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說(shuō)明： 風(fēng)機(jī)葉片的裂紋和斷裂是導(dǎo)致風(fēng)機(jī)機(jī)組事故的重要因素之一，盡早診斷出風(fēng)機(jī)葉片的
故障部位與故障程度，對(duì)安全生產(chǎn)具有意義重大。本文將葉片振動(dòng)信號(hào)作為研究對(duì)象，利用小波分解方法對(duì)其進(jìn)行信號(hào)分解，并與時(shí)域和頻域方法處理結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，得出診斷結(jié)論。仿真結(jié)果表明: 小波分解方法可以更有效的獲取故障特征信號(hào)，具有較高的故障診斷率。
(The crack and fracture of fan blade is one of the important factors that cause the accident of fan set. It is important for safety production to diagnose the fault location and failure degree of fan blade as soon as possible. In this paper, the viJGRation signal of the blade is taken as the object of study. The signal is decomposed by the wavelet decomposition method, and the results are compared with the time domain and frequency domain methods. The diagnosis conclusion is obtained. The simulation results show that the wavelet decomposition method can acquire the fault characteristic signal more effectively, and has higher fault diagnosis rate.)
一種對(duì)風(fēng)機(jī)葉片裂紋故障診斷方法
【專利說(shuō)明】
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域： 本發(fā)明型涉及一種風(fēng)機(jī)葉片故障診斷方法，特別是涉及一種對(duì)風(fēng)機(jī)葉片裂紋故障診斷 方法。
[0002]
【背景技術(shù)】： 冶金風(fēng)機(jī)是鋼鐵生產(chǎn)工藝過(guò)程中的關(guān)鍵設(shè)備，由于其長(zhǎng)期工作在高溫、高壓、尤其是高 金屬粉塵的惡劣環(huán)境下，極易發(fā)生故障，尤其是長(zhǎng)期運(yùn)行的風(fēng)機(jī)葉片，會(huì)出現(xiàn)不同程度的裂 紋，并且機(jī)械冶金風(fēng)機(jī)的葉片裂紋故障是風(fēng)機(jī)中最嚴(yán)重的故障，它具有突發(fā)性，后果非常嚴(yán) 重，往往會(huì)造成葉片斷裂，甚至葉片飛落，會(huì)對(duì)整個(gè)機(jī)組甚至生產(chǎn)線的安全運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重的 威脅。由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較為復(fù)雜，影響因素較多，如何在較短的時(shí)間內(nèi)找到葉片裂紋故障，目 前是該領(lǐng)域工作人員所面對(duì)的難題。
[0003]
【發(fā)明內(nèi)容】
： 本發(fā)明型目的在于提供一種對(duì)風(fēng)機(jī)葉片裂紋故障診斷方法，該方法能夠在較短的時(shí)間 內(nèi)準(zhǔn)確診斷出風(fēng)機(jī)葉片故障為裂紋故障。
[0004] 技術(shù)解決方案： 一種對(duì)風(fēng)機(jī)葉片裂紋故障診斷方法，包括：①在時(shí)域圖中判斷周期性沖擊的存在進(jìn)而 判斷故障，1.丨頻率圖中會(huì)出現(xiàn)葉片特征頻率，則說(shuō)明該葉片出現(xiàn)故障，當(dāng)出現(xiàn)葉片頻率的 5~7倍頻率時(shí)，并且基頻幅值較高時(shí)，基頻和倍頻幅值呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì)；或基頻幅值較低 時(shí)，高階諧波較高并且高階諧波在一定的范圍內(nèi)波動(dòng)，判斷葉片出現(xiàn)裂紋故障。
