速更换了地脚螺栓并对其余地脚螺栓进行了加固处理，设备重新投入生产后，异常振动消失，振动状态监测数据正常。

这个案例充分说明通过科学的振动状态分析可以在找到切实故障原因后，组织有针对性的设备检修，使设备在极短的时间内得到修复。

图７
五、前景和展望
大量的理论依据和实践案例充分地说明振动状态监测对于设备管理的重要性。

有效地开展设备状态监测，不仅能掌控设备的健康状态，制定合理有效的设备保养维修计划，更能积极地指导检修，间接地节约人力物力，对检修质量做出科学的评判。

相信随着振动状态监测的深入推广和应用，水厂的设备管理水平将能明显的迈上新的台阶。

参考文献
【Ｉ】陈长征，胡立新，等．设备振动分析与故障诊断技术【Ｍ１．科学出版社，ＩＳＢＮ９７８７０３０１８８０６９．
【２】杨国安，等．机械设备故障诊断实用技术【Ｍ】．中国石化出版社。

ＩＳＢＮ９７８７８０２２９３７００．
【３】３杨建刚，等．旋转机械振动分析与工程应用【Ｍ】．中国电力
出版社。

ＩＳＢＮ９７８７５０８３５２３６７．
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