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1、时域波形.频域分析在加热炉引风机故障诊断中的应用高线二厂李元文一. 概述随着科学技术与生产的发展,机械设备工作强度不断增大,生产效率、自动化程度越来 越高,同时设备更加复杂,各部分的关联愈加密切,往往某处微小故障就爆发链锁反应,导 致整个设备乃至与设备有关的环境遭受灾难性的毁坏。这不仅造成巨大的经济损失,而且会 危及人身安全,后果极为严重。故而采用设备故障诊断技术,保证设备可靠而有效地运行是 极为重要的。设备故障诊断技术是20世纪70-80年代迅速发展起来的一门多学科交叉和融合的新型技 术,它的应用为保障设备安全运行、对设备故障的发展作出早期预报、对出现故障的原因作 出判断并提出对策建议、为实
2、现从现行的“定期维修”向更合理的“预测维修”的转变提供 了条件。在设备故障诊断技术中,常用的有时域波形分析及频谱分析:振动信号以位移、速度、 加速度三个参量表示,其最简单、最直观的表现形式就是时域波形。对于某些故障信号,其 波形具有明显特征,直接观察可以看出周期信号、谐波信号、短脉冲信号,这时利用波形分 析可以直接识别共振现象及调制现象,从而可直接用来对设备故障作出初步判断;将时域信 号变换成频域信号加以分析的方法,称为频域分析。频域分析是基于频谱分析展开的。频谱 分析就是把时间域的各种动态信号变换到频率域进行分析,其目的是把复杂的时间波形,经 傅立叶变换分解为若干单一的谐波分量来研究,以获得
3、信号的频率结构以及各谐波幅值、相 位、功率及能量与频率的关系.也就是将构成信号的各种频率成分都分解开来,以便于振源 的识别,亦即确定故障的部位。二. 引风机的故障诊断髙线二厂于2003年初建成投产,它的年设计产量为50万吨,设计最高轧制速度是110m/s。 其主要设备有两座蓄热式步进底式加热炉,28架平立交替轧机,3台卡断剪,3台飞剪和P/F 线悬挂运输机,其中4台预精轧机、10架精轧机、夹送棍及高速吐丝机等主要设备由意大利 “达涅利”公司引进。两座蓄热式步进底式加热炉各有两台鼓风机和一台引风机,两台鼓风机为一用一备,而 引风机就没有备用机了,所以,一旦引风机出现突发性事故,往往导致生产线停产
4、,造成较 大的经济损失。两台引风机均为悬臂式风机,其示意图见图1。其中低温炉引风机为 Y9-38N010D型离心引风机,电机型号为Y280S-4,额定转速为1480rpm;高温炉引风机为 Y8-39N011.2D型离心引凤机,电机型号为Y280M-4,额定转速为1480rpmo两台引风机所使 用的轴承型号都为22316,联轴器都是弹性套柱销联轴器。轴承3 轴承4图1引风机示意图1、低温炉引风机6月14 0,我们发现低温炉引风机4H点(轴承4水平方向)振动值明显加大:6月10 日中班l 328mm/s, 6月14日夜班8. 270mm/s,增大了近6倍。首先,我们对4H点的瀑布图(见图2)进行分
5、析:其谱图结构有了非常明显的变化,几图2低温炉引风机瀑布图条谱线的值明显地加大了,这意味着该设备存在着故障隐患。为了确诊故障隐患,我们又对 4H点的波形、频谱(见表1)进行分析:电机转速1480rpm,即电机转频=1480rpm/60s * 25Hz从频谱图的各频率分量中我们看到的是25Hz及其倍数,即基频分量最大,同时还存在较大的 二到四倍频的分量,除此之外没有其它的频率分量了,这说明不存在轴承、风机叶轮及松动 等隐患;而该时域波形图近似于正弦波的形状,正弦波是存在不平衡的典型的时域波形。故2而,结合波形图和频谱图我们推断这是由于转子失衡而引起的故障隐患。表1 PHS设备巡检系统:低温炉引风
6、机4H点的时间波形与频谱综合报表工厂:三钢二髙线车间:机动部(plO)机器:低温炉引风机测点:4H2005-6-14 0:49:0150.00mrnZs-50.000ms400.010.00mm/$02005-6-14 0:49:01平均幅值方根幅值均值有效值波形指标6. 7135.7840. 018& 2701.232脉冲指标峰值指标裕度指 标歪度指 标箱度指标3.2772.6603.804-0.933-0. 124频率(Hz)25. 0050. 00100. 0075. 00幅值(mm/s)& 387. 003. 071. 77频率(Hz)125. 0047.5052. 5065. 00幅
7、值(mm/s)0. 780. 630.440.430Hz10006月14日上午日修时,将低温炉引风机开盖检查发现,由于受腐蚀,机壳上一块约200*200 见方的钢板掉在叶轮上,并随叶轮一起旋转,而产生不平衡,促使振动值在短短的三天多时 间加大了 6倍多.并且,当钢板转到高位时又掉回到低位,如此循环地转动着。所以出现了 波形图中上下不对称的结构,也是频谱图中出现二、四倍频的原因。故障排除后,振动值就恢复了正常,6. 14中班降为1.695mm/s (见表2 )。由于对故障隐患的及时发现、排除,避免了一次设备事故的发生。表2 PMS设备巡检系统:隐患排除后低温炉引风机4H点的时间波形与频谱综合报表
