尖峰能量在大亚湾核电站设备故障诊断中的应用陈志林

1、尖峰能量在大亚湾核电站设备故障诊断中的应用大亚湾核电站 陈志林 摘要：大亚湾核电站从1998年引进美国罗克韦尔自动化公司（原恩泰克爱迪公司）的Odyssey以来，利用软件提供的尖峰能量谱诊断了大量旋转设备的故障，为避免设备损坏和安全长期运行作出了贡献。本文描述了尖峰能量的测量原理，测量方法，并结合实例阐明了尖峰能量的使用心得。关键词：尖峰能量，故障诊断一、尖峰能量的测量原理振动尖峰能量（SPIKE ENEGRY）是美国罗克韦尔自动化公司的一项专利技术，它主要用于诊断轴承和齿轮的故障。所谓尖峰能量，就是短瞬间内金属碰撞和随机振动所产生的周期性的通过机气结构外传的一种脉冲能量。尖峰能量的测量是利用

2、加速度传感器在一预定的高频范围内检测振动能量。在这一高频范围内，机械冲击能量会激起加速度传感器以及机器机构的自振频率。这些响应频率作为载波频率与滚动轴承的故障频率调制。冲击能量的强度是脉冲振幅和重复率的函数，由此冲击引起的信号能由加速度传感器测量并通过独特的过滤和检波电路加以处理，信号大小表示为gSE单位。众所周知，滚动轴承和齿轮的产生的信号特征正是短瞬间的金属碰撞和随机能量，罗克韦尔自动化恩泰克970i加速度传感器的自振频率为27000Hz左右，远高于一般频率故障，因此，能够激起其自振频率的振源只有存在故障的滚动轴承和齿轮的齿所产生的撞击和尖峰冲击力。罗克韦尔自动化恩泰克DP1500数据采集

3、器既能测量一般的振动位移和振动加速度，也可以测量振动尖峰能量gSE，由于两者位于不同的频率范畴，所以不会相互影响。图1表示了常规旋转机械振动频率和尖峰能量频率的测量范围。大亚湾核电站核电站的传感器的固定方法以磁座固定和手持式探杆为主，虽然不是最好的固定方法，但方便实用。大亚湾核电站对于轴承和齿轮的故障诊断方法主要以尖峰能量谱为主，通过测量旋转机械的振动，结合温度等参数的变化，分析尖峰能量值的发展趋势和gSE能量谱，计算出其轴承的故障频率，这是使用尖峰能量的最佳方法，下面结合几个实例来论证尖峰能量谱诊断故障的方法。二、典型实例 1、电机轴承故障卧式定子水泵：电机为鼠笼式，380V交流，转速290

4、0rpm，额定功率45kw。水泵为离心式，转速2900rpm，额定流量144m3/h。泵及电机的振动报警值为5.6mm/s，停机值为11.2mm/s。测点分布见下图，分别在电机和泵两端四个面的水平、垂直和轴向测量振动情况监测过程：四月份该泵因振动超标更换电机，4月15日电机再鉴定合格，振动均在2.6mm/s以下，结果满意。5月28日，因电机运行时有异常噪音而进行振动检查，结果显示振动远低于报警值，与再鉴定时结果相比亦无明显变化，但电机运行的噪音明显异于其它泵，经过比对运行正常的其他泵及全面的测量分析，初步怀疑该电机驱动端轴承存在故障隐患。6月2日，电机轴承经过加油处理，但现场噪音依旧，振动也无

5、大变化。后因正常切换退出运行。6月11日，该泵再次投入运行时噪音依旧很大，经一段时间跟踪测量判断电机轴承故障已有发展，继续运行可能损坏设备，要求停泵处理。6月28日，更换电机再鉴定合格。7月15日，跟踪检查泵运行情况，结果良好，趋势平稳，可长期运行。故障诊断过程：5月28日现场测量，结果发现电机驱动端轴承水平和垂直方向的gSE值已超过9，而4月15日再鉴定时该值仅1左右，增幅较大；其他运行正常的同类电机同测点的gSE值一般也为1左右。下图是电机驱动端轴承垂直方向的gSE谱，从频谱图可以看到较为明显的轴承故障频率，尤其是外环故障频率（BPOR）及其倍频较为突出，说明该轴承尤其是外环可能存在故障。

6、从下图放大的5K频谱高频段可以发现，外环故障频率的倍频及其边带频率比较丰富，高频分量峰值一般是由于轴承损坏造成冲击、进而激起轴承某部件的固有频率引起的。该泵运行正常的时相同测点处基本测不到这些高频分量。根据以上三点判断，轴承存在故障隐患，且故障在外环，经过连续监测一个月，发现高频振动突然增加，判断轴承损坏的可能性增大，建议停机检修更换轴承。拆下故障电机驱动端轴承后发现其外环圆周有1/3段存在较深的划痕，见下图更换后的新电机振动值在2.6mm/s以下，情况良好，gSE值不超过0.6，gSE谱上无明显故障频率，高频段频谱亦无异常峰值；情况良好。 2、风机轴承故障离心式风机：电机转速3000rpm/

7、h，电机功率30kW，电压380V，风机流量4465m3/h,输出压力17.5bar，风机导叶12片，振动报警值7.1mm/sec，停机值11.2mm/sec。测点布置见下图：振动监测过程：2月6日检修再鉴定时发现风机振动该风机驱动端垂直振动从1.2mm/sec增加到3.8mm/sec，gSE幅值从0.35增加到4.2，引起关注。6月17日现场巡视发现风机噪音增大，振动测量结果发现所有测点振动都大幅增加，其中风机驱动端垂直向振动高达26mm/sec，超过报警值，gSE值增加到9.6，建议立即停机检查轴承。6月25日更换轴承再鉴定，振动水平良好，其中风机驱动端垂直向振动降为1.8mm/sec，g

8、SE降为0.43。故障诊断过程：gSE值从0.35增加到9.6，增幅很大，轴承故障的可能性很大。频谱显示如下图，从频谱上可以看出，311.8HZ幅值为主，同时存在转速频率边带，可见故障点应该为311.8HZ，同时与转速有关，由于风机导叶片是12片，和311.8HZ无关，所以诊断为轴承故障。gSE谱显示如下，可以看到故障频率基本上是311.8HZ及其其二倍频和转速边频组成。风机驱动端轴承为SKF2213,为双列滚珠轴承，内环内径65mm，外环内径120mm,，根据SKF厂家提供的计算软件，计算结果如下图，可以看出外环故障频率为311.21HZ，考虑到实际转速的差别，和故障频率311.8HZ吻合。根据以上三点分析，该风机振动高的原因是轴承故障所致。拆下后发现滚珠磨损严重，外环有很深的沟槽，