基于振动异常的电机故障诊断

来源:网络  作者:网络转载   2019-10-06 阅读:416
 1、只管寻找振动故障

20世纪60年代以前,为了消除机组振动,查明故障原因,基本上都采用解体检查直观寻找。当发现故障时不论与振动有关都要先消除,再起动,若振动没有解决,再拆再寻找,开始是小拆小查,逐渐扩大,后来是大拆大卸,最后即使振动消除了,往往仍不明白其故障原因。

这种寻找振动故障的方法,其效果主要是由下列因素决定。

(1)、振动故障直观可见性

     由于是采用肉眼或一般的测量直观寻找,因此能找到的振动故障必然是直观可见的故障,对于直观不能发现的故障,例如转子不平衡、系统共振、汽轮发电机转子存在热弯曲等故障,即使多次寻找,也无法查明。

2)、发现故障的偶然性

 即使对于直观可见的故障,也不是通过1~2次解体检查就能发现的,这是由于寻找本身带有较大的盲目性,因此发现故障往往带有较大的偶然性。

(3)、设备结构和故障机理的复杂性

     对于结构复杂,特别是大型汽轮发电机组,不仅零部件大又多、结构复杂,而且引起振动的机理也很复杂,一次解体寻找振动故障不可能对机组每一个部件都做好仔细检查,即使是直观可见的振动故障,在一次解体寻找中也未必能发现,因此直观寻找在大机组上的成功率往往很低。

2、振动原因分析寻找

由于直观寻找振动故障的盲目性太大 ,费时费工,因此我国从20世纪60年代开始采用对机组振动首先进行一些测试,观察振动与那些运行参数有关,然后对其振动原因进行分析,排除一些无关的因素,确定一个可疑的故障范围,再去寻找振动故障原因。这样不仅减少了振动故障的怀疑面,而且突出了寻找故障的重点,由此不仅减少了寻找时间和工作量,而且显著提高了故障的成功率。

3、振动故障诊断

振动故障诊断与上述两种查明故障方法的最大区别是摆脱了振动故障以眼见为实的局限性。振动故障诊断是采用演绎推理的方法,以故障特征为基础,与振动特征进行比较、分析。或采用逐个排除的方法,对振动性质、故障原因和具体部件做出判断。

演绎推理有反向推理和正向推理两种形式,这两种形式在目前的振动故障诊断中都有使用。下面具体介绍这两种方法在振动故障诊断中的使用方法、使用要点和存在的问题。

(1)反向推理

     在故障诊断中,反向推理也称目标直接推理,依据振动特性反推出振动故障原因。反向推理在推理过程中只与单一的目标有关,当振动特性与故障特征符合时,即可作出诊断。

     使用反向推理不需要了解故障范围,只要对有关的故障特征有所了解,即可进行诊断,因此目前在我国国内这种诊断方法应用相当广泛,而且在线诊断目前主要也是采用这种推理方法。由于反向推理诊断故障容易掌握,所以目前已获得较广泛应用,但是在实际诊断振动故障时往往会发生下列弊病。

1)特征不唯一导致诊断结果不肯定     电机绝大多数振动故障特征有多方面的反应,不同的故障其特征存在着显著的交叉,例如转子不平衡过大,引起的是基频振动过大。同样,支承动刚度不足,轴系连接同心度、平直度偏差等故障,也会引起基频振动过大。也就是说故障和特征之间不是一一对应的关系,而是多重交叉的关系,一种故障可能有多种特征,多种不同的故障可能表现出同一种特征。依据振动特征反推故障,必然会得出几种不肯定的诊断结果,可能是某种原因,或大概是某种原因。

2)产生漏诊断和误诊断   由于故障与特征之间不是一一对应的关系,一种故障在特征上有多重反应,不同的故障特征相互交叉等原因,在诊断的反向推理中,不仅可能会得出错误诊断,而且还会漏掉引起振动的真正故障。出现漏诊断和误诊断机率虽然与诊断者对故障特征和振动特征认识的广度和深度直接相关,但从诊断方法来说这种现象是难以避免的。

目前在实际振动故障诊断中,为了避免漏诊断,有时采取不惜误诊断的一种错误做法。将一台机组振动说成是多种故障原因的综合反映,为此对一台机组振动故障诊断往往提出4~5个或更多的可能原因,而且各个原因之间往往互不相干。但现场绝大部分实际机组振动的故障原因是1~2个,而且这些故障原因是相互密切相关的。

