煤氣鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱振動(dòng)故障診斷淺析
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摘要：煤氣鼓風(fēng)機(jī)是化產(chǎn)品回收廠中焦?fàn)t煤氣運(yùn)輸及凈化的核心設(shè)備，而齒輪箱是其連接與傳遞動(dòng)力的主要部件，在運(yùn)行中極易發(fā)生故障問題，因此，對(duì)其進(jìn)行振動(dòng)分析和故障診斷具有十分重要的意義。本文就以化產(chǎn)品回收廠煤氣鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱為研究對(duì)象，探討了該設(shè)備的振動(dòng)分析及故障診斷，以饗讀者。
關(guān)鍵詞：化產(chǎn)品回收廠；煤氣鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱；振動(dòng)分析；故障診斷
根據(jù)《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》以及《臨汾市2019年鋼鐵、焦化行業(yè)深度減排實(shí)施方案》等相關(guān)文件的要求，化產(chǎn)品回收廠對(duì)三個(gè)回收車間進(jìn)行了VOCs氣體的治理。通過(guò)對(duì)回收鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域波形、頻譜等分析，對(duì)其存在的隱患問題進(jìn)行診斷。
1煤氣鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱簡(jiǎn)析
在化產(chǎn)品回收廠中，化工鼓風(fēng)機(jī)是用于焦?fàn)t氣回收的主要?jiǎng)恿υO(shè)備，被化產(chǎn)品回收廠廣泛應(yīng)用于煤化工副產(chǎn)品的提取工藝，如加熱爐以及市民生活中所用的焦?fàn)t煤氣等。通過(guò)提取，然后從焦?fàn)t中輸送出去。因其在運(yùn)行中，VOCs（非甲烷總烴）氣體較多，導(dǎo)致該設(shè)備存在較嚴(yán)重的問題。在化產(chǎn)品回收廠中，齒輪箱及齒輪是煤氣鼓風(fēng)機(jī)連接和傳遞動(dòng)力的主要部件，是該設(shè)備進(jìn)行旋轉(zhuǎn)機(jī)械重要的組成部分。在實(shí)際運(yùn)行中，煤氣鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱因?yàn)橹圃鞎r(shí)存在缺陷，或者是在安裝調(diào)整時(shí)存在不當(dāng)，此外，在運(yùn)行中潤(rùn)滑不足，或過(guò)量磨損以及金屬疲勞和超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，會(huì)導(dǎo)致齒輪箱出現(xiàn)界限偏斜、偏心、齒輪誤差、齒面磨損以及齒輪的點(diǎn)蝕、剝落和斷裂等故障。一旦出現(xiàn)這些故障問題，就會(huì)導(dǎo)致齒輪箱振動(dòng)異常，因此，對(duì)齒輪箱的振動(dòng)情況進(jìn)行分析，能快速判斷出齒輪箱故障信息。
2煤氣鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱振動(dòng)分析及故障診斷
在對(duì)化產(chǎn)品回收廠煤氣鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱振動(dòng)分析時(shí)，振動(dòng)速度的有效值是一個(gè)十分有用的參數(shù)，同時(shí)也是一個(gè)十分直觀且常用的參數(shù)。通過(guò)測(cè)量振動(dòng)速度的有效值，并將其作為參考，對(duì)設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，是對(duì)齒輪箱故障診斷的有效方法。在實(shí)際運(yùn)用中，需要參照ISO2372以及ISO10816等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在齒輪箱上設(shè)置不同的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并將測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合比對(duì)，特別是針對(duì)信號(hào)的最大峰值與有效值進(jìn)行比對(duì)，得出的波峰系數(shù)，能反映出齒輪箱在不同時(shí)段受到的沖擊，然后進(jìn)行幅值的分析，就可以準(zhǔn)確判斷出齒輪箱存在的故障。在具體操作中，需要從以下幾個(gè)方面著手。
2.1對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理
眾所周知，煤氣鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱的齒輪在正常工作狀態(tài)下，會(huì)產(chǎn)生齒輪的載荷波動(dòng)，但這種波動(dòng)對(duì)于齒輪箱振動(dòng)的幅值不會(huì)產(chǎn)生較大的影響，而且齒輪的信號(hào)中嚙合頻率往往是載波成分，齒輪軸旋轉(zhuǎn)的頻率成分則是調(diào)制波成分。因此，當(dāng)煤氣鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱中的齒輪發(fā)生故障問題時(shí)，其調(diào)制的結(jié)果往往會(huì)在頻率上具有一定的差異。例如，當(dāng)齒輪副發(fā)生初期的磨損時(shí)，齒輪會(huì)在工作的過(guò)程中，逐漸產(chǎn)生特殊的頻率，而這種特殊的頻率就可以通過(guò)測(cè)試儀器進(jìn)行檢測(cè)并驗(yàn)證。