[0005] 進(jìn)一步地：在時(shí)域圖中判斷周期性沖擊的存在，如果存在周期性沖擊，則風(fēng)機(jī)存在 故障隱患。
[0006] 進(jìn)一步地：當(dāng)頻率圖中出現(xiàn)葉片頻率的5~7倍頻率，即出現(xiàn)Xp X2、X3、X4、X5，有時(shí) 會(huì)出現(xiàn)x2、x3、x4、x5、x6、x 7, X為葉片特征頻率，即基頻。
[0007] 進(jìn)一步地：基頻較高幅值在該區(qū)間范圍內(nèi)呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì)，公式如下：
其中：i=l，2,……η，η為高階諧波數(shù)，透為葉片裂紋各i階 諧波的振動(dòng)幅值。
[0008] 進(jìn)一步地：基頻幅值較低時(shí)，高階諧波較高并且高階諧波在該區(qū)間范圍內(nèi)波動(dòng)，公 式如下：
其中：i=2, 3,…. η ;n為高階諧波數(shù)；$為葉片裂紋各i階諧波 的振動(dòng)幅值;審為振動(dòng)平均值；
其中i=2,3,–η ; η為高階諧波數(shù)； 當(dāng)出現(xiàn)以上特征時(shí)，可以判定葉片已出現(xiàn)裂紋故障。
[0009] 本發(fā)明根據(jù)裂紋時(shí)域圖和裂紋頻域圖，在較短的時(shí)間內(nèi)即可準(zhǔn)確地判定出葉片裂 紋故障，進(jìn)而有效避免了葉片斷裂造成的葉片飛落，對(duì)整個(gè)機(jī)組甚至生產(chǎn)線的安全運(yùn)行帶 來(lái)嚴(yán)重的威脅。
[0010]
【附圖說(shuō)明】： 圖1為本發(fā)錦工機(jī)葉片裂紋時(shí)域圖； 圖2為為本發(fā)錦工機(jī)葉片裂紋頻域圖； 圖3為本發(fā)錦工機(jī)葉片裂紋故障診斷程序圖。
[0011]
【具體實(shí)施方式】： 根據(jù)采樣定理，采樣點(diǎn)數(shù)的多少與要求多大的頻率分辨率有關(guān)，本發(fā)錦工機(jī)旋轉(zhuǎn)速 度30CiWmm，信號(hào)頻率F=5垃:，風(fēng)機(jī)故障頻率基本在7倍頻以下，譜圖上頻率分辨率=0.1抱，則采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)為：最高分析頻率采樣頻率你=4×5=2?/&，采樣頻 率Λ=51.2/fz，采樣點(diǎn)數(shù)況=512，則采樣時(shí)間為5s，采用Coinv DASP VlO軟件繪制出風(fēng) 機(jī)振動(dòng)的時(shí)域圖和頻域圖； 診斷方法如下： 觀察風(fēng)機(jī)振動(dòng)時(shí)域圖中若有周期性沖擊存在，則判斷風(fēng)機(jī)有故障隱患； 當(dāng)頻域圖中會(huì)出現(xiàn)葉片特征頻率，則說(shuō)明該風(fēng)機(jī)葉片有故障隱患，當(dāng)出現(xiàn)葉片頻率的 5~7倍頻率時(shí)， 即出現(xiàn)Xp X2、X3、X4、X5，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)Xp X2、X3、X4、X5、X6、X 7, X為葉片特征頻率，即基頻。 由數(shù)據(jù)測(cè)得)^=4. 5, Χ2=3· 3, Χ3=2· 3, X4=L 6, X5=L 2, X6=O. 9。
[0012] 基頻較高幅值在該區(qū)間范圍內(nèi)呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì)，公式如下：
其中：i=l，2,……η，η為1-7, η為高階諧波數(shù)，_為葉片 裂紋各i階諧波的振動(dòng)幅值。由公式得4、X2、X3、X4、X5、X 6的遞減范圍分別為：26%、30%、 30%、25%、25%。則基本可以判定風(fēng)機(jī)葉片出現(xiàn)裂紋。
[0013] 或基頻幅值較低時(shí)，高階諧波較高并且高階諧波在該區(qū)間范圍內(nèi)波動(dòng)，公式如 下：
其中：i=2, 3，. . . . η ;η為1-7，η為高階諧波數(shù)；龍V為葉片裂紋 各i階諧波的振動(dòng)幅值；f為振動(dòng)平均值；