由现场消振经验证明,当故障诊断准确率为20%~30%时,虽然有一定的参考价值,但它的误导作用影响太大,会对消振带来极为不利的影响。

(2)正向推理

     在旋转电机故障诊断中,使用正向推理诊断故障的前提是振动故障范围必须明确,具体推理方法是在能够引起机组振动故障全部原因(称故障总目录)中与实际机组存在的振动特征、故障历史,进行搜索、比较、分析,采取逐个排除的方法,剩下不能排除的故障即为诊断结果,即某种故障不能排除,这一诊断结果包含两层含义,一层含义是当只有一个故障不能排除时,它是引起振动故障的原因;另一层含义是当还剩下两个以上故障不能排除时,这些故障都是振动的可能原因,需要进一步做工作,排除其中无关的故障。

正向推理在思维方式上要比反向推理直接诊断故障严密的多,由此可以获得很高的诊断严密性和诊断的准确率和具有肯定性的诊断结果,应掌握以下要点。

1)振动故障范围   对机组振动故障诊断来说,应明确机组振动到底存在哪些故障及其相应特征。这显然是一个非常复杂和涉及面很广的问题,而且即使列全了机组振动的所有故障及其相应特征,在实际诊断时如何查找和记住这些故障和特征,也是十分困难的事。

2)分层次诊断  所谓分层次,具体是指先大范围,后小范围,再具体到某一种故障和某一个部件。在每一层次上诊断,首先要明确这一层的故障范围及其相应的故障特征和机理,在对机组振动特征已全面和深入了解的基础上,作严密推理,才能获得可靠和肯定的诊断。

3)故障特征和故障机理  由于故障和特征之间不是一一对应的关系,不同故障特征的相互交叉,造成反向推理诊断结果不肯定和误诊断。客服这一缺点的有效措施,一是采用正向推理;二是明白故障机理,通过对故障机理的分析,若不能解说故障特征多重性和相互的交叉现象及故障形成史,也可排除特征相似但实际与发生震动无关的故障。若是同时存在两个以上故障,应说明各个故障之间的相互关系,及各个故障在振动中所占的相对量值,这样才能保证诊断结果的准确性,以及消振对策的切实有效。

4)振动特征和振动机理  如果说掌握故障特征和故障机理是获得正确诊断结果的先决条件,那么正确获取机组振动特征和振动机理,则是获取准确诊断的必要条件。若采用正向推理,诊断的结果只能是缩小怀疑面,而最终仍不能获得肯定的诊断结果,因此仍属反向推理范畴。

    4、目前振动故障诊断准确率较低的原因

在各种故障诊断中,振动故障诊断是最早提出的,但其故障诊断的准确率还较低,其主要原因有以下几点。

(1)注意力集中在直观可见的故障上

    机组一旦发生振动,把诊断故障的注意力首先集中在机组已呈现的一些故障上,尽管对这些已见故障特征和机组振动现象也进行了对比分析,但严格地说这不能称作故障诊断,而应是分析寻找故障,其准确率显然不会高。

    (2)习惯于反向推理

    早先由于对故障特征广度和深度了解较少以及振动故障范围不明确,因此只能使用反向推理,在今天对于大多数初次涉及故障诊断的人来说往往也是从反向推理开始,久而久之形成习惯,而且长期以来故障诊断方法本身没有引起普遍的关注,因而加深了反向推理这种传统做法的发展和延伸。

   (3) 对掌握机组振动故障范围、故障特征和机理的重要性认识不足

目前振动故障诊断准确率不高、除受传统影响和反向推理影响外,还有一个重要原因是对于掌握机组故障范围、故障特征及机理的重要性未能引起充分的重视。所以当遇到振动异常时,主要凭个人经验和习惯做法去处理,但对于这些振动的故障范围、故障特征及机理,却很少认真研究。产生这种现象的原因一方面是受传统习惯的影响,另一方面是受不确切的故障特征的误导。例如一些教科书和文献指出,存在2x(两倍转子工作频率)振动分量,是转子不对中,在这里既没有给出量值,也没有指出在什么故障范围内、应排除哪些故障,才能获得这一诊断。因此在这些不确定故障特征的影响下,不仅会对一般工程师产生误导得出错误的诊断,而且对从事振动专业工作多年的工程师,也会产生误导,给消振带来严重不利的影响。

当然,接受误导的主观原因,是对于故障诊断方法。机组振动故障范围、故障特征及机理不够了解,因而对不确切的故障特征和经验缺乏分辨能力。

标签: 电机
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