在旋轉設備故障診斷中振動測試技術的應用分析

摘 要：旋轉設備在正常運行過程中，必然會出現一定程度的振動，對旋轉設備的振動情況進行實時監測，能夠降低設備故障的風險，提高設備使用時的安全性。本文將概述旋轉設備故障診斷的意義，結合振動測試技術的原理及設備振動特點，分析測量點的選擇方法。為振動測試技術在故障診斷中的順利應用提供參考。

關鍵詞：旋轉設備;故障診斷;振動測試技術

引言：旋轉設備的振動異常故障一旦出現，會影響設備的正常運作，情況嚴重時會減少使用年限或造成設備損壞。而且異常的設備振動，會產生大量機械噪音，影響工作人員的身體健康。判斷旋轉設備是否出現振動異常，可以從振幅、振頻等方面分析，通過振動測試技術來監控旋轉設備的運行狀態，降低故障出現的風險。

1旋轉設備故障診斷的重要意義

隨著我國社會經濟水平的不斷發展，機械設備的種類變得更多、自動化程度更高、功能性更加強大。但是對應的，機械設備的內部結構也更加復雜，這也加劇了設備出現運行故障的風險。哪怕是其中某個微小的零件出現問題，也會影響整個旋轉設備的正常使用，一旦出現安全事故，不僅會使企業單位承受巨大損失，還會威脅到作業人員的生命安全。傳統運營模式中，很多企業單位并不重視旋轉機械的故障檢測工作，大部分設備都是處于“帶病工作”的狀態，事故一旦出現就很嚴重，維修成本較大，對環境和工作人員都有一定程度的傷害。而旋轉機械在機械產業中占據了重要位置，例如：長江化工廠設備中在使用的旋轉機械數量占據96%，常見旋轉機械設備有：汽輪機、壓縮機、風機、燃氣輪機。冶金、機械、農業等行業中旋轉機械設備都有廣泛的使用。因此做好旋轉設備的故障檢測工作能夠有效提升工作質量，降低設備安全風險，為企業平穩高效的運作打下基礎[1]。

2振動測試技術在旋轉設備故障診斷中的應用

2.1振動技術原理

上世紀六十年代，我國就開始對旋轉機械的故障診斷工作展開研究，在過去工業發展30年內，振動測試技術在旋轉設備故障診斷的應用經過不斷實踐，直至今日已經呈現較為成熟的態勢。技術人員可以通過監測旋轉設備的振動信號、振動頻率、頻率特點、振動趨勢來分析設備的運行情況，判斷是否出現振動故障。機械設備的振動就像人類心臟的跳動。人類的心臟跳動的頻率，是對一些病癥的反映。同樣，機械設備如果出現振動異常，說明設備內部已經出現了問題。振動測試技術具有適應性好、精準度高、操作簡單等優勢，所以在機械故障檢測中較為常見。不同類型的旋轉設備在運行時，都會呈現出不同的振幅，但是如果振幅超過一定的數值，就代表有振源存在，振源的出現代表了旋轉機械的材料、系統或是結構某個環節出現了問題，例如：組裝出錯、零部件老化、零部件松動、設備連接不穩、回轉件裂紋等等。尤其是旋轉設備中，一次震動往往代表了很多信息，不同的故障也會表現出不同特點的振動波形。例如：平衡系統故障呈現的振動波形類似正弦波。技術人員通過收集設備的異常振動信息，來總結旋轉設備的故障特點，然后再結合現場情況制定故障解決方案，近幾年，技術人員常使用的分析技術有：短時博立葉變換技術、多小波變化分析技術、倒頻譜分析技術等等[2]。

