某典型综合监测诊断技术案例分析

2023-11-08王永富全继海

中国修船 2023年5期

王永富，邵山，全继海，陈晨

（91970部队，辽宁大连 116041）

状态监测与故障诊断技术是设备维修的重要手段，设备诊断技术可以保障设备安全、预防突发故障、节约维修成本、减少停机时间、提升经济效益。常用的监测手段有红外热成像、油液分析、振动和噪声、无损、电气、热工参数等。综合监测技术在设备故障诊断中已经逐步开始应用[1]，文献[2]采用了热工参数、红外热成像、振动监测对设备进行了故障诊断，但使用的是简易监测方法，未进行精密诊断分析。本文从红外热成像、油液光谱、振动（频谱和时域波形）3 个方面对滑动轴承进行状态监测，通过对比分析不同视角下的物理特征，以实例阐释了一种故障对应多种故障征兆的典型监测方法，对开展设备故障诊断工作具有较强的实践意义。

1 红外热成像监测分析

某船大型1#、2#滑动轴承（左右对称、运行工况相同）承担向螺旋桨传递动力的重要功能，常年处于高强度运转状态，轴承与轴瓦之间为液体润滑方式工作。

使用红外热成像仪在滑动轴承平稳运转状态下测量热场情况[3]，环境温度为17.3 ℃，2 个滑动轴承的红外热成像图如图1、图2 所示，2#滑动轴承表面最大温度值为74.4 ℃，比1#滑动轴承高了23.8 ℃。红外热成像监测结果及限值如表1 所示，参照表1 可知，2#滑动轴承温升值已经超过限值，外表最大温度值接近限值，由此可以判定2#滑动轴承温度异常。根据滑动轴承工作方式可知，温度异常的原因是轴瓦和轴颈之间出现了摩擦。

表1 红外热成像监测结果及限值 ℃

图1 1#滑动轴承红外热成像图

图2 2#滑动轴承红外热成像图

2 油液光谱监测分析

取1#和2#滑动轴承润滑油进行油液分析，原子发射光谱分析结果如表2 所示。发现同工况条件下，2#滑动轴承的Fe、Cr、Sn 3 种金属含量远超1#滑动轴承，且远超2#滑动轴承油液光谱金属含量日常监测值。由此可知，2#滑动轴承出现了严重摩擦故障。分析滑动轴承结构金属成分构成，Fe 元素来源于轴颈，Cr元素和Sn元素来源于轴瓦。

表2 原子发射光谱分析结果 μg/g

3 振动监测分析

振动监测分为振动频谱监测和振动时域波形监测2部分。滑动轴承转速为187.57 r/min（经齿轮箱降速后计算得出），转频为3.130 Hz。分析相同工况下2个滑动轴承的振动情况，对比垂直方向的速度幅值[4]，1#滑动轴承频谱峰值为0.379 mm/s（对应频率为3.130 Hz）。2#滑动轴承频谱峰值为0.505 mm/s（对应频率为15.625 Hz，约5 倍转频），而3.130 Hz（转频）对应的速度幅值为0.432 mm/s。对比可知，2#滑动轴承速度频谱峰值比1#滑动轴承增长了33.2%、3.130 Hz 对应的速度幅值增长了14.0%，存在5 倍、8 倍、16 倍的高次谐波。滑动轴承速度频谱对比如图3所示。

图3 滑动轴承速度频谱对比

滑动轴承位移频谱对比如图4 所示，分析垂直方向的位移幅值，1#滑动轴承频谱峰值为0.058 2 mm（对应频率为3.130 Hz），2#滑动轴承频谱峰值为0.060 8 mm/s（对应频率为3.130 Hz）。对比可知，2#滑动轴承位移频谱峰值比1#滑动轴承增长了4.5%，存在5倍的高次谐波，位移幅值在各频率范围内有微量增加。

图4 滑动轴承位移频谱对比

滑动轴承加速度频谱对比如图5 所示，分析垂直方向的加速度幅值，1#滑动轴承频谱峰值为0.029 5 m/s2（对应频率为48.437 Hz），2#滑动轴承频谱峰值为0.048 7 m/s2（对应频率为48.437 Hz）。对比可知，2#滑动轴承加速度频谱峰值比1#滑动轴承增长了65.1%，存在8 倍、31 倍的高次谐波，加速度幅值在各频率范围内均有一定增加。