在旋转设备故障诊断中振动测试技术的应用分析

摘 要：旋转设备在正常运行过程中，必然会出现一定程度的振动，对旋转设备的振动情况进行实时监测，能够降低设备故障的风险，提高设备使用时的安全性。本文将概述旋转设备故障诊断的意义，结合振动测试技术的原理及设备振动特点，分析测量点的选择方法。为振动测试技术在故障诊断中的顺利应用提供参考。

关键词：旋转设备;故障诊断;振动测试技术

引言：旋转设备的振动异常故障一旦出现，会影响设备的正常运作，情况严重时会减少使用年限或造成设备损坏。而且异常的设备振动，会产生大量机械噪音，影响工作人员的身体健康。判断旋转设备是否出现振动异常，可以从振幅、振频等方面分析，通过振动测试技术来监控旋转设备的运行状态，降低故障出现的风险。

1旋转设备故障诊断的重要意义

随着我国社会经济水平的不断发展，机械设备的种类变得更多、自动化程度更高、功能性更加强大。但是对应的，机械设备的内部结构也更加复杂，这也加剧了设备出现运行故障的风险。哪怕是其中某个微小的零件出现问题，也会影响整个旋转设备的正常使用，一旦出现安全事故，不仅会使企业单位承受巨大损失，还会威胁到作业人员的生命安全。传统运营模式中，很多企业单位并不重视旋转机械的故障检测工作，大部分设备都是处于“带病工作”的状态，事故一旦出现就很严重，维修成本较大，对环境和工作人员都有一定程度的伤害。而旋转机械在机械产业中占据了重要位置，例如：长江化工厂设备中在使用的旋转机械数量占据96%，常见旋转机械设备有：汽轮机、压缩机、风机、燃气轮机。冶金、机械、农业等行业中旋转机械设备都有广泛的使用。因此做好旋转设备的故障检测工作能够有效提升工作质量，降低设备安全风险，为企业平稳高效的运作打下基础[1]。

2振动测试技术在旋转设备故障诊断中的应用

2.1振动技术原理

上世纪六十年代，我国就开始对旋转机械的故障诊断工作展开研究，在过去工业发展30年内，振动测试技术在旋轉设备故障诊断的应用经过不断实践，直至今日已经呈现较为成熟的态势。技术人员可以通过监测旋转设备的振动信号、振动频率、频率特点、振动趋势来分析设备的运行情况，判断是否出现振动故障。机械设备的振动就像人类心脏的跳动。人类的心脏跳动的频率，是对一些病症的反映。同样，机械设备如果出现振动异常，说明设备内部已经出现了问题。振动测试技术具有适应性好、精准度高、操作简单等优势，所以在机械故障检测中较为常见。不同类型的旋转设备在运行时，都会呈现出不同的振幅，但是如果振幅超过一定的数值，就代表有振源存在，振源的出现代表了旋转机械的材料、系统或是结构某个环节出现了问题，例如：组装出错、零部件老化、零部件松动、设备连接不稳、回转件裂纹等等。尤其是旋转设备中，一次震动往往代表了很多信息，不同的故障也会表现出不同特点的振动波形。例如：平衡系统故障呈现的振动波形类似正弦波。技术人员通过收集设备的异常振动信息，来总结旋转设备的故障特点，然后再结合现场情况制定故障解决方案，近几年，技术人员常使用的分析技术有：短时博立叶变换技术、多小波变化分析技术、倒频谱分析技术等等[2]。

