旋转机械设备状态监测技术应用

《科技传播》2012•1（下）117应用技术AppliedTechnology旋转机械设备状态监测技术应用甘华，王超宾长庆油田分公司超低渗透油藏第一项目部，甘肃长庆745400摘要工业领域中旋转机械的应用十分广泛，离心泵、发动机、电动机、汽轮机、压缩机等均属于大型旋转机械，而且在石化、冶金、核能以及煤炭、电力等行业中，旋转机械还是关键设备。随着机械工业的不断发展，机械设备越来越体现出轻型化、大型化、自动化、重载化的特点，而设备监测技术在降低机械设备故障率方面有着不容忽视的作用。本文就针对旋转机械设备的状态监测技术展开讨论。关键词旋转机械设备；状态监测；应用中图分类号TH13文献标识码A文章编号1674-6708（2012）59-0117-021机械设备状态监测技术概述通常设备状态监测系统可以分为两部分，即硬件与软件。通常状态监测系统的软件部分包括旋转设备故障专家诊断软件、电机专家诊断软件、现场动平衡软件等，功能十分强大，可以进行状态采集与监测；而硬件部分则包括光电转速传感器、振动高频加速度传感器、主次回路电流传感器、振动通道、转速通道采集器、高性能的计算机以及专用的电缆等。所谓的设备状态监测技术，其主要内容包括三个方面，即设备的状态监测、故障的预测以及分析与诊断，具体的实施过程有四个步骤，即采集信号、处理信号、识别状态以及决策诊断。而设备的振动信号十分复杂，按照数据处理类型不同，可以分为确定性信号与非确定性信号两种，其中确定性信号直接用函数关系表述即可，通过频谱分析、理论计算确定出信号的特征频率，就可以确定出故障的位置与类型。振动分析仪的工作原理是通过电压加速传感器，把振动信号转换为电信号，处理、分析振动信号的过程就能够获取设备振动量的准确值，从而对设备的运行状态做出准确判断。2状态监测技术在旋转机械设备中应用下文列出旋转机械设备常见的振动故障类型，并通过实际案例讨论状态监测技术在旋转机械设备中的应用。2.1转子不平衡对于旋转机械而言，很多异常现象都是由于不平衡导致振动而引起故障，如果转子不平衡的问题得不到及时处理，会导致转子出现更大的故障，比如转子抱轴或者碰磨等。导致不平衡的原因多种多样，比如材料质地不均匀、制造或者安装过程误差值不合理、孔位置有缺陷、孔内径存在偏心或者偏磨损的问题、转子零部件脱落或者腐蚀等等。这些原因导致转子的惯性主轴与旋转轴线偏离而不平衡。在机械运行过程中，每转动一周，转子就会受到一次由于不平衡质量所产生的离心惯性力的冲击，经过长期离心惯性力的作用，转子就会出现强迫振动等异常现象，其振动频率等同于转子的旋转频率。由于转子不平衡而造成的振动其主要特征表现为：振动方向主要是径向，振动频率主要与转轴的旋转频率相同；水平方向与垂直方向的相位差几乎为90°。实际案例：某日监测某型号重整泵，发现其机泵振动为D级，即联轴器端水平方向振动为每秒17.225mm，垂直方向振动为每秒18.839，机泵的正常运行受到严重影响。其振动呈现如下特点：首先联轴器端轴承振动频率主要为转轴频率，即1×fr和2×fr，其中幅值较大的1×fr水平方向振动幅值为每秒15.682，垂直方向振动幅值为每秒18.624；其次水平与垂直方向的相位差87°与，十分接近90°。由上述特征可以判断是转子不平衡导致的。检查了机泵叶轮的动平衡后即刻对该泵进行回装，再投入运行时状态正常，振动级别也由D级变为A级，振动明显有所降低。2.2流体涡流激振有些离心泵为蜗形泵壳，蜗形外壳有一部分是卷曲的，当转子叶片通过该区域或者导叶前端附近时，水压力会有所变动，因为叶轮出口压力分布不均匀，相应的叶轮受到液体的反作用力也是不均匀的。所以叶轮与轴会由于叶轮转动时圆周处受到不均匀的作用力而产生噪音与振动。流体涡流激振的振动频率是叶轮叶片的数量与转速的乘积，或者倍速。实际案例：某型号柴油加氢自投入使用其振动偏大的问题一直未得到彻底解决。某日对该泵进行监测，发现其机泵振动为D级，其联轴器端水平振动为每秒6.729mm，垂直方向振动值为每秒6.379mm。振动呈现如下特点：水平方向振动频率主要是轴频1×fr频、三倍频3×fr为主，其它频率的振幅变化不明显；垂直方向的振动频率主要是1×fr、三倍频3×fr，其它频率的振幅变化不明显。经过仔细检查发现该泵原有叶轮，其叶轮流道数为3，由此可见叶片过流频率即为三倍频3×fr，等于振动主频，可以判定其振动由于液流扰动引起。对该泵进行解体检查，发现机泵找正在正常范围，叶轮流道数为3；泵叶轮口环间隙为0.4mm；泵轴跳动最大值0.02mm；检测轴承状态良好，与离心泵检修标准相符。该泵实际的运行工艺参数为：水为介质，流量常温下为每小时250-300方，入口压力为0.1MPa~0.2MPa；出口压力为1.5MPa，转速为每分种2950r，功率11kW。