其中i=2,3,–η ;n為1-7，η為高階諧波數(shù)； 當(dāng)出現(xiàn)以上特征時(shí)，可以判定葉片已出現(xiàn)裂紋故障。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種風(fēng)機(jī)葉片裂紋故障診斷方法，其特征在于包括： ?在時(shí)域圖中判斷周期性沖擊的存在進(jìn)而判斷故障，f頻率圖中會(huì)出現(xiàn)葉片特征頻率，則 說(shuō)明該葉片出現(xiàn)故障，當(dāng)出現(xiàn)葉片頻率的5~7倍頻率時(shí)，并且基頻幅值較高時(shí)，基頻和倍頻 幅值呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì)；或基頻幅值較低時(shí)，高階諧波較高并且高階諧波在一定的范圍內(nèi)波 動(dòng)，判斷葉片出現(xiàn)裂紋故障。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對(duì)風(fēng)機(jī)葉片裂紋故障診斷方法，其特征在于，在時(shí)域圖 中判斷周期性沖擊的存在，如果存在周期性沖擊，則風(fēng)機(jī)存在故障隱患。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對(duì)風(fēng)機(jī)葉片裂紋故障診斷方法，其特征在于，當(dāng)頻率圖 中出現(xiàn)葉片頻率的5~7倍頻率，即出現(xiàn)X2、X3、X4、X5,有時(shí)會(huì)出現(xiàn)X2、X3、X4、X5、X6、X7， X為葉片特征頻率，即基頻。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對(duì)風(fēng)機(jī)葉片裂紋故障診斷方法，其特征在于，基頻較高 幅值在該區(qū)間范圍內(nèi)呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì)，公式如下：階諧波的振動(dòng)幅值。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對(duì)風(fēng)機(jī)葉片裂紋故障診斷方法，其特征在于，基頻幅值 較低時(shí)，高階諧波較高并且高階諧波在該區(qū)間范圍內(nèi)波動(dòng)，公式如下：波的振動(dòng)幅值；芝為振動(dòng)平均值；當(dāng)出現(xiàn)以上特征時(shí)，可以判定葉片已出現(xiàn)裂紋故障。
【專利摘要】本發(fā)明型涉及一種風(fēng)機(jī)葉片故障診斷方法，特別是涉及一種對(duì)風(fēng)機(jī)葉片裂紋故障診斷方法。本發(fā)明在時(shí)域圖中判斷周期性沖擊的存在進(jìn)而判斷故障，當(dāng)頻率圖中會(huì)出現(xiàn)葉片特征頻率，則說(shuō)明該葉片出現(xiàn)故障，當(dāng)出現(xiàn)葉片頻率的5~7倍頻率時(shí)，并且基頻幅值較高時(shí)，基頻和倍頻幅值呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì)；或基頻幅值較低時(shí)，高階諧波較高并且高階諧波在一定的范圍內(nèi)波動(dòng)，判斷葉片出現(xiàn)裂紋故障。
【IPC分類】G01N29/04
【公開(kāi)號(hào)】CN
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N
【發(fā)明人】楊建鳴, 鄭龍魁, 高立新
【申請(qǐng)人】?jī)?nèi)蒙古科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2020年11月11日
【申請(qǐng)日】2020年7月23日
風(fēng)機(jī)葉片出現(xiàn)問(wèn)題的原因是設(shè)計(jì)不完善、生產(chǎn)缺陷、自然原因和運(yùn)行不當(dāng)。
1 設(shè)計(jì)不完善
1.1面對(duì)降低成本的壓力
為了追求更高的利潤(rùn)，管理層要求設(shè)計(jì)出低廉的部件，以便使企業(yè)有更大的空間。設(shè)計(jì)部門有時(shí)不得不做出妥協(xié)，比如，減小葉片的葉根直徑的方式來(lái)減少輪轂和葉片的成本，但是葉根尺寸減小后會(huì)導(dǎo)致葉片強(qiáng)度不夠，再如，選擇質(zhì)量不佳但價(jià)格便宜的原材料，這往往導(dǎo)致葉片出現(xiàn)致命的缺陷。
1.2擅自更改生產(chǎn)工藝。
1.3極限設(shè)計(jì)
