电力系统振动故障

电力系统振动故障（精选10篇）

电力系统振动故障 篇1

汽车运输做为露天矿山的主要运输方式之一, 其道路的养护是露天矿的一项日常业务, 而道路的好坏直接关系到汽车的各项技术经济指标、使用寿命和驾驶员的劳动条件。而露天矿的道路路基多用岩石修筑, 因此振动压路机的好坏则直接关系到道路的质量。

振动压路机因其作业环境恶劣, 使得故障频发, 如不能及时处理故障, 将造成设备停驶, 严重影响道路的养护, 为此, 特针对在现场使用中出现最多的振动系统故障进行分析, 提供一个解决思路, 以达到举一反三的目的。

1故障现象

在日常工作中, 振动压路机振动系统常见故障主要有振动轮不振动、振动轮的振动时有时无、振动轮发出异响等。

2故障原因分析

从振动压路机结构上分析, 其可能是以下一个或几个原因引起的。

(1) 振动开关出现接触不良的现象。

(2) 液压系统液压油没有达到压力和流量的要求。

(3) 振动马达与偏心装置连接的联轴器损坏。

(4) 振动轴承的润滑散热、游隙大小造成轴承损坏。

(5) 振动轮调幅装置损坏。

3故障判断程序

如图1所示。

4具体故障分析

现场有一振动式压路机出现振动无反应或只有微弱振动的故障, 我们按照故障判断程序进行故障分析、处理。

4.1故障产生的原因分析

(1) 振动开关至振动泵控制电磁阀电路断路。

(2) 液压泵内部磨损严重。

(3) 液压马达内部磨损严重。

(4) 联轴器尼龙套损坏。

4.2故障排除方法

(1) 检查工作油箱油位是否正常, 油量不足, 则进行补充。

(2) 如油箱油位正常, 则对控制电路及电磁阀进行检测。

(3) 当确认电路正常, 电磁阀工作正常时检测液压泵输出油压, 低于标准, 则液压泵内部存在泄露, 检查处理液压泵。

(4) 如液压泵输出压力正常, 则检查液压马达的输入、输出压力, 如压力差低于标准, 则对液压马达进行检查。

(5) 如检查液压马达正常, 则将振动马达从振动轮上抽出, 检查联轴器尼龙套是否损坏, 若损坏, 则进行更换。

在工作中, 只要我们掌握了设备的工作原理, 对其出现的各类故障, 我们认真分析, 按照检修程序, 剥茧抽丝, 则一定能解决出现的问题, 使得设备更好的为生产服务。

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参考文献

[1]侯劲汝, 冯忠绪, 徐倩, 等.压路机双轮振动对整机减振性能的影响[J].郑州大学学报:工学版, 2010 (6) :13-15.

[2]张晓玉, 汤振周.冲击压路机在高速公路填方路基中的应用[J].筑路机械与施工机械化, 2010 (11) :45-46.

[3]贺良, 何志勇, 李自光.国外振动压路机发展新趋势[J].建设机械技术与管理, 2010 (11) :12.

电力系统振动故障 篇2

研究一种基于分布式光纤振动传感原理和电缆局部放电原理的电力电缆故障定位技术。通过在电缆上施加高压脉冲，使得电缆上有故障的位置产生局部放电，从而产生振动信号。并将放电脉冲信号同步传输给分布式光纤振动监测系统。通过分布式光纤振动传感技术来探测电缆沿线放电产生的振动信号，并对振动信号进行定位。将该故障定位技术应用于电力电缆沿线上监测电缆故障的状态分布，并进行试验验证。实验结果表明，该系统可实现监测多回路30 km电缆线路的故障分布状况，并对故障点进行准确定位。

关键词：

分布式光纤传感； 后向散射； 电力电缆； 故障定位

中图分类号： TP 212文献标识码： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2013.05.003

引言

电力电缆是电力传输的重要载体。但是人为因素（如：施工挖破皮、被割破皮等）和自然灾害（如：滑坡、塌方、地基沉降、腐蚀、老鼠破坏等）会造成电缆线路故障，影响电力电网建设效能的发挥。因此，应用科学手段实现对电力电缆的电缆的故障进行检测和定位、及时提醒线路维护人员提前采取预防措施显得十分的紧迫和必要。

本文研究基于分布式光纤振动传感原理为核心的智能监测技术，利用光纤传感技术对电网中的电力电缆线路的故障进行全方位实时智能监测和定位。该智能监测系统可实现对电力电缆线路的故障进行检测和定位，确保电网安全、高效运行；综合分析处理各传感器信息，并且在出现异常情况时，通过控制相应的联动设备采取一定的措施来保障电网正常运行。

1分布式光纤振动传感技术原理

分布式光纤振动传感技术是利用ΦOTDR（optical time domain reflectometer，OTDR）^[14]光时域反射计的干涉机理测试外界绕那扰动，外界扰动作用在光缆上面或附近产生的压力（振动）导致光纤中瑞利散射光^[5]相位发生变化，由于干涉作用，光相位变化将引起光强度的变化时，通过实时监测不同时刻后向瑞利散射信号的干涉效应可定位振动信号的位置，并通过建立光缆线路环境特征参数数据模型和告警监测阈值模型，降低监测告警的虚警率。

分布式光纤振动传感系统采用普通通信光缆中的一根空闲纤芯作传感单元，进行分布式光纤传感器多点振动测量^[6]。其基本原理是当外界的振动作用于通信光缆时，引起光缆中纤芯发生形变，使纤芯长度和折射率发生变化，导致光缆中光的相位发生变化。当光在光缆中传输时，由于光子与纤芯晶格发生作用，不断向后传输瑞利散射光。当外界有振动发生时，背向瑞利散射光的相位随之发生变化，这些携带外界振动信息的信号光，返回系统主机后，经光学系统处理，将微弱的相位变化转换为光强变化，再经光电转换和信号处理后，进入计算机进行数据分析。系统根据分析的结果，判断入侵事件的发生，并确认入侵地点。

2基于分布式光纤振动传感技术的电缆故障定位系统组成

整体系统由高压电缆放电试验系统、分布式光纤振动传感系统及综合平台软件组成，系统结构如图2所示。

系统通过分布式光纤振动传感系统监测来自于高压电缆上方的振动信号，通过振动信号来分析判断故障点的位置。当高压电缆放电试验系统对高压电缆发出高压脉冲信号时，同时会向分布式光纤振动传感系统发出一个上升沿或下降沿信号，以作标记信号。分布式光纤振动传感系统根据高压电缆放电试验主机给的脉冲同步信号进行振动信号的采集，实时监测高压电缆的振动情况，并将监测到振动信号保存到数据库中。高压电缆放电试验系统放电结束后，由综合平台对分布式光纤振动传感系统采集到的振动信号进行分析，并结合高压电缆放电试验系统放电脉冲情况，综合分析对故障点进行定位，并在软件界面是显示整段监测光缆的波形图、故障点位置。系统数据库中保存测量的振动信号和放电信号的历史数据，并绘制成报表，由用户选择查看。

该系统以高压电缆故障时所产生的震动为监测对象，可实现以下功能：

（1）实时监测电缆走廊路面施工振动位置的振动量，并根据实时监测值显示报警状态。实时监测高压电缆故障点所产生的震动情况，可对故障点进行定位，定位误差不大于±25 m；

（2）检测到电缆故障时，在界面上显示告警提示；

（3）软件界面可显示电缆的震动波形图；

（4）能与高压电缆放电试验系统通讯，接收该系统发来的上升沿或下降沿信号；

（5）各监测值的历史数据记录展示。

3试验结果

为了验证系统是否能探测到电缆的故障信号并准确定位故障信号的位置，搭建了一个测试系统。测试验证系统选取110 kV电缆300 m，在电缆上100 m、200 m和300 m位置分别模拟放电信号。用该系统来探测电缆的放电信号及其位置。

4结论

研究的基于分布式光纤振动传感原理的电缆故障定位系统可准确探测电力电缆故障为，预防因电力电缆自身老化等原因而发生故障。制止因蓄意破坏、偷盗等情况造成的输电中断，从而保障中高压电力电缆的传输安全和通畅。当电力电缆线路发生故障时自动实现预警，自动定位故障发生位置，及时通知管理人员对警情进行有效处理，从而提高对电网供电的可靠性。

参考文献：

[1]DAKIN J P.Distributed optical fiber sensors[J].SPIE，1992，1797：76-108.

