魏州军 白洁
(中核兰州铀浓缩有限公司,甘肃兰州 730000)
旋转机械设备故障诊断技术研究
魏州军 白洁
(中核兰州铀浓缩有限公司,甘肃兰州 730000)
本文主要通过对离心水泵的机械故障分析,说明离心水泵的机械故障可以通过振动值诊断技术来得以实现,进而对旋转机械设备诊断的前景进行详细的阐述。
旋转机械 离心水泵 振动值
旋转机械设备[1，2]在现代社会的生产和发展中有着举足轻重的地位，我们能够在离心水泵等多种机械设备中发现其身影，旋转机械可能产生各种机械故障[3，4，5]。根据实践经验可知，这些危害主要表现在降低设备的可靠性和生产功能，导致更加剧烈的经济损失，甚至是重大的安全事故。因此，对于旋转机械设备故障诊断的技术的研究就变得大势所趋。
1 离心水泵故障的实例分析
1.1 旋转机械的振动限值
国际认证的ISO2372标准中明确指出，转速在600—12000rmp、频率在10—1000Hz的范围内，旋转机械存在振动极限值。在本实例分析中的选择机械设备属于中型机械设备。
1.2 震动测定
1.2.1 离心泵单体振动值测定
首先测定离心泵单体的振动值，具体操作是将离心水泵和电机的连接轴分离，然后分别测定电机的两个轴在水平方向、垂直方向和轴向方向的振动值。测定结果如表1。
1.2.2 整套水泵振动值测定
对整套系统进行振动值测定，分别测定了1-电机左侧，2-电机右侧，3-水泵左侧，4-水泵右侧，这四个位置的振动值，如表2所示。
1.3 故障诊断
根据日常经验可知，旋转机械故障可以大致分为：转轴组件不平衡、轴承故障和旋转轴不同轴。以下将从这三类故障的角度出发来研究离心水泵的振动值变化。
1.3.1 转轴组件不平衡
表1 电机轴承振动值测定结果(单位:mm/s)
表2 整套水泵振动值测定结果(单位:mm/s)
表3 整套水泵系统高频振动和低频振动的测定结果(单位:G)
将对离心泵整套系统振动值测定结果与ISO2372的规定值相比较，很容易发现4号位置的振动值极为异常。通过专家系统知道转轴组件引起震动异常，很大程度上是由于不平衡所引起。不平衡引起的振动存在这样一个现象——振幅同转速呈正相关。在实际的测定过程中，并未发现这一现象，因此，可以排除转轴组件不平衡所引起振动异常。
1.3.2 轴承故障
对表2的数据进行分析，发现4号位置在水平方向和轴向方向均异常，说明整套离心水泵系统在轴承运转方面情况不容乐观，很可能在此处存在振动源。在旋转机械振动故障诊断的过程中，对于滚动轴承可以用高频振动和低频振动来共同判定。对表2中的4个位置的高频振动和低频振动分别进行测定，结果见表3。
由表3知，4号位置的高频振动和低频振动均超标，说明轴承在运转过程中产生了高频振动和低频振动。因此，可以断定轴承故障是导致离心水泵异常振动的诱因。
1.3.3 旋转轴不同轴
旋转轴不同轴，顾名思义是指两根轴的轴线不重合，进而导致的振动现象。在实践中发现，只要存在不同轴现象，就会产生轴线振动。因此，轴向振动值在很大程度上决定着旋转轴是否同轴。在表2的数据中，我们可以发现4号位置的轴向振动正常，进而排除了旋转轴不同轴所引起异常振动的可能。
1.4 振动故障的排除
由经验可知，轴承的正常运转离不开良好的润滑状态，如果润滑不理想，特别容易引起高频振动。然而，在对轴承进行润滑状态检验并重新添加润滑剂后，异常振动仍未显著消减，因此，润滑不良导致异常振动的可能性被排除。
在检验润滑状态后，更换了离心水泵系统的轴承，再次检测发现，4个位置的振动值均符合国家相关的规范要求。
2 旋转机械诊断的发展方向
2.1 多学科交叉结合
