浅谈预知性维修与测振仪的使用
南京市自来水总公司城北水厂（210038） 吴健
摘要：本文首先根据设备磨损的规律说明了预知性维修的必要性，然后介绍了测振仪的使用原理及传感器安装要点；通过具体事例证实了测振仪在预知性维修中起到不可勿视的作用。
关键词：磨损；预知性维修；测振仪
Discussion about Predictive maintenance and the use of Vibration Measurer
(Nanjing tap water company, Chengbei water works Wujian)
Abstract: Firstly, this article illustrates the necessity of predictive maintenance in modern maintenance system on the basis of regular abrasion pattern of the device and its parts. Then, it introduces the basic principle of the vibration measurer and the installment points of its sensor. Finally, this paper confirms the essentiality of the vibration measurer in predictive maintenance by concrete facts.
Key words: abrasion; predictive maintenance; vibration measurer
一、引言
历史上设备维修制度经历了“事后维修”、“预防维修”、“ 计划预防检修”等多种方式，最具代表性的是失效后修理和制定定期的大、中、小修计划。这些方式的共同点在于不是以设备实际存在的隐患为依据的，因而不可避免存在盲目拆卸，维修不足和人力、财力的浪费或机器停运造成经济损失等缺点，维修缺乏科学性。随着科学技术的不断提高, 设备(或零部件)的状态检测仪器和手段得到了很大发展，人们发现，通过检测仪器对设备的运行情况进行诊断，确定设备存在的早期故障及原因，有针对地制定维修计划是行之有效的，它从很大程度上弥补了以上缺点。据统计结果表明，在机械行业中，尤其是旋转机械的状态检测,使用最多的故障诊断仪器是测振仪。本文将结合预知性维修探讨测振仪的使用。
二、预知性维修的必要性
预知性维修是指根据对设备检测结果,视设备的具体状态, 来确定最合适的修理时机及更合理的修理方法。现在普遍的定义为：依据设备的实际状况，通过科学合理的安排检修工作，以最少的资源消耗保持机组（设备）的安全、经济、可靠的运行能力。预知性维修亦称状态维修或视情维修，其依据是：设备(或零部件)在不同工况下有着不同的磨损特性。通过设备诊断手段发现其磨损规律，在故障出现之前时及时维修。
设备磨损一般存在着如图1所示的三个顺序阶段。第一阶段为磨合阶段（AB），这是设备的初期使用阶段，这时设备零部件接触面磨损较为激烈，经过短期运行较快地消除了表面加工原有的粗糙部分，形成最佳表面粗糙度。第二阶段为渐近磨损阶段（BC），此阶段即是在一定的工作条件下，以相对恒定的速度磨损。第三阶段为加剧磨损阶段（CD），设备磨损到一定程度，磨损加剧，以至影响设备正常运行。按照以上显示的规律，设备维修的最佳选择点，理应是在设备由渐近磨损转化为加剧磨损之前，即应选择在C点附近。
通过先进的技术和仪器对设备及部件的运行状态进行诊断，可以寻找到C点的发生期并制定相应的维修计划，这便是预知性维修的目的。显然与事后修理和计划预修相比，预知性维修具有以下优点：首先，在以设备诊断仪器为先决条件的预知性维修制度中，避免了工作人员现场直接接触设备通过听、摸等手段判断优劣，从而在保证设备安全运行的同时，减少了人员伤亡和事故的发生，具有很高的安全性；其次，由于它是以仪器检测结果为依据，它能正确地反映设备的实际运行状况，提供了数据并真实地记录了设备的磨损发展情况，为制定维修计划提前做好准备，使维修更具有科学性和合理性；再其次，由于修理目的明确，仅对设备的故障点实施维修，大大地减少了不必要的费用，同时也节省了时间和人力，减少环境污染和避免停机造成的损失，使维修具有很强的针对性。据有关文献介绍，在设备上应用预测技术，获利与投资比可达17:1。以预知性维修取代以时间为基础的预防性维修，是维修制度历史发展的必然结果，它已成为关键设备和大中型设备维护方式的发展趋势，具有很强的时代性。
三、测振仪的工作原理
（一）、产生振动的起因
振动是机械设备损坏的重要原因之一。设备在运行中不可避免会产生振动，振动加剧设备的磨损，造成振动的起因又有许多种。常见的有：
