1、旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷技術(shù)淺析    摘要：本文主要基于旋轉(zhuǎn)機(jī)械產(chǎn)生故障的特點(diǎn)，分析其故障的相關(guān)成因，并根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)了旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷的基本內(nèi)容和方法。 關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)機(jī)械；故障診斷；原因分析 中圖分類號：U472.42文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號： 引言 所謂旋轉(zhuǎn)機(jī)械指的是通過內(nèi)部零部件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動完成相關(guān)功能的機(jī)器設(shè)備。通常指的是那些旋轉(zhuǎn)速度比較高應(yīng)用較為廣泛的機(jī)械，比如離心式壓縮機(jī)、電動機(jī)、汽輪發(fā)電機(jī)、離心式水泵、真空泵和離心式鼓風(fēng)機(jī)等具有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動都屬于旋轉(zhuǎn)機(jī)械。旋轉(zhuǎn)機(jī)械一般構(gòu)造較為復(fù)雜，發(fā)生故障時(shí)較難查找出故障原因，更不容易做出有效的維修方案，為旋轉(zhuǎn)機(jī)械的

2、維修和管理人員提出較大的難題，本文主要就旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障的原因作出簡要的分析，并總結(jié)了故障診斷技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容。 1 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷的特點(diǎn) 進(jìn)行旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障診斷時(shí)，首先需要了解旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障所具備一些特性，以下做出簡單的分析： 1.1轉(zhuǎn)子特性 而轉(zhuǎn)子組件的運(yùn)行的良好與否直接決定了旋轉(zhuǎn)機(jī)械的運(yùn)行狀況，所以旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障的診斷主要是通過檢測轉(zhuǎn)子組件而形成的。轉(zhuǎn)子系統(tǒng)安裝轉(zhuǎn)子動力學(xué)的理論又被科研人員分為剛性轉(zhuǎn)子與柔性轉(zhuǎn)子。人們將旋轉(zhuǎn)機(jī)械內(nèi)部的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不能超過其第一階臨界轉(zhuǎn)速的稱之為剛性轉(zhuǎn)子，反之則為柔性轉(zhuǎn)子。 1.2旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動的頻率特征 對于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的診斷需要采集其振動信號，包括諸如周期信號參數(shù)或平

3、穩(wěn)隨即信號以及準(zhǔn)周期信號等。也就是說旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動故障一般都會涉及到轉(zhuǎn)子的速度以及振動頻率的狀態(tài)正常與否。通常旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動故障時(shí)，其轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)素的與故障特征頻率是相關(guān)的，一般改特征頻率是轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)頻率的幾倍或幾分之一倍。所以通過分析振動特征頻率與轉(zhuǎn)子頻率的相關(guān)性可以找出旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障的成因。經(jīng)實(shí)踐調(diào)查發(fā)現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障特征頻率與轉(zhuǎn)頻具有如下的相關(guān)性： 1）同步振動 同步振動指的是轉(zhuǎn)子的故障特征頻率域轉(zhuǎn)子頻率相同或是其整倍。而一般如果出現(xiàn)強(qiáng)迫振動時(shí)表現(xiàn)多為同步振動。很多時(shí)候容易出現(xiàn)同步振動，如轉(zhuǎn)子不平衡和聯(lián)軸器不對中時(shí)都可以出現(xiàn)同步振動的現(xiàn)象。 2）亞同步振動 亞同步振動即為振動特征頻率低于轉(zhuǎn)子頻

4、率時(shí)，或者為轉(zhuǎn)頻的分?jǐn)?shù)倍時(shí)的情況。像渦輪機(jī)械發(fā)生的喘振和滑動軸承出現(xiàn)的油膜振蕩都是屬于亞同步振動，而旋轉(zhuǎn)機(jī)械的亞同步振動又多為自激振動。 3）超異步振動 超異步振動的情況很多，像齒輪損壞發(fā)生的嚙合頻率會導(dǎo)致超異步振動，還有葉輪葉片的振動時(shí)產(chǎn)生的頻率也能引起超異步振動，其原理就是故障特征頻率高于轉(zhuǎn)頻。 通過上述的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障發(fā)生時(shí)的振動情況介紹，其實(shí)千萬不能簡單地認(rèn)為機(jī)器發(fā)生故障就表現(xiàn)為上述三種情況的一種，要是如此就簡單了。實(shí)際情況是，旋轉(zhuǎn)機(jī)械在運(yùn)行過程中，遇到故障時(shí)往往表現(xiàn)為三種情況同時(shí)存在。 獲取旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障信號的主要途徑如下： 1）振動頻率分析 因?yàn)樾D(zhuǎn)機(jī)械不同的故障類型具有相應(yīng)固定的特征

5、頻率，旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障發(fā)生時(shí)的特征頻率是分析及診斷旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障類型的有效參數(shù)。 2）分析振幅的方向特征 因?yàn)樾D(zhuǎn)機(jī)械各異的故障情況發(fā)生時(shí)的振動方向具有比較明顯的方向特點(diǎn)，一般在進(jìn)行故障診斷時(shí)，需要在相應(yīng)的測點(diǎn)進(jìn)行三個(gè)不同方向的振動測量，然后根據(jù)其振動方向可以初步判定其故障類型。 3）分析振幅隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系 旋轉(zhuǎn)機(jī)械有相當(dāng)一部分故障的振動幅值與轉(zhuǎn)速變化有密切的關(guān)系，所以現(xiàn)場測量時(shí)，在必要的時(shí)候，要盡量創(chuàng)造條件，在改變轉(zhuǎn)速的過程中測量機(jī)器的振幅值。 2旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障的來源及主要原因分析 旋轉(zhuǎn)機(jī)械出現(xiàn)故障的診斷技術(shù)首先是基于對于機(jī)械故障的原因進(jìn)行分析，以下是根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的引起機(jī)械故障的不同原因，有