2.2對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析
當(dāng)采集完相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息后，需要對(duì)所有采集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行初步的統(tǒng)計(jì)、分析和處理，從而初步了解采集數(shù)據(jù)的顯著特點(diǎn)，并明確相應(yīng)數(shù)據(jù)的指標(biāo)，這樣就可以根據(jù)相關(guān)的信息，有效推測(cè)出齒輪箱整體數(shù)值的特征及規(guī)律，比如，齒輪箱的標(biāo)準(zhǔn)偏差、中位數(shù)以及眾數(shù)等相關(guān)的信息。而且，通過(guò)分析這些規(guī)律，還能幫助技術(shù)人員更好地了解煤氣鼓風(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)。但這種方式往往需要依托成熟的軟件，同時(shí)還需要運(yùn)用大量的實(shí)際數(shù)據(jù)作為研究的基礎(chǔ)。而且，在實(shí)際運(yùn)用中，為了節(jié)省對(duì)齒輪箱監(jiān)測(cè)的時(shí)間，技術(shù)人員還需要運(yùn)用多元統(tǒng)計(jì)分析的方法，對(duì)多個(gè)對(duì)象及指標(biāo)之間的聯(lián)系進(jìn)行分析，了解并計(jì)算相應(yīng)數(shù)據(jù)彼此間存在的規(guī)律。但在實(shí)際運(yùn)用中，這種方法還存在一定的偏差，需要相關(guān)技術(shù)人員合理選擇研究的對(duì)象，從而最大限度地減少誤差的產(chǎn)生。
2.3借助小波理論進(jìn)行信號(hào)時(shí)頻分析
在對(duì)煤氣鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱中齒輪的信號(hào)時(shí)頻進(jìn)行分析時(shí)，還需要借助小波理論。在實(shí)際運(yùn)用中，對(duì)不穩(wěn)定的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和分析，如果運(yùn)用傳統(tǒng)的方式對(duì)齒輪的信號(hào)時(shí)頻進(jìn)行檢測(cè)和分析，就很難快速而準(zhǔn)確地探究出數(shù)值變化的規(guī)律，而小波理論因其具有較強(qiáng)的奇函數(shù)緊支特征及能量集中的性質(zhì)，可以利用小波理論的變換獲得相應(yīng)的近似系數(shù)及細(xì)節(jié)系數(shù)，從而更好地尋找并探究出信號(hào)低頻的部分及高頻的部分，然后就能準(zhǔn)確展現(xiàn)出信息所具備的特征，實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的挖掘，并實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確的分析。
2.4運(yùn)用專家系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析
專家系統(tǒng)也是一種在煤氣鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱中齒輪的信號(hào)時(shí)頻分析領(lǐng)域應(yīng)用較廣的技術(shù)。該技術(shù)具有極強(qiáng)的知識(shí)性及經(jīng)驗(yàn)性，是一種專業(yè)的程序系統(tǒng)。在具體運(yùn)用中，首先，應(yīng)在該系統(tǒng)中設(shè)置該領(lǐng)域?qū)I(yè)的知識(shí)庫(kù)，然后運(yùn)用推理的方式，模擬出該領(lǐng)域?qū)＜宜季S的過(guò)程，從而幫助相關(guān)工作人員在最短的時(shí)間內(nèi)解決遇到的復(fù)雜的問題，這樣一來(lái)，不僅問題解決的效果顯著，而且準(zhǔn)確度較高。
2.5基于模糊理論進(jìn)行數(shù)據(jù)處理
當(dāng)檢測(cè)出煤氣鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱已經(jīng)處于故障狀態(tài)時(shí)，技術(shù)人員往往會(huì)根據(jù)發(fā)生故障嚴(yán)重的程度，對(duì)其進(jìn)行等級(jí)的劃分，從而幫助工作人員按照一定的順序進(jìn)行檢驗(yàn)維修工作。但在實(shí)際的工作過(guò)程中，因?yàn)榉N種因素的影響，很難清晰、準(zhǔn)確地對(duì)故障的等級(jí)進(jìn)行劃分。針對(duì)這樣的情況，可以運(yùn)用模糊理論，對(duì)故障信息進(jìn)行綜合分析，重新理清等級(jí)邊界，準(zhǔn)確劃分煤氣鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱的故障等級(jí)。