[2]孙圣和，王廷云，徐颖.光纤测量与传感技术[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2000.

[3]IMAHAMA M，KOYAMADA Y，HOGARI K.Restorability of Rayleigh backscatter traces measured by coherent OTDR with precisely frequency controlled light source[J]. IEICE Trans Commun，2008，E9lB（4）：1243-1246.

[4]王莉田，史锦珊，王玉田，等.背向散射多点分布式光纤测温系统的研究[J].仪器仪表学报，1996，17（6）：639-641.

[5]宋牟平，汤伟中，周文.喇曼型分布式光纤温度传感器温度分辨率的理论分析[J].仪器仪表学报，1998，19（5）：485-488

[6]李志全，白志华，王会波，等.分布式光纤传感器多点温度测量的研究[J].光学仪器，2007，29（6）：8-11.

电力系统振动故障 篇3

1.振动时有时无

振动压路机突然发生振动时有时无现象的原因有二:一是振动控制线路保险丝松动或振动开关接触不良,二是振动开关到振动泵伺服控制电磁阀的导线松动或虚接。

1台英格索兰SD175型单钢轮振动压路机,在作业中突然不能振动。试机过程中,有时又能够振动。排查时,检查各保险丝均完好。检查行走控制手柄上的振动控制开关及其导线,发现行走控制手柄根部1根与振动控制开关连接的导线铜芯断裂(塑胶外皮没有断裂)。

分析认为,驾驶员长期扳动行走控制手柄,将该导线反复弯折,久之便将该导线的铜芯折断。该导线的铜芯虽断裂,但其塑胶外皮并未折断,由于该导线虚接,导致压路机振动时有时无。

2.无振动

振动压路机无振动有2种:一是振动泵、振动马达、钢轮振动器有故障,二是动力输出端相关传动部件损坏。其原因及排除方法如下:

(1)振动泵有故障

压路机的振动泵通常为柱塞泵,柱塞泵通常有以下4种故障:

一是柱塞泵斜盘倾角过小。检查时,可用手触摸柱塞泵输出的高压管,感觉是否有明显的压力脉动。如无明显压力脉动,说明斜盘倾角过小,无法输出压力油。

二是柱塞泵输出压力过低。开启振动器时,主油路压力应为20～25MPa,如果系统压力低于10MPa,说明振动泵泄漏严重。

三是柱塞和缸体磨损严重。可检查液压油回油滤芯,如果回油滤芯内有大量铜屑或铁屑,说明柱塞和缸体磨损严重。

四是补油压力低。正常补油压力应为1.5～2.5MPa,如果不到1.5MPa,说明补油压力过低。

1台徐工XSM220型单钢轮振动压路机作业时无振动。检查回油滤芯,发现其内有大量铜屑。测试振动泵补油压力正常,测试高、低速时的振动主油路压力均偏低(6～7MPa)。由此说明振动泵严重磨损造成泄漏。

拆解振动泵,发现振动泵柱塞和缸体磨损严重磨损。更换振动泵缸体、柱塞后试机,压路机振动恢复正常。

(2)振动马达故障

振动马达泄漏严重或损坏,不仅会造成压路机系统油压过低、无振动,同时会造成回油滤芯内出现大量铜屑或铁屑。用压力表测试的方法难以区分是振动泵故障还是马达故障,通常只能通过拆解振动马达确定。

1台宝马BW219型单钢轮振动压路机作业时出现无振动现象。测试工作系统油压只有3MPa,检查回油滤芯上有大量小铁屑。将振动马达拆下分解,发现振动马达支撑轴后轴承损坏,支撑轴后部摆动较大,配流盘与缸体配合面间隙过大。更换一个新的振动马达支撑轴后轴承后试机,压路机振动恢复正常。

(3)动力输出及钢轮震动器故障

若振动压路机无振动时伴有无转向现象,则这主要是发动机动力输出端相关传动部件出现故障。

1台英格索兰DD110型双钢轮压路机,作业时无振动,转向也不灵。拆检分动器,发现驱动行走泵和转向泵的传动轴花键磨损严重,导致发动机的动力传递不到行走泵和转向泵。

振动马达输出轴与振动器轴通常采用花键套连接。花键套的花键磨损严重、振动轴断裂或偏心块脱落,都会造成钢轮内的振动部分出现故障。判断方法如下:用辅助工具转动振动轴,如果振动轴转不动,说明振动偏心块卡死;如果振动轴转动很轻,说明振动轴断裂或偏心块脱落。

1台英格索兰SD175型单钢轮振动压路机在作业时,驾驶员突然听到钢轮处发出尖锐的摩擦声,该压路机振动随即消失。将该机振动马达拆下,用手就能轻松转动振动马达驱动轴。将钢轮解体,发现振动马达驱动轴已从2/3处断裂。更换振动轴后试机,该机振动恢复正常。

3.振动功能不全

(1)只有强振或只有弱振

只有强振或只有弱振可能有以下4种原因:一是在振动开关接触不良或损坏。二是振动泵控制电磁阀线圈烧蚀。三是振动开关到电磁阀线路断路。四是电磁阀阀芯卡死。

判断电磁阀线圈是否烧蚀的方法是用万用电表测试电磁阀线圈电阻。电磁阀线圈正常的电阻值为30～150Ω,如果电阻值为无穷大,则表明线圈断路;如果电阻值为0,则表明线圈搭铁。

(2)只有前轮或后轮有振动

双钢轮振动压路机只有前轮或后轮有振动,其原因有以下5点,一是前轮或后轮振动开关损坏,二是控制前、后轮振动电磁阀线圈烧坏或电磁阀阀芯卡死,三是振动开关到电磁阀的线路断路,四是前、后振动轮马达损坏,五是前、后振动轮内部传动部件损坏。

1台沃尔沃138型双钢轮振动压路机作业时,前轮出现无振动现象。检查振动开关和前振动电磁阀均工作正常。将前振动马达拆下,启动前轮振动开关,该马达转动正常。检查振动马达与振动轴连接的花键套,发现花键套的键齿磨损严重。更换花键套试机,该压路机振动恢复正常。

4.振动失控及振动力不足

(1)发动机启动后即启振

发动机启动后压路机自动启振的原因有二:一是振动开关卡死或触点烧蚀,二是振动泵电磁阀阀芯卡死。上述2种故障会造成振动泵斜盘角度始终处于最大位置,从而导致发动机启动后振动泵即刻输出液压油。

(2)手动式自动启振失灵

自动起振失灵只发生在有自动启振功能的振动压路机上。遇到此类故障,应先检查振动自动控制器电源保险丝是否熔断,再检查自动振动控制器的电源线路是否断路,最后检查自动振动控制器是否烧坏。

如果自动启振正常,而手动启振失灵,应检查振动开关或与开关有关的连接线路是否断路。

(3)振动力不足

该故障表现为开启振动开关后,振动频率低或激振力不足。其原因主要有以下3点:一是液压油油量不足或吸油滤芯堵塞,二是振动泵输出油量不足,三是振动泵或振动马达泄露。对于柱塞式振动泵,可以尝试微调调节螺钉来调节柱塞泵的流量,以判断流量调节机构是否存在故障。具体可参照前文介绍的方法检查。

5.启动振动后发动机熄火

该故障表现为一旦开启振动,发动机立即掉速直至熄火。该故障可能是以下3个原因。

(1)发动机动力不足

1台宝马BW203型双钢轮振动压路机作业时,只要开启振动开关,发动机的转速立刻从2100r/mim降至1600r/min,随即自动熄火。但如果关闭振动开关,发动机转速就立刻正常。