1、不平衡。在使用过程中，由于摩擦、积尘、缠绕附着物、（叶轮）汽蚀等引起的转子质心改变，出现不平衡现象。
2、不对中和轴弯曲。这引起轴及联轴器系统产生振动，旋转机械70％～75％的振动是由此引起的。
3、机械松动。起因很多，常见的有轴承磨损、轴颈磨损、螺母松动、螺栓断裂等。
机械设备的振动是个很复杂的过程，但是，设备上各点的振动分布是有一定规律的，如水泵与电机组中水泵的轴承和水泵出水口处振动较大，地脚固定点处振动小等。我们可以选择设备上的一些固定点，跟踪测定设备振动情况。
（二）、加速度传感器与测点的选择
测振仪的种类很多，且有许多升级产品，如振动分析仪、轴承分析仪、频谱仪等，它们都是通过传感器工作的，本文以加速度传感器为例介绍测振仪的工作原理。
测振仪工作时通过加速度传感器采集测点的振动值，分析计算后得出该点的加速度、速度和位移的峰值，这里笔者以压电式加速度传感器为例说明其原理，见图2。将传感器磁性基座吸附在被测点表面，振动引起质量块往复运动，压电元件受压后产生压电效应，电信号通过输出端传入主机。主机根据电信号的强弱及频率特征首先计算出加速度，再根据加速度值一次和二次积分分别计算出速度和位移值。加速度、速度和位移分别从不同角度反应振动的优劣。
测振过程中，测点的选择直接影响监测结果，测点的选择原则是：1、要尽量靠近振源；2、要尽量对准振动方向3、便于多方位测量。例如，对旋转机械而言，测点应尽量靠近轴承。电机自由端一般有后风扇罩，其测点选择在风扇罩固定螺丝有较好监测效果，由于轴承振动的方向是不确定的，通常可取轴向和径向；如图3所示，三个方向（轴向、垂直径向、水平径向）可确定测点的振动情况；A点测三个方向，B点只能测二个方向，但轴向振动的好坏可从A点反映出来。
值得注意的是，设备振动具有很大的随机性，传感器安装的精度也直接影响数据的采集。因此，除了每次检测时测点要固定外，还必须注意对振动信号进行反复采集和分析，综合进行比较。才能得到准确结论。
四、测振仪在预知性维修中的应用
测振仪具有体积小、价格便宜、方便灵活、操作简便等特点得到众多企业的使用，测振仪是预知性维修中最直接最常用的一种离线式设备检测仪器。同时测振仪也是判断设备是否存在故障最直接的仪器，检测人员可根据故障情况制定相应等级的维修，从而节省维修费用并将损失限制在最小范围。下面将通过事例分析测振仪在预知性维修中的作用。
仪器：上海华阳HY-105振动分析仪；
项目：南京城北水厂二级泵房4号机组；
设备：ABB-HXR500LP10调速电机及IDP水泵，540kW，500-600rpm；
测量值判定依据参照标准：ISO2372，见表1；
笔者对该电机驱动端A点水平径向振动速度进行了长达四年的跟踪测试，得出表2中的数据：
在此过程中，我们对数据进行了分析，并根据检测结果对设备进行过维修。在处理故障原因时参照了ISO2372标准，并结合设备磨损规律曲线。
1、01年12月25日，首次检测发现速度值比其它同类电大。考虑到已过了磨合期并排除了电机调速原因后，初步判断机组存在故障。检查过程中发现水泵体内有异常声响；拆泵后发现有木块堵塞叶轮，排除故障后，振速恢复正常。
2、03年9月9日，巡检中发现电机有异响，检测结果为1.1mm/s。该数值超过了历史记录，于是我们缩短了监测间隔，9月25日，速度值达到4.8mm/s，这表明设备可能已进行入加剧磨损阶段，之所以速度值小于ISO2372标准临界值（7.1mm/s）是由于测点距离振源较远，停机对电机驱动端轴承拆卸检查，发现有一滚珠破裂！更换新轴承后故障消失。
3、从表中数也可看出，更换新轴承后振动速度值明显高于以往正常值；但经过一个新的磨合期后，数值恢复正常。
事后对拆换下来的轴承进行了检查：滚道中存在很多小坑，润滑脂变黑且金属磨粒很多，有一滚珠已破裂，没有发现明显炽烧的痕迹。分析结论认为，温度不高，不缺乏润滑，因此磨损的损坏程度要远小于点蚀造成的损坏；滚道中的小坑是正由于长时间接触应力的反复作用的点蚀现象，点蚀加剧了振动，使小坑扩大，剧烈的振动最终使滚珠表面破损，金属磨粒多由接触表面疲劳点脱落物构成。事后有关人员召开总结会议，对此事件达成一致的共识：由于定期对设备进行测振分析，掌握了运行规律，并及时进行了正确的维修，从而避免了轴承架解体造成设备损毁的严重后果，确保了安全供水。以上事实均证明了测振仪器在预知性维修中的重要作用。
五、结论
通过以上论述和事例可知，测振仪的使用使机械设备的预知性维修成为可能，但在使用过程中还要不断发挥主观能动性，具体问题具体分析，灵活运用已有的知识和经验，才能发挥最大的效用。
参考文献：
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