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說明： 風機葉片的裂紋和斷裂是導致風機機組事故的重要因素之一，盡早診斷出風機葉片的
故障部位與故障程度，對安全生產具有意義重大。本文將葉片振動信號作為研究對象，利用小波分解方法對其進行信號分解，并與時域和頻域方法處理結果進行對比分析，得出診斷結論。仿真結果表明: 小波分解方法可以更有效的獲取故障特征信號，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.)
一種對風機葉片裂紋故障診斷方法
【專利說明】
[0001]
技術領域： 本發(fā)明型涉及一種風機葉片故障診斷方法，特別是涉及一種對風機葉片裂紋故障診斷 方法。
[0002]
【背景技術】： 冶金風機是鋼鐵生產工藝過程中的關鍵設備，由于其長期工作在高溫、高壓、尤其是高 金屬粉塵的惡劣環(huán)境下，極易發(fā)生故障，尤其是長期運行的風機葉片，會出現(xiàn)不同程度的裂 紋，并且機械冶金風機的葉片裂紋故障是風機中最嚴重的故障，它具有突發(fā)性，后果非常嚴 重，往往會造成葉片斷裂，甚至葉片飛落，會對整個機組甚至生產線的安全運行帶來嚴重的 威脅。由于現(xiàn)場環(huán)境較為復雜，影響因素較多，如何在較短的時間內找到葉片裂紋故障，目 前是該領域工作人員所面對的難題。
[0003]
【發(fā)明內容】
?。?本發(fā)明型目的在于提供一種對風機葉片裂紋故障診斷方法，該方法能夠在較短的時間 內準確診斷出風機葉片故障為裂紋故障。
[0004] 技術解決方案： 一種對風機葉片裂紋故障診斷方法，包括：①在時域圖中判斷周期性沖擊的存在進而 判斷故障，1.丨頻率圖中會出現(xiàn)葉片特征頻率，則說明該葉片出現(xiàn)故障，當出現(xiàn)葉片頻率的 5~7倍頻率時，并且基頻幅值較高時，基頻和倍頻幅值呈現(xiàn)遞減的趨勢；或基頻幅值較低 時，高階諧波較高并且高階諧波在一定的范圍內波動，判斷葉片出現(xiàn)裂紋故障。
[0005] 進一步地：在時域圖中判斷周期性沖擊的存在，如果存在周期性沖擊，則風機存在 故障隱患。
[0006] 進一步地：當頻率圖中出現(xiàn)葉片頻率的5~7倍頻率，即出現(xiàn)Xp X2、X3、X4、X5，有時 會出現(xiàn)x2、x3、x4、x5、x6、x 7, X為葉片特征頻率，即基頻。
[0007] 進一步地：基頻較高幅值在該區(qū)間范圍內呈現(xiàn)遞減的趨勢，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 諧波的振動幅值。
[0008] 進一步地：基頻幅值較低時，高階諧波較高并且高階諧波在該區(qū)間范圍內波動，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 的振動幅值;審為振動平均值；
其中i=2,3,–η ; η為高階諧波數(shù)； 當出現(xiàn)以上特征時，可以判定葉片已出現(xiàn)裂紋故障。
[0009] 本發(fā)明根據(jù)裂紋時域圖和裂紋頻域圖，在較短的時間內即可準確地判定出葉片裂 紋故障，進而有效避免了葉片斷裂造成的葉片飛落，對整個機組甚至生產線的安全運行帶 來嚴重的威脅。
[0010]
【附圖說明】： 圖1為本發(fā)錦工機葉片裂紋時域圖； 圖2為為本發(fā)錦工機葉片裂紋頻域圖； 圖3為本發(fā)錦工機葉片裂紋故障診斷程序圖。
[0011]
【具體實施方式】： 根據(jù)采樣定理，采樣點數(shù)的多少與要求多大的頻率分辨率有關，本發(fā)錦工機旋轉速 度30CiWmm，信號頻率F=5垃:，風機故障頻率基本在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，采樣點數(shù)況=512，則采樣時間為5s，采用Coinv DASP VlO軟件繪制出風 機振動的時域圖和頻域圖； 診斷方法如下： 觀察風機振動時域圖中若有周期性沖擊存在，則判斷風機有故障隱患； 當頻域圖中會出現(xiàn)葉片特征頻率，則說明該風機葉片有故障隱患，當出現(xiàn)葉片頻率的 5~7倍頻率時， 即出現(xiàn)Xp X2、X3、X4、X5，有時會出現(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)間范圍內呈現(xiàn)遞減的趨勢，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%。則基本可以判定風機葉片出現(xiàn)裂紋。
[0013] 或基頻幅值較低時，高階諧波較高并且高階諧波在該區(qū)間范圍內波動，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階諧波的振動幅值；f為振動平均值；
其中i=2,3,–η ;n為1-7，η為高階諧波數(shù)； 當出現(xiàn)以上特征時，可以判定葉片已出現(xiàn)裂紋故障。
【主權項】
