陳平 和映山 周樂海

云南水富云天化有限公司裝備運(yùn)維中心，中國·云南 水富 657800

在化工行業(yè)中需要利用各種旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備，因?yàn)榄h(huán)境因素和操作因素的影響，這些設(shè)備在使用過程中將會(huì)產(chǎn)生故障問題，從而影響到生產(chǎn)效率，因此需要合理選擇旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷技術(shù)，及時(shí)診斷機(jī)械設(shè)備，預(yù)警故障發(fā)生率，維持化工生產(chǎn)的正常性。論文主要分析了旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷技術(shù)在化工設(shè)備中的運(yùn)用，對(duì)于實(shí)際工作發(fā)揮借鑒作用，優(yōu)化旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備的使用性能，顯著降低設(shè)備故障率，延長設(shè)備使用壽命。

旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障；診斷技術(shù)；煉鋼設(shè)備；運(yùn)用措施

1 引言

化工企業(yè)生產(chǎn)裝置由于其特殊性，都需要不間斷長周期地連續(xù)運(yùn)行，旋轉(zhuǎn)機(jī)械安全穩(wěn)定運(yùn)行尤為重要，因各種內(nèi)外部因素的出現(xiàn)可能會(huì)導(dǎo)致各種旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備故障。由于旋轉(zhuǎn)機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，種類繁多，往往發(fā)生故障時(shí)很難查找出機(jī)械故障原因，更難以做出有效的維修方案。通過各種診斷方法，采集旋轉(zhuǎn)機(jī)械相關(guān)參數(shù)，識(shí)別旋轉(zhuǎn)機(jī)械的實(shí)時(shí)狀況，利用各種故障診斷知識(shí)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)處理經(jīng)驗(yàn)，通過各種有效的分析方法來查找旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障原因。論文著重介紹觸摸感應(yīng)診斷法，此方法可廣泛用于化工旋轉(zhuǎn)機(jī)械領(lǐng)域，有很強(qiáng)的實(shí)用性[1]。

2 方法概述

常規(guī)的機(jī)械故障診斷采用事后維修制度（POM）和預(yù)防維修制度（PM），事后維修制度主要特點(diǎn)是故障維修，等待旋轉(zhuǎn)設(shè)備發(fā)生故障后進(jìn)行維修。預(yù)防維修制度是以時(shí)間為節(jié)點(diǎn)的設(shè)備維修制度，這是一種非動(dòng)態(tài)的維修制度，主要特點(diǎn)是當(dāng)設(shè)備運(yùn)行達(dá)到計(jì)劃規(guī)定的周期就進(jìn)行強(qiáng)制維修。以上兩種維修制度存在明顯的不足，既存在過剩維修的問題，也存在失修的隱患。以勞模創(chuàng)新工作室為平臺(tái)，立足生產(chǎn)實(shí)際開拓進(jìn)取，將“學(xué)習(xí)型機(jī)修技術(shù)鉗工”落到實(shí)處，開發(fā)出“機(jī)械故障觸摸感應(yīng)診斷法”，包括聽聲辨損—直覺診斷法、振動(dòng)觸摸監(jiān)測(cè)分析法和接煙診斷分析法等[2]。

3 聽聲辨損—直覺診斷法簡述

由于環(huán)境噪聲和其他噪聲的影響，機(jī)械故障聲信號(hào)的提取十分困難。論文中，我們將建立機(jī)械故障聽診器監(jiān)測(cè)來解決這個(gè)問題。旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，產(chǎn)生的沖擊脈沖激振力，通過耳膜測(cè)定振動(dòng)故障的頻率，利用關(guān)聯(lián)圖分析出振動(dòng)成分，與電子檢查儀數(shù)據(jù)比較判斷，診斷旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備單個(gè)元件的失效形式。