2.2分析故障原因

想要高效解决旋转设备中的异常振动故障，就要先分析好设备为什么会出现故障，结合故障的原因来制定解决方案。常见故障原因有以下几种：首先，设备内部组件因为长时间使用，出现磨损问题，进而引发振动。常见磨损组件有：减速器、齿轮、滚珠、轴承、连接器、滚子轴承等等。而且，如果设备中的轴承滚子出现凹陷，每当轴承滚子经过受损区域，也会产生振动。齿轮有严重缺口，或者连接器极度磨损，同样会引发振动;其次，设备的连接轴如果失准会造成振动。连接轴轴线出现过量的平行位移或连接轴角度位移，也会引起异常振动。设备装配时，受到连接轴的热膨胀作用，设备会产生精度差，进而发生轴向振动或径向振动。最后，旋转轴的质量不合格，或轴安装不平衡也会产生振动。在围绕着设备旋转的过程中会产生离心力，引发振动。这主要是由于旋转轴在加工或者维护过程中有铸造缺陷，伴随设备转速的加快，旋转轴质量不平衡，带来的效应越来越明显，造成机器振动。另外，设备内部组件松动引发的振动。在设备运转的初期，内部组件的松动问题不是很明显。但是，随着设备使用时间的延长，设备内部组件的松动会变得十分明显，破坏性也随之加大。由于内部组件松动设备的轴承会发生明显的磨损和疲劳，设备中其它的组件也会受到影响。

2.3振动特性分析

振动测试技术应用时使用的系统通常可以分成三种：1.离线振动测试系统;2.在线监测振动测试系统;3.便携式振动测试系统。首先，离线振动测试系统功能具有操作方便、结构简单的特点，但是监测方式较为单一，只有一个通道。是利用磁带机来收集振动数据，然后将收集到的信号数据上传到实验室，完成频谱分析，该技术已经不适用现代化的旋转机械。其次是在线监测振动测试系统，该系统能够实现对设备振动信号的实时监测，如果出现振动异常，可以自动报警，并将数据上传到计算机中，工作人员分析监测历史数据，观看振动趋势图也更加方便。但安装的资金成本较高，而且安装完成后，由于使用到的设备占地面积较大，经常是一个监测系统配备对应的大型机组和监测设备，所以不能随意更改。最后，新时期背景下，我国电子传感技术得到了飞速发展，进而出现了便携式的振动测试系统，该技术很好的弥补了上述两种技术的缺陷，不仅能做到在线监测快速诊断，又能离线回放详细分析，而且体积较小、质量轻、使用方便、成本较低。

2.4测量点的选择

选择合适的测量点也是振动测量技术应用的重要环节。因为轴承支撑座在旋转设备的使用过程中，承担着主要作用，所以技术人员在收集振动信息时，要依据轴承支撑座振动情况，科学的采集设备运行振动数据。这样振动测试技术使用后，具有方便快捷、采集速度快、信息精准度高等优势。通常在实践时，技术人员会将轴承支撑座设定为振源测量点。然后再将旋转机械的箱体和机壳设定为辅助的测量点。因为旋转设备的振动情况会根据不同故障、不同环境、不同敏感程度不断变化。所以技术人员在收集旋转设备的振动信息时，要遵循以下几个原则：采集低频段振动信号时，要从多个角度、多个方向进行。例如：径向、切向、轴向等等。而采集高频的信号时，可以从水平方向或是垂直方向入手。应该注意的事项有：技术人员在选择旋转机械的测量点时，想要提高数据的精准度和有效性，就要充分考虑到外界因素对测量过程的影响，对于温差大、湿度大、高温的位置要尽量避开;保持每次的测量在同一个旋转机械设备上完成，这样才能保证每次测量得到的结果是一致的，提高测量数据的精准度、稳定性和可用价值。

结束语：

综上所述，振动测试技术对旋转设备的故障诊断有很好的帮助，能够有效降低安全隐患，提高设备故障诊断的精准度，帮助技术人员在短时间内找到旋转机械中存在的故障。因此，技术人员通过提出振动波形中的异常信息，就可以总结出机械的故障位置，然后再结合实际情况制定解决方案，提高旋转设备运行质量。

参考文献：

[1]韩玉迎，王晨，杜金香，等.基于图像边缘识别的面内振动位移测试方法[J].振动.测试与诊断，2021，41（03）：470-475+619.

[2]师忠玉.旋转设备结构刚度减弱的诊断及振动相位周期变化的分析[J].山西电力，2018（03）：55-57.

作者简介：

吴志广（1982.9-） 男，汉族，湖北武穴人，本科，工程师，研究方向;机械设计制造及其自动化。