歪度指标在立磨循环风机故障诊断中的分析应用

摘要： 通过有效实施设备离线振动状态监测，运用振动参数变化特征、时域无量纲指标、频谱图等进行综合分析，及时诊断出立磨循环风机基础松动故障。使设备存在的问题得到了及时的处理和解决，从而避免了设备故障的进一步恶化，为有效保证生产设备安全、高效运行提供了有力的保障。

关键词：振动监测、参数变化、故障诊断、歪度指标、频谱图

一、概述

   立磨循环风机是新型干法水泥熟料生产线四大风机之一，其运行正常与否直接影响生料粉磨系统的可靠运行；如产生严重故障，可能影响整个熟料生产线的安全、稳定、连续运行。为此，我司于2010年开始实施设备离线振动状态监测，将该设备纳入监测范围。选用专业从事生产设备状态监测与故障诊断的上海华阳公司HY-106C工作测振仪、配备单机版PMS点巡检管理系统软件。该系统操作方便，功能实用，不仅有基本的振动频谱分析功能；尤其还显示了比较全面的时域波形中无量纲指标参数。对于利用峰值指标、峭度指标、歪度指标来进行故障诊断的工程技术人员来讲比较受用。同时频谱分析中的标准包络、峰值包络分析对于设备冲击类故障的分析也比较方便。该软件还具有可扩展轴承库方便查询设备轴承特征频率、及时把握设备故障发展趋势，在对滚动轴承的故障诊断中易于发现端倪。此次主要是利用无量纲指标的歪度分析和频谱分析及时发现了立磨循环风机基础松动问题。安排维修，杜绝了隐患的恶化，保证生产安全。

二、设备参数

1、风机型号：SL6-2x39No.30.5F

2、配套主电机型号：YRKK900-6

3、风机正常操作运行转速在900r/min左右，转频15HZ。

4、风机轴承型号为：SKF 22244CC/W33/C3

三、设备振动监测点布置情况

按照振动测点布局原则，电机自由端为1号测点，电机输出端为2号测点，风机双支承轴承分别为3号点和4号点。监测方向与测量参数的选择按照常规旋转机械的一般方法，轴向和水平选择测速度参数，垂直方向选择加速度和速度两个参数测量。采集仪器为华阳HY-106C工作测振仪。采集方式为计划测量，由PMS点巡检管理系统下载任务给HY-106C，点检员按照具体计划任务采集回收数据。采集周期正常情况下为2周一次。

四、无量纲中的歪度指标

1）、歪度指标(Skewness Factor) —— 以平均值为中心，波形的对称性。 公式为：

标准偏差σ的定义：测量的数据，在其平均值周围分布的紧密程度（离散程度）。通常，标准偏差越小，测量的重复性和测量的精度就越高。其计算公式如下：

2）典型信号的无量纲幅值诊断参数值：

3）歪度指标的分析意义

   歪度指标是用来描述时域波形中，波形以平均值为中心的对称程度，对于机械松动故障的诊断意义明显，理想状态下，指标比值在0位置。

以传感器垂直安装为例，歪度指标为正值时，意味着向上方向的冲击信号大，时域波形中0线以上波形幅值丰富且偏大。可推断基础刚度弱化，考虑设备基座松动，频谱中以工频分量为主，可检查基座焊接有无裂缝、地脚螺栓有无松动脱落、二次灌浆有无裂缝等。

相反，如果歪度指标为负值，意味着向下方向的冲击信号大，设备振动同向于传感器方向，时域波形中0线以下波形幅值丰富且偏大，可推断设备轴系松动，一般考虑间隙增大。

如果是滑动轴承，3倍频幅值明显，考虑轴瓦间隙，如果是滚动轴承，3-5倍频幅值明显；经验认为：3倍频幅值最大，多考虑轴和轴承间的松动，如出现了4倍频高幅值，考虑轴承本体松动。

五、故障分析

1）、3#和4#测点振动测量值情况（测量设备转速均为900r/min）

2）、分析情况

2012年5月6日上午对该风机进行周期振动数据采集时发现4^#测点振动值变化比较大，随即我们对采集的数据回收至PMS设备点巡检管理系统中进行详细分析，具体分析情况介绍如下：

1）、从振动数值趋势分析可见，1^#、2^#测点振动速度值均在1～1.5mm/s左右,无明显波动,振动值正常;3^#测点振动速度值虽也偏大,但波动量不大,而4^#测点振动速度值有明显的上升,上升幅度接近两倍左右；各测点加速度值都比较小，从时域波形图看无明显冲击现象。为此，根据此振动数值特征，初步诊断该设备故障主要在3^#和4^#测点部位（即风机本体），主要问题在4^#测点，而且故障类型属低频类型故障。

（2）、我们依据上一点初步诊断情况，重点对4^#测点V-v（垂直方向速度值）频谱图进行了分析，经分析发现4^#测点V-v频谱图出现多

次的转频（15Hz）谐波分量，除转频及其谐波分量外未发现其它频率成分（详见图1）；时域无量纲指标歪度为0.25(详见图2)，正常歪度值应为0左右。根据此两特征我们诊断其存有松动现象，且根据时域无量纲指标歪度值为正值的情况，断定4^#测点基础有松动现象。

五、故障处理

1）、根据以上情况，随即到现场对4^#测点轴承座与底座联接螺杆及轴承座底座与混泥土基础联接螺杆进行了振动测量。从测量的振动值情况可以发现松动主要是在轴承座底座与混泥土基础联接部位振动值为8.0mm/s的螺杆上（轴承底座及混泥土基础联接螺杆振动值情况详见图3和图4）。为此，我们立即对该设备轴承座各部位螺杆进行了紧固，紧固时发现振动值为8.0mm/s的螺杆存在明显的松动现象。

2）、各基础螺栓紧固后对该设备运行振动值情况进行了再次测量，经测量可知该设备振动值已得到了明显的下降，轴承座监测点各部位速度振动值在1～2mm/s之间，已恢复到设备正常运行状态。（处理后

轴承底座及混泥土基础联接螺杆振动值情况详见图5和图6）

六、总结

通过以上诊断实例，可充分说明利用振动参数变化特征、频谱图和时域无量纲指标分析法，是对旋转机械振动故障分析的一种简洁实用、高效、准确的故障诊断方法，对大型旋转机械的故障诊断和维修方案的制定都有非常重要的参考价值，可有效减少设备故障判断的时间，使设备存在的问题能够得到及时的处理，大大提高设备的运行效率。 

参考文献

1、设备故障诊断，主编：沈庆根、郑水英。化学工业出版社，2006。

2、机械设备故障诊断实用手册，主编：杨国安；中国石化出版社，2007。