建立機(jī)械故障聽診器監(jiān)測(cè)模型來解決這個(gè)問題。機(jī)械故障聽診器緊貼振動(dòng)聲源，聲波通過1m 空心管，音頻振動(dòng)放大后，傳送到圓柱體緩沖耳塞，這樣有效屏蔽周圍環(huán)境噪音，免受其它設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)聲音干擾。運(yùn)行工況良好的旋轉(zhuǎn)機(jī)械在運(yùn)行時(shí)發(fā)出有力且均勻、平穩(wěn)的轟鳴聲，若伴有其他特殊響聲（如間歇或連續(xù)地金屬敲擊聲音、無規(guī)律的金屬碰擦聲等），則表明旋轉(zhuǎn)機(jī)械可能存在其他異常響聲，旋轉(zhuǎn)機(jī)械可能已存在運(yùn)行隱患（見圖1）。

圖1 診斷網(wǎng)絡(luò)圖

首先對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備聲音進(jìn)行有效判斷，如齒輪、齒輪膠合、齒輪斷裂、齒輪磨損、齒輪點(diǎn)蝕等聲音信號(hào)的信息特征提取，如十字頭磨損會(huì)產(chǎn)生極高的作用力，這些作用力撞擊曲軸軸瓦壁及活塞連桿組，發(fā)出強(qiáng)烈的類似金屬敲擊的聲音。再如，滾動(dòng)軸承彈道出現(xiàn)毛刺就會(huì)出現(xiàn)間歇3 次“嗑嗑”聲。當(dāng)局部配合體磨損或配合面損傷，因機(jī)械磨損使其配合間隙增大或其配合面有損傷時(shí)，如齒輪、齒輪膠合、齒輪斷裂、齒輪磨損、齒輪點(diǎn)蝕等配合間隙過大，在機(jī)械運(yùn)動(dòng)中，因沖擊和振動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生脈沖激振力所發(fā)出的是“突突”聲。個(gè)別機(jī)件初期損壞，氣門彈簧疲勞、閥片斷裂、機(jī)組對(duì)不良等引起的間歇1 次/30″“咔咯”。把這些故障進(jìn)行判別輸出分類標(biāo)注，最后，通過與時(shí)頻域特征分析圖譜進(jìn)行要因分析（見圖2）。驗(yàn)證結(jié)果表明，通過聽診棍監(jiān)測(cè)模型診斷方法在旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行條件下對(duì)各種故障聲音信號(hào)特征的識(shí)別率為100%，表明該方法可以準(zhǔn)確地區(qū)分各種旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障狀態(tài)和非故障狀態(tài)（見圖3）。在金屬斷裂，磨損和點(diǎn)蝕三種情況下的識(shí)別率分別為100%、99.6%和99.2%，表明該方法能夠準(zhǔn)確地識(shí)別出壓縮機(jī)、機(jī)泵、風(fēng)機(jī)、汽輪機(jī)和多級(jí)聯(lián)動(dòng)條件下的各種齒輪組件故障狀態(tài)。

圖2 時(shí)頻域特征分析圖譜

圖3 現(xiàn)場(chǎng)聽診器的使用

4 振動(dòng)觸摸感應(yīng)監(jiān)測(cè)分析法

手觸摸感應(yīng)機(jī)件（如氣門、氣缸蓋、活塞等）溫度變化，與平常收集資料進(jìn)行對(duì)比，判斷是否因吸收大量的熱量受熱膨脹，造成零件之間的配合間隙破壞，導(dǎo)致出現(xiàn)卡死、熔結(jié)磨損失效。通過手摸即可感知振動(dòng)的強(qiáng)弱、溫度的高低，通常情況，對(duì)于剛性底座，離振源越近振動(dòng)越大，尤其在松動(dòng)面接合處振動(dòng)相差較大，用手去摸，就可找到振源所在，再用相關(guān)知識(shí)理論進(jìn)行分析；手摸也可感知水平和垂直方向振動(dòng)的大小，分辨是否存在基礎(chǔ)松動(dòng)、軸承座松動(dòng)、軸承間隙過大等問題；對(duì)于屬于機(jī)械設(shè)備故障還是電機(jī)故障，我們可用斷電后設(shè)備振動(dòng)的減小程度進(jìn)行判斷，若斷電瞬間振動(dòng)明顯降低，判斷為電機(jī)問題，若斷電瞬間振動(dòng)變化不大，那診斷為旋轉(zhuǎn)機(jī)械問題。對(duì)于大型機(jī)組間歇振動(dòng)異常趨勢(shì)來判斷轉(zhuǎn)子不平衡、不對(duì)中和彎曲，如儀表振動(dòng)顯著很小，但現(xiàn)場(chǎng)機(jī)殼振動(dòng)很大時(shí)，這類型情況需要到現(xiàn)場(chǎng)去摸才能發(fā)現(xiàn)。例如：某化工廠合成1107-J 雙吸泵，工人在巡檢用測(cè)振儀測(cè)量，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)僅為2.0mm/s（幾乎沒有振動(dòng)），沒有任何故障跡象，但現(xiàn)場(chǎng)手感確實(shí)振動(dòng)大，存在振動(dòng)問題，在軸承支架和泵體可感受到明顯的振動(dòng)區(qū)域。通過判斷支撐架連接不實(shí)，連續(xù)運(yùn)行正常的機(jī)泵由于軸承磨損加劇了振動(dòng)，導(dǎo)致松動(dòng)，需更換軸承，通過處理后運(yùn)行良好。由于每個(gè)故障都有自己所敏感的參數(shù)，也有不敏感的參數(shù)，過于依賴在線儀表的數(shù)據(jù)也是不科學(xué)的。再一個(gè)由于設(shè)備安裝空間狹窄，位移探頭安裝受限制，以致給測(cè)振帶來困難，更多需要觸摸感應(yīng)的方式解決問題[3]。