在现代社会中，单一的学科研究已经逐渐的被多学科交叉结合所取代，多元化的组合方式让机械故障的诊断表达更为的准确和可靠。多学科交叉的实质就是信息的转化和传递在不同学科的语言中进行多次的转化，最终达到知识组织的维护和理解的浅显化和通俗化。多学科的交叉结合让原来的旋转机械故障诊断能够摆脱传统困境，进而走向一种面向对象的表达方式，在实践中彰显了无尽的价值。
2.2 理论与实践相结合
俗话说，实践出真知。可见实践过程中可以得到许多有用的知识。在旋转机械故障诊断过程中，我们需要强化经验知识和理论知识的地位，不能让这二者脱离实际，成为空中花园。因此，在研究智能诊断系统的时候，我们需要在重视经验知识的基础上，更加强调结构、功能等理论知识，不能够忽视其中的任何一个方面；否则，后果将是毁灭性的。
2.3 专家系统和神经网络结合
传统的专家系统是建立在左半脑的逻辑基础上，而神经网络理论则是建立在右脑直觉形象思维的基础上。神经网络理论为旋转机械故障诊断在传统的专家系统基础上另辟蹊径，获得了意想不到的效果。通过经验显示，将专家系统和神经网络相结合，这二者能够有着极强的互补作用。因此，在实际的工作中需要可以将专家系统和神经网络这二者有机的结合起来。
2.4 强化虚拟现实技术
在多媒体技术不断的发展过程中，虚拟现实技术在计算机领域引起新的关注热点。虚拟现实技术能够以计算机将复杂的数据文件进行可视化和交互的一种有别于传统的新技术。一旦利用这种技术后，使用者和计算机以及被控制对象可以当着一个有机的整体，在此基础上利用外部的直观工具能够将其信息可视化。我们可以毫不夸张的预言，在未来的时间里虚拟现实技术能够将旋转机械故障诊断进行一次革命性的改变。
2.5 数据库和人工智能的交叉渗透
数据库可以对信息进行存储、共享、控制以及故障恢复等操作；而人工智能技术却无法完成这样的操作，因此，这是人工智能技术的致命缺点。在旋转机械故障诊断的过程中，优化人工智能技术使之与数据库进行交叉渗透是大势所趋。
2.6 远程故障诊断
由于互联网(Internet)和企业内部网(intranet)具有远程操作的功能，因此，远程故障诊断是近几年发展起来的一项新技术。远程故障诊断技术是设备诊断技术同网络、通信、计算机和控制等技术的完美结合，它具有企业内部、行业内部的知识数据的共享功能。因此，这项技术具有广阔的发展前景。
3 结语
随着我国现代化程度的不断推进，各种大型设备逐渐的走上了历史舞台，这其中无疑包含了许多旋转机械设备。旋转机械设备具有大型、高速、连续工作和具有核心地位的显著特点。因此，对旋转机械故障诊断的研究具有不可取代的实际意义。我国现代化建设的起步较为晚，与世界发达国家在这一领域具有显著的差距。但是，随着我国的发展和相关研究人员的不懈努力，旋转机械故障诊断将会被完善和攻克，一定跻身世界先进的行列。
[1]许宝杰,张建民,徐小力,徐杨梅.粗糙集合理论在旋转机械故障诊断技术中的应用[J].机械设计与制造.2006(12):95-97.
[2]陈杰,蒋祖华,赵云松.基于扩展的信息熵的决策表属性约简算法[J].计算机工程与应用,2007(7):167-169+172.
[3]钟秉林,黄仁主编.机械故障诊断学[M].机械工业出版社,2002.
[4]徐敏等主编,中国振动工程学会故障诊断委员会,中国机械工程学会设备维修委员会[编].设备故障诊断手册[M].西安交通大学出版社,1998
[5]黄文虎等编著.设备故障诊断原理、技术及应用[M].科学出版社, 1996.
[6]张周锁,李凌均,何正嘉.基于支持向量机的机械故障诊断方法研究[J].西安交通大学学报,2002(12):1303-1306.
魏州军(1975—),男,汉族,湖南湘阴人,单位:中核兰州铀浓缩有限公司,职位:工程技术员,研究方向:机械/过程控制。