8、5.000mm/?02005-6-1416:48:48平均幅值方根幅值均值有效值波形指标1.5201. 3970. 0021. 6951. 115脉冲指 标峰值指标裕度指标歪度指标悄度指标2.2362. 0052.434-0. 132-1. 348频率(Hz)25. 00100. 0050. 00122.50幅值(mm/s)2. 310. 230. 200. 16频率(Hz)47.5090. 00125. 00217.50幅值(mm/s)0. 150. 150. 110. 100Hz10002、高温炉引风机近一段时间来监测发现,我厂高温炉引风机3A、4A (轴承3、4的轴向)的振动值有明 显地
9、加大:3A点,8月1日为5. 242mm/s, 8月9日为11. 64mm/s; 4A点,7月2日为6947mm/s, 7 月 18 日为 7. 563mm/s, 8 月 4 日为 12. 07mm/s.先分析3A、4A点的瀑布图(见图3、4):由图3可见,3A点的谱图结构出现明显的变化, 增加了频率髙的几条谱线,在原有的谱线中有几条的值也加大了;由图4可见,4A点的谱图 结构没有变化,但是,其中有几条谱线的分量值加大了。为了确诊设备的故障原因,我们对图3高温炉引风机3A瀑布图瀑布图o3上午830 沖上$ 1707 5*8 上年 16:3538上午&E8911:0987 上年 11:0834
10、上佯 15:18 B1 上年 14:5328 上牛 17:1527 上呼 15:1118上年15C915 上年 14:46信吕矣厘:皿5UEA : 400畔千宽:1000HXShfife: Hzmm/smn-图4髙温炉引风机4A瀑布图瀑布图3A、4A点的波形、频谱图(见表3)进行分析:电机转速1480rpm,即电机转频=1480rpm/60s 25Hz在3A、4A点的时域波形及指标中,没有不平衡、不对中的信号出现;在4A点的频谱图中, 呈现出“梳状”结构,有较多的高次倍频分量存在,这是松动的表现;同样在3A点的频谱图 中也有“梳状”结构,但与4A点略有不同:在500 650Hz范围有少量的能量
11、出现,这是轴 承故障频率的区域,反应出轴承有潜在的隐患。综合前面的结果,我们推断:3A、4A点都是 松动引起的故障隐患,又由于叶轮的装配为过盈配合,松动的可能性小,所以应该是在轴承 部位的松动,且3A点还有轴承故障隐患.表3 PMS设备巡检系统:高温炉引风机3A. 4A时间波形与频谱综合报表工厂:三钢二咼线 车冋:机动部(6.5)机器:咼温炉引风机测点:4A10.00nmZ$0Hz10002005-8-4 上午 15:19:47平均幅值方根幅值均值有效值波形指标9.9018.592-0. 03912. 071.219脉冲指标蟻值指标裕度指标歪度指标哨度指标3.7273. 0574.2950.
12、126-0. 18550 00工厂:三钢二高线车间:机动部(465)机器:高温炉引风机200589 上午 8:30:26mm/s平均幅值方根幅值有效值波形指标9. 3317. 851-0. 02911.641.248脉冲指标蟻值指标裕度指标歪度指标哨度指标3.9123. 1354.649-0.215-0. 247400 0m$-50 00L- 0频率(Hz)150. 0025.00175. 00172.50幅值(mm/s)6.715.785.645. 36频率(Hz)125. 00100. 00180. 00155. 00幅值(mm/s)3.813.673. 152.620测点:3A1000m
13、n/s0Hz10002005-8-9 午 830:26频寧(Hz)125. 00172.50122.50170. 00帳值(mra/s)6. 135.925.905. 46频率(Hz)120. 0025. 00197.5097.50帳值(mii/s)4. 013.753. 562.470经对轴承开盖检杳发现:3A点轴承跑内圈,4A点轴承游隙达到0. lmrn,超过标准值近一倍。8月19日检修时,我们更换了髙温炉引风机的轴承、轴及叶轮。更换后,3A点的振动值为1 06Omm/s, 4A点的振动值为4.513mm/s,均在允许值的范围内(见表4 )。表4 PMS设备巡检系统:隐患排除后高温炉引风机
14、3A. 4A时间波形与频谱综合报表测点:3A工厂:三钢二高线 车间:机动部(46.5)机器:高温炉引风机平均幅 值方根幅值均值有效值波形指标2. 3311.914-0.0153. 0601.313脉冲指 标峰值指标裕度指标歪度指标第度指标5.0193. 8246 114-0. 1180. 747频率(Hz)50. 00130. 00125. 0065. 00幅值(mm/s)1.381.231. 181.10频率(Hz)135. 0030. 0095. 0087. 50幅值(mm/s)0. 950. 930. 900. 78测点:4A平均幅值方根幅 值均值有效值波形指 标3. 6043. 0580. 0334.513