葉片的設(shè)計(jì)需要考慮到機(jī)組其他部件的要求與配合，例如，塔架與葉片的間距通常是設(shè)計(jì)葉片強(qiáng)度時(shí)需要考慮的一個(gè)原因，主軸和軸承也對(duì)葉片的重量提出要求，如果這些參數(shù)考慮不周就會(huì)使葉片設(shè)計(jì)達(dá)到極限值。
1.4安全質(zhì)量降低
2 生產(chǎn)缺陷
2.1使用不合理的材料
2.2不嚴(yán)格的質(zhì)量控制
2.3生產(chǎn)工工藝過(guò)程過(guò)于復(fù)雜，很難生產(chǎn)質(zhì)量一致的產(chǎn)品
3 自然原因
主要包括：雷擊、空氣中的顆粒、高速風(fēng)、剪切風(fēng)、惡劣氣候、疲勞壽命
4 運(yùn)行和維護(hù)不當(dāng)
4.1超額定功率運(yùn)行
4.2失控
當(dāng)機(jī)器変槳系統(tǒng)出現(xiàn)故障，機(jī)器上的剎車不會(huì)使葉輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)，葉片出現(xiàn)失控，會(huì)繼續(xù)快速旋轉(zhuǎn)，嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致葉片拋出，造成風(fēng)機(jī)災(zāi)難性事故。
4.3缺少預(yù)防性維護(hù)
在風(fēng)機(jī)的日常運(yùn)行維護(hù)時(shí)，葉片往往得不到重視。可是葉片的老化卻在陽(yáng)光，酸雨，狂風(fēng)，自振，風(fēng)沙，鹽霧等不利的條件下隨著時(shí)間的變化而發(fā)生著變化。在地面一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，就意味著問(wèn)題很嚴(yán)重。葉片的日常維護(hù)很難檢查和維護(hù)到葉片，在許多風(fēng)場(chǎng)葉片都會(huì)因?yàn)槔匣霈F(xiàn)自然開(kāi)裂，沙眼，表面磨損，雷擊損壞，橫向裂紋等。這些問(wèn)題如果日常維護(hù)做到位，就可以避免日后高額的維修費(fèi)用、減少停機(jī)中造成的經(jīng)濟(jì)損失。
淄博通力環(huán)保科技 聯(lián)系人：朱凱 聯(lián)系（號(hào)）
作為延長(zhǎng)磨損部件使用壽命的方法，可采取如下耐磨措施：
1)制成帶有一段魚(yú)鱗狀部分的葉片。
2)鍍硬質(zhì)鉻或噴鍍硬質(zhì)金屬層。
3)用硬質(zhì)焊條進(jìn)行堆焊。
4)安裝襯板(磨損后可換掉)。
以上措施均是延長(zhǎng)葉輪使用壽命的方法。
定期檢修時(shí)，最好經(jīng)常檢查其磨損情況，以便提前做好修復(fù)的準(zhǔn)備。
3、灰塵的附著處理措施
由于氣體中的灰塵會(huì)附著于葉片上，則勢(shì)必會(huì)使氣流受到阻礙，從而使風(fēng)量降低、效率下降或者因附著物以及附著物脫落不均勻而造成過(guò)大的振動(dòng)。
其處理措施有：
1)選擇難以附著灰塵的葉片形式，如：采用后向葉片。
2)采取除掉附著物的處理措施。
關(guān)于除掉附著物的方法有如下幾點(diǎn)：
1)定期、間斷地用水進(jìn)行清洗。
2)采用機(jī)械式清除裝置，可部分地清除掉附著物。
3)通過(guò)吹熱風(fēng)、冷風(fēng)，以形成溫度差的方式。
4)噴吹粉末顆粒體的方法。
總之，在當(dāng)今節(jié)能時(shí)代里，為最大限度地實(shí)現(xiàn)在高效率條件下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)而下一番工夫是有價(jià)值的。
4、高溫氣體處理措施
介質(zhì)為高溫氣體時(shí)，可通過(guò)選擇耐熱材料予以解決。
因高溫氣體一般多為燃燒排氣，則腐蝕磨損等產(chǎn)生的事故居多。
也有少數(shù)事故是因設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)不良，使氣體介質(zhì)溫度一度急劇上升，從而使葉輪產(chǎn)生因蠕變現(xiàn)象所致的難以長(zhǎng)久使用程度的變形，以及因溫度下降結(jié)露，以至增加腐蝕的情況。
考慮到碳鋼臨近400℃時(shí)便會(huì)出現(xiàn)明顯的蠕變現(xiàn)象，為了延錦工機(jī)的使用壽命，應(yīng)充分在運(yùn)轉(zhuǎn)范圍及運(yùn)轉(zhuǎn)管理上下工夫。
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