2.6借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理
在當(dāng)前時(shí)代，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)興起并被廣泛應(yīng)用，該技術(shù)是一種通過(guò)運(yùn)用數(shù)學(xué)模型來(lái)模擬人腦基本能力的一種極為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，能夠使網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)擁有像人類一樣的思考能力，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行大規(guī)模處理的效果。此外，還技術(shù)還具有一定的自主學(xué)習(xí)能力及一定的容錯(cuò)性，十分適合處理一些相對(duì)較為簡(jiǎn)單的非線性問題。同時(shí)，還技術(shù)還具有推測(cè)合計(jì)的功能，因此，在煤氣鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱故障分析及診斷中運(yùn)用該技術(shù)，能夠準(zhǔn)確進(jìn)行故障的識(shí)別以及故障的診斷。
2.7采用故障樹分析法構(gòu)建故障模型
在對(duì)煤氣鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱進(jìn)行故障分析和診斷時(shí)，還應(yīng)該積極采用故障樹分析法。在實(shí)際生活中，故障樹分析法也是一種被廣泛運(yùn)用的故障分析和診斷技術(shù)，這種技術(shù)是科技人員為了有效避免設(shè)備故障的發(fā)生，根據(jù)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況，依據(jù)對(duì)象的結(jié)構(gòu)及功能特征和行為所構(gòu)建出的數(shù)學(xué)模型，該種數(shù)學(xué)模型能夠依據(jù)設(shè)備故障的傳播及其因果關(guān)系制作出相應(yīng)的模型，并根據(jù)模型進(jìn)行故障的分析和診斷。在實(shí)際運(yùn)用中，采用故障樹分析法構(gòu)建故障模型，能夠分析出設(shè)備出現(xiàn)故障的原因及相應(yīng)的結(jié)果，從而準(zhǔn)確判斷故障發(fā)生的位置及發(fā)生的原因。
2.8應(yīng)用譜峭度算法解決故障診斷問題
應(yīng)用譜峭度算法，也能幫助工作人員更好地實(shí)現(xiàn)煤氣鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱故障的分析和診斷。當(dāng)煤氣鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱發(fā)生故障時(shí)，其振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生額外的頻帶信息，比如，振蕩頻率以及機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)參數(shù)，等等。而通過(guò)運(yùn)用譜峭度算法，不需要借助歷史數(shù)據(jù)以及驗(yàn)證信息，就可以準(zhǔn)確計(jì)算出煤氣鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱正常運(yùn)轉(zhuǎn)最佳的頻率，然后，將其與檢測(cè)到的相應(yīng)頻率進(jìn)行對(duì)比，這樣就能夠準(zhǔn)確了解煤氣鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱局部故障的周期性脈沖信號(hào)，從而準(zhǔn)確找到故障發(fā)生的原因。
3結(jié)語(yǔ)
綜上所述，煤氣鼓風(fēng)機(jī)是煤氣生產(chǎn)過(guò)程中重要的設(shè)備，在化工生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用。而齒輪箱則是鼓風(fēng)機(jī)連接和傳遞動(dòng)力的主要構(gòu)件，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行振動(dòng)分析，然后，通過(guò)停機(jī)解體檢查，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)監(jiān)測(cè)分析和故障診斷是一種行之有效的設(shè)備點(diǎn)檢手段，能為煤氣鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱的故障檢修決策提供可靠的依據(jù)。因此，相關(guān)化工企業(yè)在對(duì)煤氣鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱進(jìn)行故障檢修時(shí)，應(yīng)積極運(yùn)用振動(dòng)分析和故障診斷技術(shù)，從而最大程度上確保煤氣鼓風(fēng)機(jī)齒輪箱檢修工作的效果，保障設(shè)備使用的壽命及安全性。
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作者:張鵬 陳鵬 單位:山西焦化集團(tuán)有限公司