将该机的油水分离器及柴油滤芯拆下,发现从油水分离器及柴油滤芯中倒出的柴油污染严重,并有很多铁锈。将油水分离器清洗,更换新的柴油滤芯后试机,该机振动正常。

(2)振动部件卡死

振动泵、振动马达、振动器内部零部件损坏造成卡滞,均会造成振动泵、振动马达或振动器转动阻力增大,导致发动机掉速直至熄火。

(3)蓄电池电量不足

蓄电池电量不足,也会造成开启振动时发动机熄火。

1台宝马BW203型双钢轮振动压路机行走时正常,但只要开启振动,发动机立刻熄火。开启洒水泵进行洒水时,发动机也转速下降,但只是不至于熄火。更换燃油滤芯后故障依旧。检查蓄电池发现其电量不足,更换一个同型号电量充足的蓄电池,该机所有动作恢复正常。

如何排查农用车严重振动故障 篇4

1.1检查发动机与车架的固定螺栓是否松动,发动机支架胶垫是否老化、破损、脱落或者支架断裂。如果发现异常,应及时拧紧固定螺栓,修复或更换损坏的零件。另外,发动机在车架上的安装位置不正确也会引起振动,此时应重新调整发动机在车架上的安装位置。

1.2对于单缸柴油机,应检查其平衡机构是否工作正常,简便的检查方法是 打开后盖,转动飞轮,检查活塞位于上止点时平衡块是否位于最后方。如果平衡块与活塞的相对位置不符合要求,应重新核对平衡轴齿轮的安装记号,如果记号无误,则应进一步检查曲轴正时齿轮与曲轴之间的平键是否完好,有无滚键现象,因为曲轴齿轮与曲轴联接失准会造成发动机整个正时错乱,最终导致发动机振动。

1.3检查发动机的调速器工作是否失常,如果调速器存在卡滞现象,容易造成转速时快时慢。如果调速器没有明显损坏,则是零件磨损引起联接件松旷而导致。

1.4检查各缸工作是否不均匀,是否有个别缸不喷油、各缸喷油量不一致、油路中有空气侵入或燃油中有水进入等现象存在。

1.5检查零部件运转是否失去平衡,如冷却风扇损坏,某一叶片折断或者焊接不良,风扇运转时就会引起剧烈的振动。

1.6检查主轴承是否工作正常。若主轴承间隙过大,或者严重烧蚀,在发动机下部可以听诊到沉重的金属撞击声,当发动机负荷增加时,驾驶室有明显的振动感。主轴承的其他不正常状态也有可能引起发动机振动,如495型柴油机检修后仍振动厉害,后经检查是由于主轴承盖与上盖未按字码配对安装,引起内孔失圆而造成的。

2.起步时全车振动

农用车在起步时,尽管缓抬离合器踏板,轻踩加速踏板,接合离合器起步时仍然出现全车振动,并且有窜动现象,这一般是由于离合器工作失常而造成的。

2.1查检发动机的支撑螺栓、飞轮壳螺栓以及变速箱固定螺栓是否松动,必要时予以拧紧。

2.2若上述检查正常,則检查离合器踏板的自由行程,如果没有自由行程或者自由行程过小,应予以调整。

2.3若离合器踏板的自由行程正常,可以拆下离合器底盖,检查分离杠杆内端面是否在同一平面内,盖平面是否与压盘平面平行。

2.4若以上检查均良好,则应分解离合器,检查主、从动盘是否翘曲、起槽或油污;铆钉是否松动或外露;各弹簧(特别是从动盘减振弹簧,压力弹簧等)是否变软、折断或弹力不均。

电力系统振动故障 篇5

在粉状乳化炸药生产过程中, 乳化器是一个严重的危险源。若乳化器发生故障且不能及时处理, 将严重影响乳胶基质的质量, 同时极有可能因机械设备之间剧烈摩擦而产生高温、挤压、碰撞, 从而导致爆炸, 造成重大安全事故。近年来共发生了10起 (粉状) 乳化炸药生产车间爆炸事故, 其中乳化器爆炸7起, 螺杆泵引起爆炸2起, 人为破坏1起, 从1996年至今所发生的5起爆炸事故, 全部为连续乳化器的爆炸[1]。对乳化器进行故障诊断, 并找出预防措施, 这对乳化炸药的安全生产有着重要意义。随着数学理论的发展、分析方法的发展和工程应用方面的发展, 机械结构的振动信号分析的新理论、新技术、新方法不断出现, 为机械设备状态监测与故障诊断提供了一种崭新的解决方案[2]。大量的生产实践经验表明, 机械设备的振动与其运动状态之间有着密切的关系, 这为振动技术用于设备的故障诊断提供了可能性。

本设计基于小波包分析理论, 通过对振动信号的分析及应用, 设计粉状乳化炸药生产线上乳化器故障诊断系统。

1 乳化器故障特征研究及分析方法选择

1.1乳化器的故障特征

本设计中粉状乳化炸药生产线所采用的是上海化工装备研究所民爆器材研究部提供的SRF200-2WS型号的卧式乳化机。其主要技术参数如表1所示。

针对乳化器的结构, 重点研究了转子不平衡故障、转子不对中故障及轴承故障的特征。转子不平衡故障主要引起轴承或转子的径向振动, 其转速频率成分具有突出的峰值, 且具有较低的轴向振动。转子不对中故障主要引起径向振动, 振幅大的方向就是原始不对中方向。角度不对中主要引起轴向振动, 对于刚性联轴节, 轴向振幅要大于径向振幅。其幅值相位谱中2倍频所占比例大, 相位是基频的2倍, 轴向振动的幅值和相位相对稳定[3]。轴承的振动幅值随转子负荷的增大而增高。滚动轴承不同类型的故障会引起轴承系统不同性质的特征振动, 按照振动信号的不同, 滚动轴承故障可以划分为以下形式[4,5,6,7], 如表2所示。

其中的参数为:主轴频率fr, 滚动体频率fb, 外圈频率fi, 内圈频率fc, Z为滚动体数目。

1.2振动信号分析方法选择

时域波形分析通常是最直观的诊断方法, 对于某些有明显特征的故障, 可以利用时域波形作初步和直观的判断。频域分析是目前故障诊断应用中最广泛的一种信号分析方法, 它可以分析幅值随频率的分布和信号能量, 根据这些分布的情况, 就可知道齿轮、滚动轴承哪一部分出现了故障。但若直接对包含故障冲击的振动信号进行时域、频域分析来诊断轴承故障, 就可能出现虽已发生故障, 但时域、频域谱图上反映不出来的现象, 共振解调技术和小波分析技术可以弥补时域、频域分析技术的不足, 很好的诊断出早期齿轮、滚动轴承等设备的微弱故障信号[8,9]。

小波包分析[10,11,12]是从小波分析延伸出来的一种对信号进行更加细致的分析与重构的方法。它可以得到信号在任何一个频率段上的成分, 而通常的滤波方法, 在滤波器系数选定所能获得的频率成分是固定的, 即只能得到信号在某一频率段上的成分。而且小波包分解时正交分解, 对信号的分解和重构即无冗余, 又无泄漏。信号的信息量是完整的, 而常规的滤波方法, 所得到的信号信息量通常是不完整的。

小波包分析能够为信号提供一种更加精细的分析方法, 它将频带进行多层次划分, 对多分辨分析没有细分的高频部分进一步分解, 并能够根据被分析信号的特征, 自适应地选择相应频带, 使之与信号频谱相匹配, 从而提高了时-频分辨率, 因此小波包分析具有更广泛的应用价值。三层分解的小波包分解树结构如图1所示, 在图中, A表示低频, D表示高频, 末尾的序号数表示小波包分解的层数 (即尺度数) , 分解的关系为:

基于小波包分析在乳化器故障诊断中的优越性, 本研究最终选用小波包算法对乳化器故障的振动信号进行分解重构以找出故障点。

2 振动故障诊断系统硬件设计

2.1振动故障诊断系统结构设计

本设计的基本思路为:用振动传感器采集乳化器的振动幅值信号, 经信号调理器进行信号调理, 通过PLC信号处理输入到工控机组态软件中, 并通过DDE数据动态交换, 将振动信号导入到故障诊断系统中, 在虚拟仪器平台开发的软件中对乳化器的振动信号进行分析处理, 以达到在线监测和故障诊断的目的。系统结构示意图如图2所示。

