应用数据分析法进行简易的设备故障诊断

应用数据分析法进行简易的设备故障诊断

秦涛

摘要理论与实践证明，借助一定的测量技巧和规律，通过对便携式测振仪采集的数据进行分析，基本可以满足现场对设备故障点进行粗略佑计的要求。运用便携式测振仪进行故障分析，对于普及设备状态监测与故障诊断工作、量化设备管理及维修具有重要的意义。结合两个典型的现场案例，对应用数据分析法开展简易的设备故障诊断工作进行探讨。

关键词便携式测振仪数据分析故障诊断

为了对转动设备实施有效的管理，在开展设备状态监测与故障诊断的时候，仅笼统地从总体上判断设备正常与否是远远不够的，还需要进一步弄清设备故障的具体类型和部位。

精密诊断仪能够借助相对较多的手段（如时域分析、频域分析、轴心轨迹分析等），分析设备的故障点及故障原因，为检修提供必要的指导。但是，由于精密诊断仪价格昂贵，对操作人员的理论知识储备要求较高，因此很难在现场普及推广。主要应用于状态监测的便携式测振仪（如公司采用的HG2500系列）具有价格低、易操作、携带方便、便于普及装备和应用等优点。理论与实践证明，借助一定的测量技巧和规律，通过对便携式测振仪采集的数据进行分析，同样可以满足现场对设备故障原因进行粗略估计的要求。在此结合在现场工作中所处理的典型案例，对应用数据分析法进行简易的设备故障诊断做一引证论述。

一、案例一离心式式压缩机震动故障

1.设备基本情况

电机型号YKK4005-2，功率500kW，转速2976r/min，经增速比3.51的行星齿轮增速器驱动主机；主机型号4H-4，转速10459r/min，3725m3/h，进口压力0.088Mpa，出口压力0.47MPa。输送介质为氯气。

2005年8月6日，巡检发现离心式压缩机振动异常。

2.振动测量与分析

现场应用便携式测振仪对主机前后轴承部位进行振动测量。测量结果如表1所示。根据表1中数值分析如下：

表1 离心式压缩机振动值

(1)根据化工行业HGJ1018-79位移振幅标准及ISO2372标准中关于机械振动烈度的规定：离心式压缩机全位移振动值应不大于0.015mm；对于功率大于75kW、转速介于600～12000r/min之间刚性安装的大型机械，其振动烈度阑值为1.12cm/s。现该压缩机前后轴承

水平振动值均已超标，且远远大于历史振动值，故不能继续运行。

(2)从数值的方向分析，前后轴承均为水平方向振动大于垂直方向，具有明显的不平衡特征。

初步结论：该压缩机需做停机处理，故障原因有可能是转子不平衡。

8月7日，对该设备进行了解体检修，情况为：后轴承下瓦有轻微磨损，由于氯气含水量超标，导致主轴轴套严重腐蚀，整个转子已失去原有的平衡。

3．总结

(1)此案例是一个典型的不平衡故障。由于不平衡在频段划分上属于中低频类，而位移、速度指标能够较好地反映中低频故障，故测量数据中位移、速度指标变化比较显著。

(2)转动设备运行中，由于其水平方向的动刚度较垂直方向小，故一旦出现不平衡因素，其水平方向振动较垂直方向表现强烈。在此案例中，前后轴承的水平方向振值均大于垂直方向本符合不平衡的方向特征。

二、案例二鼓风机电机异常声响故障

1．设备基本情况

电机型号YK3556-2，功率400kW，转速2980r/min，经鼓风机机体内置的传动比3.79的增速器驱动鼓风机；鼓风机型号45L-3，输出转速11306r/min，流量334m3/h，进口压力0.016Mpa。

