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摘 要：介绍了旋转设备在线状态监测系统S8000主要应用图谱,在炼油装置大机组上应用的实例,根据图谱对机组故障进行的诊断.
关 键 词：状态监测S8000大机组故障分析
随着生产装置向着大型化、自动化和连续化方向发展,生产对机械设备的要求越来越高,一些大型设备需要以单机、满负荷、长周期方式工作,任何机组出现问题都将严重影响装置的平稳运行,甚至停工,其经济损失是非常巨大的,这就对机械设备的安全性和可靠性提出了更高要求.除了在装置检修期间,充分做好机组的检修工作外,机组的运行维护也显得非常重要.机组状态监测和故障诊断是大型机组维护中的一个重要方面,在设备运行过程中,通过先进的技术手段及时发现异常和故障,把握它的发展趋势,通过分析找出问题的根源,从而尽早采取有效的预防措施或维修方案,为设备维护和维修提供依据,保证设备的安稳长满优运行.
一、状态监测的常用图谱
1.振动趋势图
在机组运行时,可利用趋势图来显示、记录机器的通频振动、各频率分量的振动、相位或其它过程参数是如何随时间变化的.
这种图形以不同长度的时间为横坐标,以振幅、相位或其它参数为纵坐标.在分析机组振动随时间、负荷、轴位移或其它工艺参数的变化时,这种图给出的曲线十分直观,对于运行管理人员来说,用它来监视机组的运行状况是非常有用的.
2.波形频谱图
在对振动信号进行分析时,在时域波形图上可以得到一些相关的信息,如振幅、周期（即频率）、相位和波形的形状及其变化.这些数据有助于对振动起因的分析及振动机理的研究.但由于从波形图上不能直接得到我们所需要的精确数据,现在已经很少有人用它来确定振动参数.但它可以在实时监测中作为示波器用来观察振动的形态和变化.
我们知道,对于一个复杂的非谐和的周期性的振动信号,可以用傅立叶级数展开的方法得到一系列的频率成分.对振动波形进行FFT处理则得到振动的频谱分布,即频谱图,该图反映了振动的频率结构.
3.波德图
波德图是反映机器振动幅值、相位随转速变化的关系曲线,见图2-1.图形的横坐标是转速,纵坐标有两个,一个是振幅的峰-峰值,另一个是相位.从波德图上我们可以得到以下信息：
3.1转子系统在各种转速下的振幅和相位；
3.2转子系统的临界转速；
3.3转子系统的共振放大系数（Q等于Amax/ε）；一般小型机组Q在3～5甚至更小,而大型机组在5～7；超过上述数值,很可能是不安全的；
3.4转子的振型；
3.5系统的阻尼大小；
3.6转子上机械偏差和电气偏差的大小；
3.7转子是否发生了热弯曲.
4.频谱瀑布图
用某一测点在启停机（或正常运行中）时连续测得的一组频谱图按时间顺序组成的三维谱图就是频谱瀑布图,见下图.图中Z轴是时间轴相同阶次频率的谱线集和Z轴是平行的.从图中可以清楚地看出各种频率的振幅随时间是如何变化的.
5.极联图
极联图是在启停机转速连续变化时,不同转速下得到的频谱图依次组成的三维谱图.它的Z轴是转速,工频和各个倍频及分频的轴线在图中是都以0点为原点相外发射的倾斜的直线.在分析振动与转速有关的故障时是很直观的.该图常用来了解各转速下振动频谱变化情况,可以确定转子临界转速及其振动幅值、半速涡动或油膜振荡的发生和发展过程等（见图5）.
6.轴心位置图
轴心位置图用来显示轴颈中心相对于轴承中心位置.这种图形提供了转子在轴承中稳态位置变化的观测方法,用以判别轴颈是否处于正常位置.
当轴心位置超出一定范围时,说明轴承处于不正常的工作状态,从中可以判断转子的对中好坏、轴承的标高是否正常,轴瓦是否磨损或变形等等.如果轴心位置上移,则预示着转子不稳定的开始.通过对轴颈中心位置变化的监测和分析,可以预测到某些故障的来临,为故障的防治提供早期预报.
一般来说轴心位置的偏位角应该在20～50°之间.
7.轴心轨迹图
轴心轨迹一般是指转子上的轴心一点相对于轴承座在其与轴线垂直的平面内的运动轨迹.通常,转子振动信号中除了包含由不平衡引起的基频振动分量之外,还存在由于油膜涡动、油膜振荡、气体激振、摩擦、不对中、啮合等等原因引起的分数谐波振动、亚异步振动、高次谐波振动等等各种复杂的振动分量,使得轴心轨迹的形状表现出各种不同的特征,其形状变得十分复杂,有时甚至是非常地混乱.
二、机组常见故障的判断
1.转子不平衡
不平衡是各种旋转机械中最普遍存在的故障.引起转子不平衡的原因是多方面的,如转子的结构设计不合理、机械加工质量偏差、装配误差、材质不均匀、动平衡精度差；运行中联轴器相对位置的改变；转子部件缺损,如：运行中由于腐蚀、磨损、介质不均匀结垢、脱落；转子受疲劳应力作用造成转子的零部件（如叶轮、叶片、围带、拉筋等）局部损坏、脱落,产生碎块飞出等.
不平衡转子的振动信号,其时间波形和频谱图一般具有如下典型特征：
1.1原始时域波形的形状接近一个纯正弦波；
1.2振动信号的频谱图中,谐波能量主要是集中在转子的工作频率（1X）上,即基频振动成分所占的比例很大,而其它倍频成分所占的比例相对较小；
1.3在升降速过程中,当转速低于临界转速时,振幅随转速的增加而上升.当转速越过临界转速之后,振幅随转速的增加反而减小,并趋向于一个较小的稳定值.当转速等于或接近临界转速时,转子将会产生共振,此时的振幅具有最大峰值；
1.4当工作转速一定时,振动的相位稳定；
1.5转子的轴心轨迹图呈椭圆形；