2.2硬件的选型

(1) 传感器的选择:

本设计选择S2300型号的防腐蚀电涡流振动位移传感器。它具有灵敏度高、频响范围宽、测量范围大、抗干扰能力强、不受介质影响等优点。

(2) 调理器的选择:

本设计选择了LC02系列信号调理器, 具有偏置电压调零, 增益, 高、低通滤波, 灵敏度适调, 积分等功能。抗干扰性强, 噪声小, 精度高, 价格低。

(3) 上位机设备选型:

本系统为实时、在线振动监测的故障诊断系统, 上位机选用研华工控机, 安装有监控软件 (Kingview 6.5) 。

(4) 下位机设备选型:

根据对乳化器I/O点数的统计分析, 结合系统以后某些生产工艺局部变动的需要, PLC选择三菱FX2N-32MR及FX2N-4AD模块。它们主要负责整个监测部分的任务, 一方面对乳化器的振动信号进行采集, 另一方面对采集的信号用数字信号处理技术进行变换, 最后上传到上位机中。

3 乳化器故障诊断系统的实现

本系统结合VB和Matlab各自的优点, 对VB和Matlab进行混合编程, 在VB下通过ActiveX自动化接口可将Matlab作为Visual Basic语言的一个ActiveX部件调用, 利用VB提取系统的故障征兆转化为小波分析的输入, 在后台启动Matlab进程, 通过引擎API函数与其进行交互, 并调用Matlab小波分析工具箱函数来进行小波包仿真, 利用VB完成系统界面的开发, 并结合SQL Server2000在Window xp操作系统下开发实现故障诊断的系统。系统的主界面如图3所示。

要实现对乳化器的故障诊断, 必须采集乳化器的实时状态数据, 考虑到生产线监控系统上位机监控软件组态王已经建立了与PLC和传感器的实时通讯, 所以只要把组态王中的实时数据共享, 让故障诊断系统访问到它们即可。而“组态王”支持动态数据交换 (DDE) , 能够和其他支持动态数据交换的应用程序方便地交换数据, 实现数据的共享。整个乳化器故障诊断系统诊断过程如图4所示。

4 故障诊断功能测试

以径向振动信号分析为例, 点击离线分析按钮进入离线分析状态, 如图5所示。

第一步:点击数据库按钮选择数据采样点数量, 本系统中提取1 600个数据点用于振动信号分析。

第二步:点击时域波形按钮, 选择径向振动或轴向振动, 绘制振动信号时域波形图。乳化器径向振动时域波形如图6所示。

第三步:点击频率范围按钮进行频率分解。由于诊断对象乳化器SRF200-2WS的转速为960～1 470 r/min (变频调速) , 根据公式f=n/60, 得出它的工作频率为16～24.5 Hz (f为主轴频率) 。本系统中, 乳化器振动信号采集的频率为500 Hz。现用小波包对振动信号进行4层分解。根据小波包分解原理, 频率段分为[0, 31.25]、[31.25, 62.5]、[62.5, 93.75]、[93.75, 125]、[125, 156.25]、[156.25, 187.5]、[187.5, 218.5]、[218.5, 250]、[250, 281.25]、[281.25, 312.5]、[312.5, 343.75]、[343.75, 375]、[375, 406.5]、[406.5, 437.5]、[437.5, 468.75]、[468.75, 500] (单位:Hz, 共16个频率段) 。在波形分析时, 首先选择频率段, 进行相应分析, 根据前面对乳化器不同故障对应不同特征频率的分析, 通过对比即可找出对应频率段故障情况。如图7所示选取[218.5, 250]频率段。

第四步:正常信号按钮是用于显示乳化器正常运行波形情况, 用来与乳化器异常情况下运行曲线对比, 使工作人员能够比较直观的观察乳化器运行状态。实际信号按钮是用来显示当前乳化器实际运行波形情况。在乳化器故障诊断系统中, 当乳化器振动不超过11.5 mm/s时是正常情况, 当乳化器振动连续超过11.5 mm/s一定时间时, 系统在报警的同时停止乳化器运行, 同时分析故障原因, 找出故障点。

第五步:故障诊断, 给出诊断结论。根据振幅峰值及波动范围对比来判断故障并分析故障发展趋势。诊断结论如图8所示。

5 结束语

本设计以振动信号监测故障诊断技术为研究主题, 以乳化器为研究对象, 是浙江某化工有限公司与杭州电子科技大学的横向合作项目“粉状乳化炸药生产线控制系统设计”的重要内容之一。该设计通过调研生产线乳化器振动的频率特征, 开发了基于振动信号分析的故障诊断系统。测试结果表明, 基于振动信号分析的乳化器故障诊断系统具有较强的故障诊断能力, 可有效防止重大事故的发生, 为将来乳化器安全监测和故障诊断的发展方向提供了较为实用的参考价值。本设计的下一步工作是, 进一步对故障诊断系统的信号采集、实时性及标准性进行研究, 以提高诊断系统的整体性能。

参考文献

[1]杨桐.从乳化炸药六起事故中吸取教训[J].爆破器材, 1995, 24 (4) :23-26.

[2]HUANG N E.A new view of nonlinear waves:the Hilbertspectrum[J].Annual Review of Fluid Mechanics, 1999 (31) :417-457.

[3]褚福磊, 李贵三, 张正松.旋转机械常见故障的振动三维谱特征及其识别[J].清华大学学报, 1996, 36 (3) :89-92.

[4]MECHEFSKE C K.Objective machinery fault diagnosis u-sing fuzzy logic[J].Mechanical Systems and Signal Pro-cessing, 1998, 12 (6) :855-862.

[5]郁有文, 常健, 程继红.传感器原理及工程应用[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2006.

[6]高永强.旋转机械故障机理的研究[J].机床与液压, 2007, 35 (8) :237-239.

[7]张建中.旋转机械常见典型故障机理与特征分析[J].广西轻工业, 2008, 23 (7) :32-34.

[8]孔亚林.基于振动信号的滚动轴承故障诊断的方法研究[D].大连:大连理工大学机械工程学院, 2005.

[9]HUANG N E.A new view of nonlinear waves:the Hilbertspectrum[J].Annual Review of Fluid Mechanics, 1999, 31 (5) :417-457.

[10]赵婷.基于小波分析的机械振动故障分析[D].沈阳:沈阳工业大学机械工程学院, 2008.

[11]刘欣平, 张杏娟, 杨艳霞.提外小波变换在振动信号去噪中的应用[J].机械, 2009, 36 (1) :8-10.

电力系统振动故障 篇6

中石油辽阳石化公司从上世纪80年代开始进行设备状态监测与故障诊断技术的应用与探讨, 在设备故障征兆、故障原因与故障处理等方面进行了深入的研究, 建立了比较完善的设备故障数据库, 积累了丰富的设备故障诊断经验。为能更好地提高集团公司对关键机组设备的整体管理水平, 以中国石油天然气股份有限公司化工板块的在线监测系统为平台, 建立了设备维修专家的远程诊断系统, 实施多工种协同服务, 企业和异地专家对设备故障共同进行实时诊断, 使故障得到及时处理, 保证设备正常运行。

远程实时监测诊断中心采用网络拓扑结构, 以中国石油股份公司设备故障诊断中心为主站, 各分公司为分站 (图1) 。远程监测诊断中心由远程中心、分公司数据服务器以及现场数据采集器组成, 包括大型数据服务器阵列、数据存储器和专用软件等, 对各分厂机组运行数据长期存贮和管理, 为总公司管理人员提供机组自动运行统计和各种报表自动生成, 具有各级诊断专家和工程师诊断功能, 为行业专家提供网上共享的工作平台。远程中心结构见图2。

2. 远程诊断实例

例1合成气压缩机组振动故障。

宁夏石化分公司合成气压缩机组103-J/JT (图3) 于2007年7月开车运行, 运行状况良好。2007年9月9日透平两端轴瓦振动同时骤增, 10s后连锁停车。远程中心发现此情况后对远程诊断系统中该机组的振动趋势图、波形频谱图、轴心轨迹图等进行分析, 远程诊断机组振动原因。