电极驱动轴承型号为NU217及6217，非驱动端轴承型号为NU215。

2006年8月2日，鼓风机电机非驱动端有不均匀、不连续异常声响。

2.振动测量与分析

对异常电机进行了振动测量，测量值如表2所示。

为确保数据的准确性，对电机非驱动端垂直方向的加速度作了再次测量，测量结果见表中斜线后数值。

表2 鼓风机电机振动测量值

根据表2中数值分析如下：

(1)电机整体振动的位移、速度参数未超过振动标准，故该电机可继续运行。

(2)电机各测点的低频加速度值基本稳定于5.0m/s2，高频加速度值除非驱动端垂直测点外，基本稳定在15m/s2，但非驱动端垂直测点该值最高达47.9m/s2，Hi/Lo最大为11.14，大雨正常比值（正常比值一般小于5），且远远大于其他测点的比值，该数值表明：电机的异常由高频原因引起，异常源很有可能存在于轴承。

(3)从振动值的方向分析，非驱动端在垂直方向上振动异常，基本符合轴承故障的方向特征。

初步结论：该电机可继续监视运行；异常声响可能由电机轴承的高频振动引起。

根据以往经验，现场操作人员对该电机进行加油处理。运行稳定后对电机非驱动端相同测点复测，测量结果见表2，可见非驱动端垂直方向高频振值下降，Hi/Lo值基本正常，电机整体运行平稳，异常声响消失。

3.总结

(1)电机在润滑状况不佳的情况下运行，属于滚动轴承的高频干摩擦冲击（该电机已运行1年，轴承滚道上应该会有不同程度的损伤），而加速度能够较好地反映高频特性。位移、速度的是疲劳中低频特性，这也是为何电机的位移、速度值比较正常，但加速度异常的原因。

(2)轴承的承载区一般位于水平中心线以下、垂直中心线在右对称α角度（滚动轴承为45°,滑动轴承为30°），当轴承承载性能下降时，便会在承载区内出现显著异常，即表现为垂直方向振动较大。

(3)油滚动轴承支撑酌设备在考虑位移、速度振动值时，还要综合测量加速度值，以衡量轴承的工作状态，防止由于滚动轴承的早期异常而引发设备故障。

三、诊断操作要点

结合以上两个典型案例的分析过程，在运用数据分析法进行简易故障诊断时应注意以下几个方面：

(1)综合运用绝对标准、相对标准、类比标准，对设备的当前状态做整体评判。无论采用哪种方法进行故障诊断，该工作一定不能省略。

(2)根据测量参数的物理意义及适用的频率段，合理选择参数进行数据采集。一般来讲，位移、速度参数反映了设备的疲劳及能量破坏，加速度则体现了设备的冲击特性。参数选取的一般原则见表3。在案例二中，如果漏掉了加速度分析，就很难捕根到滚动铀承的工作特性。

表3 参数选区的一般原则

(3)牢牢把握典型故障的振动方向特性，根据测量数据所反映的方向性信息进行故障类型估计。这是振动数据分析法进行故障诊断的核心。一般来讲，不平衡的特征方向为水平，轴承的特征方向为垂直，不对中则表现为轴向振动较大。文中所列的案例基本都符合该规律。

(4)深入掌握机械设备的相关物理特性，如滑动轴承的承载机理、高服频振动传递的特点等，这是深入剖析设备故障原因、加深理解状态监测与故障诊断工作的理论基础。

(5)打破传统观念，深入分析便携式测振仪采集的各种振动参数，以获取尽可能多的设备状态信息，而不要单纯地认为，振动测量的目的就是测量几个参数，对设备只做出异常与否的简单判断。

(6)运用振动数据分析法进行简易故障诊断有其局限性，仅适用于粗略估计不平衡、不对中、地脚松动、轴承故障、由滚动轴承支撑的一级齿轮传动系统、电机电气故障的排除等，并且要有丰富的现场经验。

总之，运用振动数据分析法进行简易的故障诊断，关键在于根据状态参数的大小及其特征，辅以各种简单有效的判别方法，衡量设备的整体工作状态，推断故障的部位及原因。