5 接煙診斷分析法

液壓油和潤滑油廣泛用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備中，尤其是潤滑油，它們都攜帶有大量關(guān)于旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的信息，潤滑油所涉及的各摩擦副的磨損顆粒都會(huì)落入其中，并隨之一起流動(dòng)齒輪箱，工作不正常時(shí)會(huì)冒油煙氣，采用手掌接煙進(jìn)行檢驗(yàn)。在離開排氣管30mm 處，手心朝向煙流稍停片刻后觀察掌心，如出現(xiàn)板狀碎片說明齒輪疲勞失效，出現(xiàn)嚙合過緊或潤滑不良。診斷時(shí)，根據(jù)手掌接到的油煙磨屑的濃度和顆粒大小判斷旋轉(zhuǎn)機(jī)器磨損的嚴(yán)重程度，磨屑的大小和形貌反映了磨屑產(chǎn)生的原因。磨屑的成分反映了產(chǎn)生的部位，即零件磨損的部位。將各方面的信息綜合起來，即可對(duì)零件摩擦副的工作狀況進(jìn)行評(píng)估，得出行之有效的處理方案。接煙診斷案例見圖4。

圖4 接煙診斷案例

6 觸摸診斷異響故障排除法

首先應(yīng)區(qū)分是附件響還是機(jī)械旋轉(zhuǎn)箱體內(nèi)部響，用手穩(wěn)住較小管道、護(hù)罩、保溫、調(diào)節(jié)手柄等，若響聲減弱或者消失，說明是該附件響。案例：在判斷調(diào)節(jié)閥工作中異響源，可用手指捏住該彈簧，若響聲減弱或者消失說明異響源來自彈簧固定缺陷。

7 結(jié)語

以上為選擇機(jī)械常用的機(jī)械故障觸摸感應(yīng)診斷法幾種典型方法，以上方法既可以獨(dú)立使用，也可以結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合故障診斷分析。機(jī)械故障觸摸感應(yīng)診斷法在大型化工企業(yè)機(jī)械設(shè)備連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行非常重要，已通過診斷法的后預(yù)判51 次選擇機(jī)械故障，為公司清潔生產(chǎn)，設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行奠定了良好的基礎(chǔ)。圖5 為診斷法實(shí)施前后對(duì)比表。

圖5 診斷法實(shí)施前后對(duì)比表

因此，在日常工作過程中，研究缺陷隱患經(jīng)驗(yàn)與理論相結(jié)合，需要更多地經(jīng)驗(yàn)積累和學(xué)習(xí)摸索才能更早發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，保證旋轉(zhuǎn)機(jī)械長周期穩(wěn)定運(yùn)行。通過對(duì)機(jī)械故障進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確的識(shí)別，對(duì)機(jī)械的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，提前預(yù)防故障的發(fā)生，從而保證旋轉(zhuǎn)機(jī)械的安全性，提高生產(chǎn)效率。