图4显示出该机组振值在某个时刻瞬间迅速增长;测量透平两端各测点振动值分别为XI-31V 207.3μm、XI-31H 179.4μm、XI-32V 160.4μm、XI-32H 132.5μm;由图6～图9可以看出, 机组振动以工频占主导;振动轴心轨迹为椭圆形 (图10) 。

通过远程诊断认为, 机组在工艺未做任何调整, 操作正常的情况下, 透平两端轴瓦四个测点的振动同时骤增、连锁停车, 透平两端轴瓦四个测点的振动以工频占主导, 原因是透平转子故障。根据远程诊断中心诊断意见, 对机组进行解体检查后发现, 透平转子第一级叶片有一片断裂, 未对其他叶片造成损伤, 与远程诊断结果相符。

例2二氧化碳压缩机组振动故障

乌鲁木齐石化分公司二氧化碳压缩机组102-J/JT (图5) 于2008年7月停车检修, 更换了高压缸转子, 7月28日开车后高压缸测点xi109的水平方向和垂直方向振动值就超过报警值, 都达到了130μm;测点xi108v振值为77μm, xi108h振值为34μm。xi109v和xi108h振动有增长的趋势, xi109h振值已达到了165μm, xi108h振值增大到49μm (图11) 。从图12～图15中可以看出, 该机组振动以工频占主导, 兼有0.5倍频成分;轴心轨迹为双环椭圆 (图16) 。

通过上述远程诊断认为, 机组在7月28日开车以后, 高压缸测点xi109的水平方向和垂直方向振动值就超过报警值, 并且随着时间的推移, 振动有增高的趋势。从波形频谱图上看, 所有测点的振动以工频占主导, 伴有明显的0.5倍频率成分, 该机组高振动是由于高压缸转子轴系不平衡且轴瓦间隙不良, 导致油膜失稳造成的。建议调整该机组的润滑油温消除油膜失稳, 如有检修机会立即停车对该机组高压缸转子进行动平衡处理, 回装时注意调整轴瓦间隙。停车且按建议进行检修后, 该机组振动故障消除。

3. 结束语

振动压路机液压系统故障诊断探讨 篇7

振动压路机的原理是靠自身的重力和振动来压实各种建筑和筑路材料, 常被应用于公路建设中, 特别是沥青路面的公路。当振动压路机在进行启动和停止工作时, 振动轮的振动加速度和振动频率是一个变化的量。当振动压路机系统参数匹配不当, 会出现瞬间高压, 其会很严重的冲击液压系统和传动系统, 各零部件会出现损伤, 因而出现故障。

1 压路机的工作原理和特点

压路机属于露天机械, 其工作效果受天气、机械状态和操纵者技术等综合因素的影响。压路机一个好的工作效果, 反映在高生产率, 高工程质量上。只有压路机的驱动能力达到一定程度且满足前后轮的摇摆、驱动轮的左右差速等特殊要求, 才能将铺层材料压实且在不破坏粗骨料结构的基础上达到工程质量条例要求的密实度和表面平整度。压路机的工作原理是利用本身的质量和振动将铺层的混合材料压实, 因其工作原理的特殊性所以其滚轮即使行走工具也是工作装置。当压路机作业时, 应先起步后才能起震, 直到内燃机达到中速, 再将其调制高速。压路机的工作方式是在松软的路基上, 往返重复作业, 应该注意的是压路机应先在不振动的情况下将路基碾压1~2遍, 才能振动碾压。因其工作方式的特别所以压路机在作业中存在多次变速和换向, 当其变速与换向时应先停机且在变速时应降低内燃机转速。一定要注意的是不能在坚实的地面上使用压路机那会对机器造成不必要的损伤。

2 液压系统的组成

振动压路机液压系统一般由四部分组成, 即液压行走驱动系统、液压振动驱动系统、液压转向系统和液压制动系统, 他们分别完成振动压路机的行驶、振、转向以及制动功能。

2.1 闭式液压的回路系统组成

闭式液压的回路系统。通常情况下由一个主泵和液压马达组成而使用。系统中设会设有双向高压溢流阀, 梭阎和回位低压溢流阀等硬件设备。为了能使其正常工作, 系统中会自动的添加一个双向高压的溢流阀, 和梭阎和回位低压溢流阀。我们知道梭阀实际上就是一个液控两位三通的换向阀, 只不过是主回路的高低压两侧的压力差达到一定程度时, 阀能能将主回路低压侧同回油低压阀建立个通路, 可以使低压侧的油在一定程度上让泵和马达的壳体相连, 保持高度一致, 作用就是可以清洗和不定期得更换壳体油液, 这样就避免油液长期得不到循环和适当的通风。因此双向高压溢流阀, 才可以在系统中实现双向缓冲、液压制动以及安全保护作用。

2.2 液压振动系统的组成

一个变量的斜盘轴向柱塞泵和定量柱的塞马达就可以组成一个液压振动系统。斜盘型轴向柱塞泵采用的控制方式主要分为两点式电磁控制, 系统通过电磁控制以此来改变泵的高低压的转换, 实现马达间的双向旋转, 我们可以通过人工调节泵的排量限位阀来调节斜盘的摆角角度, 以此来达到泵的双向旋转, 达到双向的排量差异, 其次再到马达转速差异, 从而再达到振动频率的改变;也可以通过用电磁控制电磁铁的输入电流方法来实现泵的斜盘角度的大小, 来改变马达的转速, 达到改变振动频率。液压转向系统通常采用方向盘直接与液压转向器相连, 转向泵输出的压力油由转向器进油口进入转向器, 转向器通过内部得到随动装置与方向成正比例的压力油可以直接送到转向油缸, 这样就实现了液压动力转向。

2.3 液压制动系统的组成

可以由控制油源以及制动控制阀和静液多片式制动器组成液压制动系统。通常状态下是制油源采用液压驱动系统的补油压力来做为控制的油源;大多数情况下制动阀是采用两位三通电磁的换向阀, 这样就保证可靠制动采用断电制动, 而制动器也采用多片式静液的制动器。

3 压路机起振原理和起振高压形成原理

3.1 起振原理

常规压路机的液化系统在稳定工作时的压力 (14帕) 是起振时的 (38帕左右) 二分之一都不到, 所以在压路机启动时会存大很大的液压冲击。常见的起振压路机的液压系统工作原理分为2个步骤: (1) 振动泵得到发动机通过连接件传递的动力, 机械能被转化为液压能通过振动泵, 此时液压油被赋予一定的流量和压力。 (2) 振动马达将从相关的管路进入振动马达的液压油的液压能转化为机械能, 再经过连接件将机械能传递给振动轴, 振动轴振动轮内部的一个组成部件, 使得振动轴的运动速度发生改变, 从零转化到额定值, 这是一个很快的过程, 经过上述转换振动轮, 将产生预期的振动。

3.2 起振高压形成原理

在起振压路机启动的过程中偏心块以及起振轴都做加速运动, 偏心块和起振轴的加速度是一个变化的量, 在起振轴瞬间启动时它的加速度最大, 随着时间的变化其值越来越小, 直到起振轴的角速度变为零以后, 表明起振轴的转速达到额定频率。其加速度的变化趋势可以用图1表示。

此为加速度与时间的关系, 加速度与角速度的关系与此相似。

除此以外, 在压路机起振工时, 振动轴所需最大转矩在启动瞬间, 压路机的振动马达是带负荷运转启动的, 振动马达因负荷作用对通过振动马达的液压油产生流动阻力, 使得液压油的流速下降;使得流速下降, 此种情况必然导致压力提高, 当然液压油的流速变化量的值由马达受到的阻力大小成反比, 马达受到的阻力大小的主要因素是振动轴及偏心机构的结构形式决定的。

4 故障分析与诊断

公路振动压路机工作一段时间后, 突然发生压路机动力不足或无法前行后退现象, 但压路机自身钢轮可以正常振动, 就这种情况, 工作技术人员对其进行故障分析诊断, 具体诊断结果如下。