2.2分析故障原因

想要高效解決旋轉設備中的異常振動故障，就要先分析好設備為什么會出現故障，結合故障的原因來制定解決方案。常見故障原因有以下幾種：首先，設備內部組件因為長時間使用，出現磨損問題，進而引發振動。常見磨損組件有：減速器、齒輪、滾珠、軸承、連接器、滾子軸承等等。而且，如果設備中的軸承滾子出現凹陷，每當軸承滾子經過受損區域，也會產生振動。齒輪有嚴重缺口，或者連接器極度磨損，同樣會引發振動;其次，設備的連接軸如果失準會造成振動。連接軸軸線出現過量的平行位移或連接軸角度位移，也會引起異常振動。設備裝配時，受到連接軸的熱膨脹作用，設備會產生精度差，進而發生軸向振動或徑向振動。最后，旋轉軸的質量不合格，或軸安裝不平衡也會產生振動。在圍繞著設備旋轉的過程中會產生離心力，引發振動。這主要是由于旋轉軸在加工或者維護過程中有鑄造缺陷，伴隨設備轉速的加快，旋轉軸質量不平衡，帶來的效應越來越明顯，造成機器振動。另外，設備內部組件松動引發的振動。在設備運轉的初期，內部組件的松動問題不是很明顯。但是，隨著設備使用時間的延長，設備內部組件的松動會變得十分明顯，破壞性也隨之加大。由于內部組件松動設備的軸承會發生明顯的磨損和疲勞，設備中其它的組件也會受到影響。

2.3振動特性分析

振動測試技術應用時使用的系統通?？梢苑殖扇N：1.離線振動測試系統;2.在線監測振動測試系統;3.便攜式振動測試系統。首先，離線振動測試系統功能具有操作方便、結構簡單的特點，但是監測方式較為單一，只有一個通道。是利用磁帶機來收集振動數據，然后將收集到的信號數據上傳到實驗室，完成頻譜分析，該技術已經不適用現代化的旋轉機械。其次是在線監測振動測試系統，該系統能夠實現對設備振動信號的實時監測，如果出現振動異常，可以自動報警，并將數據上傳到計算機中，工作人員分析監測歷史數據，觀看振動趨勢圖也更加方便。但安裝的資金成本較高，而且安裝完成后，由于使用到的設備占地面積較大，經常是一個監測系統配備對應的大型機組和監測設備，所以不能隨意更改。最后，新時期背景下，我國電子傳感技術得到了飛速發展，進而出現了便攜式的振動測試系統，該技術很好的彌補了上述兩種技術的缺陷，不僅能做到在線監測快速診斷，又能離線回放詳細分析，而且體積較小、質量輕、使用方便、成本較低。

2.4測量點的選擇

選擇合適的測量點也是振動測量技術應用的重要環節。因為軸承支撐座在旋轉設備的使用過程中，承擔著主要作用，所以技術人員在收集振動信息時，要依據軸承支撐座振動情況，科學的采集設備運行振動數據。這樣振動測試技術使用后，具有方便快捷、采集速度快、信息精準度高等優勢。通常在實踐時，技術人員會將軸承支撐座設定為振源測量點。然后再將旋轉機械的箱體和機殼設定為輔助的測量點。因為旋轉設備的振動情況會根據不同故障、不同環境、不同敏感程度不斷變化。所以技術人員在收集旋轉設備的振動信息時，要遵循以下幾個原則：采集低頻段振動信號時，要從多個角度、多個方向進行。例如：徑向、切向、軸向等等。而采集高頻的信號時，可以從水平方向或是垂直方向入手。應該注意的事項有：技術人員在選擇旋轉機械的測量點時，想要提高數據的精準度和有效性，就要充分考慮到外界因素對測量過程的影響，對于溫差大、濕度大、高溫的位置要盡量避開;保持每次的測量在同一個旋轉機械設備上完成，這樣才能保證每次測量得到的結果是一致的，提高測量數據的精準度、穩定性和可用價值。

結束語：

綜上所述，振動測試技術對旋轉設備的故障診斷有很好的幫助，能夠有效降低安全隱患，提高設備故障診斷的精準度，幫助技術人員在短時間內找到旋轉機械中存在的故障。因此，技術人員通過提出振動波形中的異常信息，就可以總結出機械的故障位置，然后再結合實際情況制定解決方案，提高旋轉設備運行質量。

參考文獻：

[1]韓玉迎，王晨，杜金香，等.基于圖像邊緣識別的面內振動位移測試方法[J].振動.測試與診斷，2021，41（03）：470-475+619.

[2]師忠玉.旋轉設備結構剛度減弱的診斷及振動相位周期變化的分析[J].山西電力，2018（03）：55-57.

作者簡介：

吳志廣（1982.9-） 男，漢族，湖北武穴人，本科，工程師，研究方向;機械設計制造及其自動化。