2.基于频率的分析
利用基于频率的分析,可通过快速傅立叶变换(FFT)将随时间变化的振动信号分解为频率分量。由此产生的幅度和频率关系频谱图有助于监控特定的频率分量及其谐波和边带(见图5)。
FFT是一种在振动分析中广泛采用的方法,特别是用于检测轴承损伤。采用这种方法,可以将相应的组件分配给每个频率分量。通过FFT,可以滤除滚动部件与缺陷区域接触引起某些故障时产生重复脉冲的主要频率。因为它们的频率分量不同,因此可以区分不同类型的轴承损伤(外环、内环或滚珠轴承损伤)。但是,这需要轴承、电机和整个系统的准确信息。
此外,FFT流程需要提供在微控制器中反复记录和处理振动的离散时间块。尽管相比时域分析,这种分析需要更强的计算能力,但它能够进行更详细的损伤分析。
3.时域和频域分析组合
此类分析最全面,因为它兼具两种方法的优点。时域中的统计分析提供系统的振动强度随时间变化的信息,以及它们是否处于许可的范围内。频域分析能够以基本频率的形式监测速度,同时也能够监测准确识别故障特征所需的谐波分量。
对基本频率的跟踪尤其具有决定性,这是因为有效值和其他统计参数会随速度而变化。如果与最后一次测量相比,统计参数发生显著变化,则必须检查基本频率,以避免误报。
对于这三种分析方法,其测量的数值都会随时间发生变化。监测系统可能首先需要记录运行状况,或者生成所谓的指纹。然后与不断记录的数据进行比较。在偏差过大,或超过相应阈值的情况下,需要作出反应。如图6所示,可能的反应可以是警告(2)或警报(4)。根据具体的严重程度,可能需要维修人员立即着手修正这些偏差。
通过磁场分析实施CBM
由于集成磁力计的快速发展,测量电机周围的杂散磁场是另一种对旋转机器进行状态监控的颇有前景的方法。测量采用非接触式;也就是说,机械和传感器之间不需要直接连接。与振动传感器一样,磁场传感器也有单轴和多轴版本。
对于故障检测,应从轴向(平行于电机轴)和径向(与电机轴呈直角)测量杂散磁场。径向磁场通常被定子铁芯和电机外壳削弱。与此同时,还会受到气隙磁通量的显著影响。轴向磁场是由鼠笼式转子的电流和定子的末端绕组产生的。磁力计的位置和方向对于能否测量两个磁场具有决定性的作用。因此,建议选择靠近轴或电机外壳的合适位置。同时需要测量温度,这绝对有必要,因为磁场强度与温度直接相关。因此,在大多数情况下,如今的磁场传感器都包含集成式温度传感器。此外,还应校准传感器,实施温漂补偿校正。
FFT用于对电机实施基于磁场的状态监控,就像振动测量一样。但是,对于电机状态评估,即使是几赫兹到大约120赫兹范围的低频也足够了。线路频率显得很突出,而出现故障时则以低频分量频谱为主。
在鼠笼式转子的转杆破裂的情况下,滑动值也具有决定性的作用。它与负载有关,理想情况下无负载时为0%。采用额定负载时,对于运行正常的机器,其值在1%和5%之间,出现故障时,会相应增大。对于CBM,应该在相同的负载条件下进行测量,以消除负载不同带来的影响。
预防性维护的状态
无论是哪种类型的状态监测,即使采用最智能的监控方案,也无法百分之百保证不会出现意外的停机、故障或安全风险。只能降低这些风险。然而,预防性维护越来越受关注,正在成为行业的一个重要话题。它被认为是生产设施未来取得可持续成功的一个明确的先决条件。然而,要做到这一点,需要采用独特的技术,而且必须不断创新,加速发展。盈亏赤字体现在客户利益和成本比较中。
尽管如此,许多工业企业已经认识到预防性维护的重要性,它是决定能否成功的重要因素,因此也是开展未来业务的机会—这种机会并不仅仅局限于维修服务领域。尽管面临巨大挑战,尤其是在数据分析领域,预防性维护目前已具备很高的技术可行性。但是,目前预防性维护具有强烈的机会主义特征。预计未来的业务模式将主要取决于软件组件,硬件带来的增值份额将不断下降。总之,因为机器运行时间较长,产生的价值较高,目前对预防性维护的硬件和软件的投资已经物有所值。