4.1 压路机振动轮失灵, 无法运作

(1) 现象。公路振动压路机在接通电源后, 振动轮失灵, 无法运作。

(2) 故障分析。公路振动压路机在对马路进行液压时, 所产生的马达油路是通过通电后产生电磁感应现象, 致使铁芯驱动, 从而促使控制阀处的滑动阀移动, 压力油路与回油路接通。同时马达在压力的作用下振动并带动振子振动, 因此, 公路振动压路机在接通电源后, 振动轮失灵, 无法运作极有可能是因为马达油路的电源没有接通, 从而导致振动轮失灵无法运转。

(1) 油路电路问题。如公路振动压路机电磁阀电路中存在短路、短路或电磁线圈部分损坏现象时, 滑动阀将不能与阀体之间相互滑移运动, 故导致公路振动压路机振动轮失灵无法运转。

(2) 换向阀滑阀阀体问题。换向阀在进行滑动时, 由于被机械装置中的杂质夹住, 致使电磁阀难以运转, 造成部分油路无法接通, 公路振动压路机不振动, 振动轮失灵无法运转。

(3) 诊断方法。电路诊断处理可采用导线对电源和电磁阀线圈火线进行接柱测试, 判断是否由于电路短路或断路而产生的不振动现象。若接柱处理后, 电磁阀开始运转, 振动轮恢复正常振动, 则可知公路振动压路机振动轮失灵是由于电路中断而引起的, 排查后可继续进行工作。

如接柱处理后, 振动轮不能正常运转, 可将滑阀拆卸手动推动其振动, 若振动轮振动, 说明电磁阀线圈出现部分损坏, 或使用导线与电磁阀火线进行接触, 通电后观察火花, 若无火花出现, 则说明线路断路, 若出现蓝色火花, 则说明滑阀被机械中的杂质卡死无法正常运转。

4.2 振动轮振动强度低

(1) 现象。压路机在工作中, 振动强度达不到要求。

(2) 故障分析。知道压路机的振动机理, 分析可知, 当液压马达中的回转零件的转动中心与重心不一致时, 就会导致液压马达在转动过程中发生跳动, 相应的其转速就会减慢, 与其成正比的流量、机械效率等变量均会减小。

(3) 诊断方法。为了判断调节阀的调节压力与流量的正确性, 对压路机的油泵泄露量以及传输管道的泄露和机械摩擦力的大小进行检查, 排除因泄漏量增大和摩擦阻力过大导致的液压马达振动强度低。除此, 还需排除因液压马达回油不畅使得背压增大, 导致液压马达进口和出口处的压力差不够, 进而导致液压马达的转速低。

5 结语

在以前的实验中也曾有人通过配置离合器与液力变矩器来避免液压系统出现故障, 但是结果都失败了。可想而知, 不切合实际情况去设计机械结构, 就像是设计“永动机”一样, 知道一些机械常识的人都懂, 能量是互相转换的, 动能会转化为热能, 液压系统的功率损失就是这个原理造成的, 液压系统的能量损失导致系统的总效率下降, 而且, 被损失掉的能量会有一部分转变成热能, 将使机械内部温度升高, 导致液压油变质, 使得液压设备出现故障。所以, 在设计液压系统的实际过程中需要考虑, 尽可能降低系统的功率损失, 当然此种做法的前提是压路机的机械使用满足要求。本文所讨论的压路机液压系统的故障问题, 从常见的故障问题中去查找, 能够节省时间, 而且能更准确的找到故障原因, 希望本文能够为以后的相关人员, 提供宝贵经验。

参考文献

[1]张会华, 刘东明, 赵金鹏.振动压路机起步停车最大加速度对行走系统的影响[J].建筑机械化, 2012, (09) :6972-6972.

[2]阿依努尔·那斯尔.常用工程机械液压系统正确维护[J].黑龙江交通科技, 2011, (09) :103-104.

电力系统振动故障 篇8

1 总体设计思想①

大型旋转机械振动故障分析系统基于LabVIEW软件开发平台和普通PC机及其配置的声卡作为硬件基础。根据Lab VIEW的特点结合该诊断系统的需求,初步完成总体设计方案。从模块化角度分析,该系统按功能分成六大模块:信号采集、信号处理、频域分析、时域分析、频域波形显示和时域波形显示,其原理如图1所示。从结构化角度分析,既要保证所有模块独立完成相应的功能,又要确定所有功能之间的联络性。创建友好界面,实现频域分析与时域分析同步显示的功能[3]。

根据图1可以看出,其六大模块既要保证相互独立地完成相应的功能,又要实现所有功能之间的相互联系,由此才能构成一个多功能的精密测试系统[4]。首先借助于Lab VIEW平台分别实现各个模块的功能。

2 系统软件

2.1 信号采集模块

本测试系统利用PC机所配置的声卡作为硬件基础。声卡是一种音频范围内的采集卡,是外部模拟信号和计算机内部所能处理的数字信号之间相互转换的桥梁。在Lab VIEW函数库中的Sound Input子模板下提供了一些与声卡有关的函数。系统所设计的声卡采集模块包括4部分:配置声音输入、启动声音输入、读取声音输入和声音输入清零,如图2所示。可以通过声卡采集外部模拟信号并通过模数转换电路将模拟信号转换成计算机所能处理的数字信号。

2.2 信号处理模块

测试信号中经常会混有噪声干扰,噪声引起的频率成分的频率多为高频,因此为了更好地进行信号分析,需要用低通滤波器对信号进行处理。再将信号通过FFT子VI,进而获取测试信号的频谱,其图标如图3所示。

2.3 时域分析和时域波形显示

将滤波器处理后的信号直接在示波器上显示,可以非常直观地看到振动波形,此时波形是随时间变化的,即信号的时域特征[5]。在波形显示中可以直接观察信号的变化情况和各点的振动幅值,由于显示的是已知波形,并确定是周期信号,因此选用Graph作为波形显示控件,如图4所示。

2.4 频域分析和频域波形显示

频域分析就是将信号中的频率分量提取出来并加以分析,系统采用快速傅里叶变换子VI对时域信号进行处理,进而实现频谱显示。通过对频谱图的分析可以确定信号的总振级、最大值频率和最大幅值。选用Graph作为波形显示控件,如图5所示。此频谱图为大庆某电厂1#机振动测试结果,初步认为是负荷齿轮箱两侧对中性差,燃机转子主要振动特征为失衡振动,基本与预期结果保持一致。

2.5 系统总功能的实现

将以上几个基本功能模块有机组合在一起就是一个以Lab VIEW为平台的基本振动测试系统,其关键设计在于各模块的软件接口,由于结构化设计方面的工作进行的比较严谨,所以软件编程进行的比较顺利,一些重要的难题得到了很好解决。系统程序框图如图6所示。

3 基于Lab VIEW的虚拟振动测试系统

本系统的设计主要是以PC机及其配置的声卡作为硬件基础,因此在设计过程中力求简便、容易操作,特别是对于前面板的设计,力求简单明了、具有良好的操控性能,前面板的设计如图7所示。

4 结束语

离心压缩机振动故障的分析和处理 篇9

摘 要：机器基础的不均匀沉降等，造成机器工作时各转子轴线之间产生不对中。不对中将导致轴向、径向交变力，引起轴向振动和径向振动。由于不对中引起的振动会随着对中严重程度的增加而增大。文章对离心压缩机振动故障进行分析，并提出了处理建议。

关键词：离心式压缩机；振动故障；振动故障处理；故障分析

中图分类号：TH452 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）20-0130-01

××研究院目前共有四台DA型离心压缩机，主要用于满足航空发动机地面试验提供气源。自汶川5·12大地震后其中一台压缩机有严重的振动故障，故障主要表现为轴瓦巴氏合金脱落、齿轮磨损、机器发生异常振动，犹其是轴向振动严重超标。安全隐患极大。由于这种压缩机结构复杂，安装精度要求较高，压缩机又没有安装轴振动传感器，这就为振动监测及故障诊断造成了一定的困难。