1. 一種風機葉片裂紋故障診斷方法，其特征在于包括： ?在時域圖中判斷周期性沖擊的存在進而判斷故障，f頻率圖中會出現(xiàn)葉片特征頻率，則 說明該葉片出現(xiàn)故障，當出現(xiàn)葉片頻率的5~7倍頻率時，并且基頻幅值較高時，基頻和倍頻 幅值呈現(xiàn)遞減的趨勢；或基頻幅值較低時，高階諧波較高并且高階諧波在一定的范圍內波 動，判斷葉片出現(xiàn)裂紋故障。2. 根據(jù)權利要求1所述的一種對風機葉片裂紋故障診斷方法，其特征在于，在時域圖 中判斷周期性沖擊的存在，如果存在周期性沖擊，則風機存在故障隱患。3. 根據(jù)權利要求1所述的一種對風機葉片裂紋故障診斷方法，其特征在于，當頻率圖 中出現(xiàn)葉片頻率的5~7倍頻率，即出現(xiàn)X2、X3、X4、X5,有時會出現(xiàn)X2、X3、X4、X5、X6、X7， X為葉片特征頻率，即基頻。4. 根據(jù)權利要求1所述的一種對風機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)間范圍內呈現(xiàn)遞減的趨勢，公式如下：階諧波的振動幅值。5. 根據(jù)權利要求1所述的一種對風機葉片裂紋故障診斷方法，其特征在于，基頻幅值 較低時，高階諧波較高并且高階諧波在該區(qū)間范圍內波動，公式如下：波的振動幅值；芝為振動平均值；當出現(xiàn)以上特征時，可以判定葉片已出現(xiàn)裂紋故障。
【專利摘要】本發(fā)明型涉及一種風機葉片故障診斷方法，特別是涉及一種對風機葉片裂紋故障診斷方法。本發(fā)明在時域圖中判斷周期性沖擊的存在進而判斷故障，當頻率圖中會出現(xiàn)葉片特征頻率，則說明該葉片出現(xiàn)故障，當出現(xiàn)葉片頻率的5~7倍頻率時，并且基頻幅值較高時，基頻和倍頻幅值呈現(xiàn)遞減的趨勢；或基頻幅值較低時，高階諧波較高并且高階諧波在一定的范圍內波動，判斷葉片出現(xiàn)裂紋故障。
【IPC分類】G01N29/04
【公開號】CN
【申請?zhí)枴緾N
【發(fā)明人】楊建鳴, 鄭龍魁, 高立新
【申請人】內蒙古科技大學
【公開日】2020年11月11日
【申請日】2020年7月23日
風機葉片出現(xiàn)問題的原因是設計不完善、生產缺陷、自然原因和運行不當。
1 設計不完善
1.1面對降低成本的壓力
為了追求更高的利潤，管理層要求設計出低廉的部件，以便使企業(yè)有更大的空間。設計部門有時不得不做出妥協(xié)，比如，減小葉片的葉根直徑的方式來減少輪轂和葉片的成本，但是葉根尺寸減小后會導致葉片強度不夠，再如，選擇質量不佳但價格便宜的原材料，這往往導致葉片出現(xiàn)致命的缺陷。
1.2擅自更改生產工藝。
1.3極限設計
葉片的設計需要考慮到機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計葉片強度時需要考慮的一個原因，主軸和軸承也對葉片的重量提出要求，如果這些參數(shù)考慮不周就會使葉片設計達到極限值。
1.4安全質量降低
2 生產缺陷
2.1使用不合理的材料
2.2不嚴格的質量控制
2.3生產工工藝過程過于復雜，很難生產質量一致的產品
3 自然原因
主要包括：雷擊、空氣中的顆粒、高速風、剪切風、惡劣氣候、疲勞壽命
4 運行和維護不當
4.1超額定功率運行
4.2失控
當機器変槳系統(tǒng)出現(xiàn)故障，機器上的剎車不會使葉輪停止轉動，葉片出現(xiàn)失控，會繼續(xù)快速旋轉，嚴重會導致葉片拋出，造成風機災難性事故。
4.3缺少預防性維護
在風機的日常運行維護時，葉片往往得不到重視?？墒侨~片的老化卻在陽光，酸雨，狂風，自振，風沙，鹽霧等不利的條件下隨著時間的變化而發(fā)生著變化。在地面一旦發(fā)現(xiàn)問題，就意味著問題很嚴重。葉片的日常維護很難檢查和維護到葉片，在許多風場葉片都會因為老化而出現(xiàn)自然開裂，沙眼，表面磨損，雷擊損壞，橫向裂紋等。這些問題如果日常維護做到位，就可以避免日后高額的維修費用、減少停機中造成的經(jīng)濟損失。
淄博通力環(huán)?？萍? 聯(lián)系人：朱凱 聯(lián)系（號）
作為延長磨損部件使用壽命的方法，可采取如下耐磨措施：
1)制成帶有一段魚鱗狀部分的葉片。
2)鍍硬質鉻或噴鍍硬質金屬層。
3)用硬質焊條進行堆焊。
4)安裝襯板(磨損后可換掉)。
以上措施均是延長葉輪使用壽命的方法。
定期檢修時，最好經(jīng)常檢查其磨損情況，以便提前做好修復的準備。
3、灰塵的附著處理措施
由于氣體中的灰塵會附著于葉片上，則勢必會使氣流受到阻礙，從而使風量降低、效率下降或者因附著物以及附著物脫落不均勻而造成過大的振動。
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。
關于除掉附著物的方法有如下幾點：
1)定期、間斷地用水進行清洗。
2)采用機械式清除裝置，可部分地清除掉附著物。
3)通過吹熱風、冷風，以形成溫度差的方式。
4)噴吹粉末顆粒體的方法。
總之，在當今節(jié)能時代里，為最大限度地實現(xiàn)在高效率條件下長時間運轉而下一番工夫是有價值的。
4、高溫氣體處理措施
介質為高溫氣體時，可通過選擇耐熱材料予以解決。
因高溫氣體一般多為燃燒排氣，則腐蝕磨損等產生的事故居多。
也有少數(shù)事故是因設備運轉不良，使氣體介質溫度一度急劇上升，從而使葉輪產生因蠕變現(xiàn)象所致的難以長久使用程度的變形，以及因溫度下降結露，以至增加腐蝕的情況。
考慮到碳鋼臨近400℃時便會出現(xiàn)明顯的蠕變現(xiàn)象，為了延錦工機的使用壽命，應充分在運轉范圍及運轉管理上下工夫。
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