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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