1 设备基本情况

该机组型号为DA 1000-51，电机转速为2 985 r/min（约50 Hz）机组功率为5 000 kW，流量为1 000 m3/min，主轴转速为5 400 r/min，转子临界转速为2 400 r/min。压缩机通过前后轴承座支承前后在两块底座（台板），底座上装有四个滑销，均留有一定的间隙，以保证压缩机缸体轴向和径向的热膨胀。前轴承径向椭园轴承，后轴承是径向、止推联合滑动轴承。转子止推轴承布置在排气侧，运行时转子有相对气缸向进气侧窜动的轴向力。轴瓦面是巴氏合金，属强制润滑。没有安装轴振动传感器。增速器齿轮是人字齿轮，大齿轮齿数95，小齿轮齿数40。增速机与电机、压缩机均通过齿轮联轴器转递扭矩。机组配套及测点示意图，如图1所示。

2 振动故障

2.1 故障特征

该机组经5·12大地震使设备基础产生了不均匀沉降，电机6号轴承基础压机1号轴承基础低45 mm，轴承座标高及水平位置、轴系连接的同心度和平直度都产生变化。机组运行时1号、2号、3号轴承的振动十分明显。增速机振动也大，运转的声音异常，轴承温度上升很快。高速齿轮很可能有故障。用本特利测振仪得到各轴承，垂直、水平、轴向三个位置振动频谱图。

转速为5 440 r/min（91 Hz）压缩机转子激起的基频振动最大达到35 mm/s，压缩机1号轴承各测点压缩机转子激起的基频振动分别为7.9 mm/s、5.9 mm/s、22.2 mm/s。

压缩机2号轴承各测点压缩机转子激起的基频振动分别为1.6 mm/s、6.6 mm/s、12.6 mm/s。且有较丰富的频率成份和较大的二倍频成份。

增速机基频振动较大，3号轴承垂直振动6.9 mm/s、水平振动5.9 mm/s，4号轴承垂直振动4.6 mm/s、水平振动5.3 mm/s，首先电机转速是49.6 Hz；齿轮啮合频率为：

49.6X95=4715.17 Hz

怀疑为齿轮对的配合间隙较大，齿轮的中心距超差，引起的共振现象。

2.2 故障处理

离心机开盖检查，并测量机组中心包括转子与汽缸或静子的同心度、支承转子各轴承座标高及水平位置、轴系连接的同心度和平直度三项内容，如其偏差过大可能会引起汽流激振、动静碰磨。若碰磨发生在转轴处，会使转子发生热弯曲而引起不稳定普通强迫振动，经查压缩机与增速机高速轴不对中。压缩机的对中数据，如图2所示。

可看出其联轴节径向、端面开口都存在显著偏差，当端面上开口时，会使联轴器相邻的两个轴瓦载荷增加；圆周差会使圆周较低的相邻轴瓦载荷减少；联轴器不对中时，轴向振动较大，随着转速升高，振幅增长得很快，转速降低时，振幅可趋近于零。

检查时还发现在1#轴承瓦忱上有一细小裂纹，长约30 mm，肉眼可见。在检查轴瓦紧力时也有发现：1#和2#轴承轴瓦垫块和洼窝接触处产生明显撞击痕迹，金属表面有疲劳剥落现象，就将原设备技术文件规定的紧力0.03～0.07 mm增加到0.12 mm。电机侧联轴节不同轴度也较大。其原因基础产生了不均匀沉降，各轴承座标高及轴系水平成倾斜状态，压缩机机组各转子中心线不能够形成一条连续平滑的公共中心线。设备基础加固处理、轴承座标高及水平位置、轴系连接的同心度和平直度重新调整找正（规定值），更换新忱，并将1#轴瓦更换（巴氏合金有脱落现象）再次开机运行正常。

2.3 排除故障的措施

精确调整增速机与电机和压缩机同轴度之前，增速机开盖检查发现，增速机轴承向径间隙普遍超大，轴向间隙竟比规定值大0.4 mm。齿轮中心距和交叉度也严重超差，造成低速轴与高速轴啮合不好，配合间隙较大，齿轮对运行过程中所受的冲击较大。一、二级轴承振动就波动大，引起齿轮共振。增速机运行时的轴承润滑油压力、温度、回油量及齿轮的啮合频率，都反映了以上问题。

将增速机的四个轴承全部更换，依据设备技术文件的要求，对齿轮对啮合调整和轴瓦研磨，保证增速机各部件装配精度要求，再次开机运行正常。

3 结 语

DA1000-51离心压缩机（已使用20 a）在检修前各轴承，垂直、水平、轴向三个位置的振动均超出上表（不允许）的规定，轴向振动超出数倍。检修后的振动除1#轴承轴向振动5.6 mm/s，其它轴承的振动值均在（允许）范围内，用便携式测振仪和本特利测振仪同时检测，满足了使用要求。

我们认为，振动设备故障的诊断和处理应先检查设备各部件装配精度，所有数据都符合规范和厂家技术要求，先排除一些不规范的因素。但已使用20 a左右老设备振动故障的诊断处理时，及时检查和增加紧力，不能局限于规范和厂家技术要求，设备使用时间长轴瓦在洼窝内支承刚度降低，并且转子平衡技术和精度以前也不如现在。

离心压缩机机组振动设备故障的诊断和处理，使我们感到故障与征兆不完全是一一对等的关系，有时各种故障同时发生、同时存在。正确判断和处理故障不仅要对设备非常了解和熟悉，还需要撑握振动学方面的知识。

参考文献：

[1] 陈大禧，朱铁光.大型回转机械诊断现场实用技术[M].北京：机械工业出版社，2002.

电力系统振动故障 篇10

飞机的飞行事故中发动机故障占相当大的比例, 其中以发动机振动故障的危害尤为严重。航空发动机振动过大可导致转子与静子之间的碰摩, 直接影响发动机正常运行、可靠性及寿命, 甚至危及飞机的飞行安全。

碰摩力模型是碰摩振动故障机理研究的关键。目前通常采用库仑摩擦力和Hertz接触碰摩力来建立碰摩力模型。An、Yuan等[1,2,3,4,5,6]采用库仑摩擦力开展了碰摩转子系统响应研究, 发现了转子的周期、拟周期以及混沌运动现象, 推导了同步全周碰摩解的稳定性判据, 给出了稳定性判据简洁的近似表达式。李飞敏、杨树华等[7,8,9,10,11]建立了基于Hertz接触理论的碰摩故障非线性动力学模型, 研究了系统响应随转速、转静间隙、碰摩刚度等因素的变化规律, 以及系统从周期运动向混沌运动的演化过程。Abuzaid、Chu[12,13,14,15,16]建立了单、多盘转子碰摩试验装置, 模拟了单点碰摩、局部碰摩以及整周碰摩故障, 观察到了碰摩过程中的1/2×, 3/2×等分数阶谐波以及1×, 2×, 3×谐波成分, 发现碰摩间隙和摩擦因数对系统的稳定区域的影响规律。马辉等[17,18]利用关联维数和重排小波尺度图等方法研究了转子系统碰摩后运动状态的变化规律。陈果[19]采用集中质量法建立了航空发动机整机振动模型, 分析了系统在不同转速下振动响应, 以及轴承支承和碰摩刚度对系统响应的影响。杨洋等[20]对双盘悬臂转子系统建立动力学模型研究了不平衡和定点碰摩故障, 结果表明凸点材料的软硬程度和碰摩间隙严重影响振动的周期性。游震洲[21]对含有基础弹性支承的转子系统建立模型, 研究了带有外部随机激励的碰摩故障, 结果表明随机激励的特性对转子动力学行为影响很大。

航空发动机转子系统的碰摩故障一般在压气机和涡轮处都有可能发生, 但目前针对航空发动机双转子系统不同部位发生碰摩故障后的耦合振动响应研究并不多。因此, 本文拟从机理研究的角度出发, 建立基于集中质量法的航空发动机转子-轴承-机匣耦合的动力学模型, 通过耦合振动响应分析提取碰摩振动故障特征, 为开发航空发动机振动状态监测和故障诊断系统提供理论支持。

1 航空发动机双转子碰摩故障的动力学模型

航空发动机通常采用双转子系统, 某型航空发动机由低压转子和高压转子组成, 结构如图1所示。图中蓝色部分表示机匣, 绿色部分为内转子, 红色部分为高压转子。其中, 低压转子上布置有风扇、低压压气机和低压涡轮, 高压转子上布置高压压气机和高压涡轮。高低压转子分别采用1-0-1和0-2-1的方式支承在5个轴承上, 高低压转子之间不设中介轴承。

根据集中质量法, 可以将涡轮和压气机分别简化为一个轮盘, 以集中质量的形式作用于质心上, 各质点仅考虑质量、刚度、阻尼;碰摩和质量偏心只发生于轮盘上;忽略轴向振动和陀螺力矩的影响。简化后的动力学模型如图2所示, 双转子系统被简化成了28个质点, 其中内转子 (包含轴承和弹性支承) 13个质点, 外转子 (包含轴承和弹性支承) 6个质点, 机匣9个质点。

简化的各质点通过力和相对位移产生关联。涉及的力包括重力、弹性力、不平衡力、轴承力、碰摩力等。不平衡力主要是转子质量偏心产生, 采用离心力来模拟, 不平衡力在水平方向和垂直方向的分力分别为:

式中, m、e、ω分别为质量、偏心距和转速。

考虑到机匣的刚度相对不大, 不适用Hertz碰摩力模型, 且L—N碰摩力模型计算求解效率不高, 因此本文的碰摩力模型采用库仑力碰摩力模型, 计算公式为:

式中:kc为定子径向刚度;f为碰摩系数, 将碰摩力分解在X轴Y和轴上:

风扇压气机涡轮轮盘质点受到重力、弹性力、阻尼力、不平衡力以及碰摩力的影响, 在X和Y方向上:

航空发动机外轴承通常采用滚动轴承, 轴承中滚珠在内外滚道之间等距排列, 滚珠与滚道之间为纯滚动。本文轴承力数学模型与文献[19]相同。轴承力在水平方向和垂直方向的分力分别为:

式中:Λ=xcosθj+ysinθj-δc, δc为机匣间隙;Cb表示赫兹接触刚度;H为亥赛维函数。

对轴承质点, 质点受到重力、弹性力、阻尼力和轴承力的作用, 在x和y方向上:

轴承与机匣之间含有弹性支承, 弹性支承受力模型在x和y方向上:

对机匣质点建立模型, 质点受到重力、弹性力、阻尼力和碰摩力或弹性支撑力的作用:

联立式 (1) ~式 (8) 就构成了双转子系统模型。

2 航空发动机双转子碰摩故障仿真分析

2.1 初始计算参数

本文选取的航空发动机参数来源于某型航空发动机的实际测量值, 主要计算参数见表1~表3所示。

2.2 碰摩振动响应分析

将表1~表5中数据代入式 (1) ~式 (8) 的微分方程组。采用四阶Runge-Kutta对微分方程组进行求解。转速选取巡航转速, 高压转速为15 022 r/min, 低压转速3557 r/min。偏心量都设为0.01 mm。仿真计算得到系统振动稳定后的轴心轨迹图、时域波形图、频谱图、庞加莱图。

图3是航空发动机没有发生碰摩时的振动响应。此时风扇、低压压气机、低压涡轮、高压压气机和高压涡轮的轴心轨迹是圆形, 时域波形图为正弦波, 内转子以1倍频为主, 外转子以4.3倍频为主, 这与外转子与内转子转速之比为4.3保持一致。庞加莱图基本为圆形分布, 表明系统做拟周期运动。内转子机匣如风扇机匣、低压涡轮机匣以1倍频振动为主。而外转子机匣如高压压气机机匣和高压涡轮机匣含1倍频和4.3倍频, 主要以4.3倍频为主。庞加莱图为近似圆, 为拟周期运动。而由于外转子转速较大, 激振力较大导致振动不稳定, 因此外转子机匣在轴心轨迹上表现为具有一定厚度的圆环。

低压压气机发生碰摩时的振动响应如图4所示。与图3相比, 振动出现了强烈的非线性。风扇转子和低压压气机轮盘振动轨迹杂乱, 轴心轨迹不再是规则的圆形, 而是出现花瓣形, 波形图幅值跳动, 低压压气机轴心轨迹出现削波现象。频谱图除1倍频外, 风扇轮盘出现明显的2倍频、4倍频, 低压压气机出现2倍频和微小幅值的6倍频。庞加莱呈多点, 混沌状态;风扇机匣振动轨迹呈不规则的圆, 波形图振幅不稳定, 但频谱图出现1倍频以及微量的4.3倍频。庞加莱不再呈现圆形分布, 拟周期振动程度降低。尽管风扇和低压压气机由于碰摩而导致强烈的非线性振动, 但是低压涡轮轮盘振动没有明显变化, 这是因为内转子的风扇和涡轮之间链接一根刚度较低的长轴段, 它们之间还有3个轴承, 耦合振动影响不明显。与此同时, 高压压气机和高压涡轮轮盘也没有发生明显的变化, 这表明内转子碰摩的强度不大, 对高压转子影响很小。

图5为外转子发生碰摩时的振动响应。此时, 高压压气机和高压涡轮轮盘轴心轨迹杂乱, 有明显的削波现象。时域波形也呈现削波现象, 频谱图以4.3倍频为主, 1倍频较低, 且出现5~7倍频的高频带。庞加莱都呈多点, 非周期运动;外转子机匣的轴心轨迹杂乱, 时域波形图振幅波动明显, 高压压气机机匣频谱图出现明显的1倍频、4.3倍频和6倍频, 高压涡轮机匣频谱图以4.3倍频和6倍频为主, 且出现轻微的其他宽频带。庞加莱图呈现散点分布, 系统进入非周期运动。而低压转子尽管没有发生碰摩, 风扇和低压压气机轮盘都出现了杂乱和非线性现象。时域波形图表明低压转子振动幅值不稳定, 频谱图以1倍频为主, 但在2倍频到3倍频之间出现了微小的频带。庞加莱图呈现散点, 系统为非周期运动。风扇机匣轴心轨迹表现为圆环, 出现了振动不稳定现象。频谱图以1倍频为主。庞加莱图呈现散点, 系统做非周期运动。但是低压涡轮轮盘和低压涡轮机匣的振动特性没有明显的变化。可见, 外转子碰摩对内转子振动会产生影响。但是对低压涡轮影响不大。

3 结论

本文通过对某型航空发动机建模分析, 获得了该转子系统在不同碰摩状态下的转子振动响应, 发现:

1) 航空发动机转子在没有发生碰摩故障时呈现拟周期运动。内转子以1倍频振动为主, 外转子以4.3倍频为主, 轴心轨迹呈圆形, 时域图呈正弦, 庞加莱图呈一个圆形。内转子机匣振动以1倍频为主, 外转子以4.3倍频为主。

2) 低压压气机发生碰摩时, 风扇和低压压气机都出现了1倍频、2倍频、4倍频以及微小幅值的6倍频, 轴心轨迹杂乱, 时域图出现明显削波, 庞加莱图呈多点, 但对低压涡轮以及高压压气机高压涡轮影响不大。机匣振动响应也没有明显变化。

3) 高压压气机发生碰摩时, 高压压气机和高压涡轮轮盘振动响应非常相似, 轴心轨迹图非常不规则, 频谱出现频带。高压压气机机匣频谱图出现4.3倍频和6倍频, 高压涡轮机匣频谱图以4.3倍频和6倍频为主;高压压气机碰摩还会引起低压转子非线性振动。

以上研究结果可以为航空发动机的故障定位提供参考, 为开发航空发动机振动状态监测和故障诊断系统提供理论支持。

摘要：航空发动机转子系统的振动对飞机的飞行安全具有重要影响。文中针对某型航空发动机无中介轴承的双转子系统的结构特征, 采用集中质量法建立了双转子-轴承-机匣耦合的动力学模型, 分别对内外转子碰摩故障进行了仿真, 通过轴心轨迹图、时域波形图、频谱图、庞加莱图分析了双转子系统耦合振动响应特性, 提取了内外转子碰摩故障特征。研究成果可以为航空发动机振动状态监测和故障诊断系统提供理论支持。