6、助于工作人員對機(jī)械故障做出順利而準(zhǔn)確的診斷。 2.1設(shè)計(jì)和制造引起機(jī)械故障 設(shè)計(jì)不當(dāng)，動態(tài)特性不良，容易引起旋轉(zhuǎn)機(jī)械發(fā)生強(qiáng)迫振動或者是自激振動的現(xiàn)象；由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不夠合理，導(dǎo)致構(gòu)件截面出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象；工作轉(zhuǎn)速應(yīng)盡量避免接近臨界轉(zhuǎn)速區(qū)，否則容易引起旋轉(zhuǎn)機(jī)械出現(xiàn)故障的一個(gè)原因；運(yùn)行點(diǎn)接近或落入運(yùn)行非穩(wěn)定區(qū)；零部件加工制造精度達(dá)標(biāo)，引起產(chǎn)品質(zhì)量問題；零件材質(zhì)不良，造成旋轉(zhuǎn)機(jī)械出現(xiàn)質(zhì)量問題而容易引起故障；設(shè)計(jì)時(shí)或制造過程導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子動平衡不滿足技術(shù)要求。 2.2安裝和維修引起機(jī)械故障 當(dāng)機(jī)器安裝不當(dāng)，零部件發(fā)生錯(cuò)位使得機(jī)械預(yù)負(fù)荷過大，容易引起機(jī)械故障；軸系對中不良（一般是由于軸系熱態(tài)對中的考慮不夠）；

7、機(jī)器的各幾何參數(shù)（比如配合間隙、過盈量及相對位置）調(diào)整的位置不當(dāng)；管道壓力過大，使得機(jī)器在工作狀態(tài)下改變了動態(tài)特性和安裝精度；轉(zhuǎn)子長期放置不當(dāng)，破壞了動平衡精度容易引起機(jī)械故障；安裝或維修工程破壞了機(jī)械的原有配合性質(zhì)和精度導(dǎo)致的機(jī)械故障等。 2.3運(yùn)行操作不當(dāng)引起機(jī)械故障 具體的引起旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障的不當(dāng)運(yùn)行操作如下所述：旋轉(zhuǎn)機(jī)械在非不滿足設(shè)計(jì)要求的狀態(tài)下運(yùn)行（如轉(zhuǎn)速過大、長時(shí)間或較大的負(fù)荷），導(dǎo)致機(jī)械構(gòu)件出現(xiàn)損壞，導(dǎo)致故障；潤滑不夠或冷卻不良；旋轉(zhuǎn)體出現(xiàn)損壞、耗損或結(jié)垢的現(xiàn)象；機(jī)械的相關(guān)參數(shù)設(shè)定不當(dāng)（如溫度、轉(zhuǎn)速等），使得機(jī)器運(yùn)行失穩(wěn)，易引起機(jī)械出現(xiàn)較大的故障；不按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行機(jī)器的啟動、控制升

8、降速等操作，或者暖機(jī)不夠、熱膨脹不均勻等。 2.4機(jī)械狀況惡劣導(dǎo)致機(jī)械故障 這里指的是機(jī)器使用過程中保養(yǎng)維護(hù)不當(dāng)引起的故障：如機(jī)器沒有得到足夠的時(shí)間調(diào)整，而長時(shí)間負(fù)荷狀態(tài)下使得其轉(zhuǎn)子撓度增大；機(jī)器的地基基礎(chǔ)出現(xiàn)不同程度的沉降，導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)機(jī)械的外表殼出現(xiàn)變形的情況等。 3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷技術(shù)的內(nèi)容 對于旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障做出診斷需要進(jìn)行以下三方面的內(nèi)容： （1）特征參數(shù)的采集：改內(nèi)容是屬于旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷的一個(gè)準(zhǔn)備的過程，主要的工作就是采用相關(guān)的儀器測得機(jī)器各個(gè)設(shè)備的一些參數(shù)，比如轉(zhuǎn)速、濕度、溫度、壓力、頻率、流量、噪音等。采集相關(guān)參數(shù)所使用的儀器一般由基于不同的構(gòu)造原理的傳感技術(shù)制作成的傳感器組成。通

9、常所使用的傳感器暴扣速度傳感器、電渦流傳感器濕度傳感器和加速度傳感器等，近年來隨著科技的進(jìn)步還有光導(dǎo)纖維、激光以及聲發(fā)射等傳感技術(shù)的被廣泛應(yīng)用到旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷中。 （2）參數(shù)的提取與處理：通過上述的準(zhǔn)備階段即參數(shù)的采集結(jié)果中，提取與旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障有關(guān)聯(lián)的特征信息，并與政策狀態(tài)的相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行對比，可以有效地檢測旋轉(zhuǎn)機(jī)械的狀態(tài)。一般對于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的軸承故障診斷過程中，使用較為廣泛的分析方法是小波分析。而目前興起的的方法如空間重構(gòu)的GMD的數(shù)據(jù)處理方法也逐漸被用于較為復(fù)雜的機(jī)械如旋轉(zhuǎn)機(jī)械的非線性振動中，可以為預(yù)測旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障的發(fā)展趨勢提供有效的幫助。 （3）判斷故障種類：經(jīng)過之前兩個(gè)階段，得到了對于

10、旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障所處的狀態(tài)進(jìn)行較為準(zhǔn)確的識別，并為維修方案的決策提供理論依據(jù)。這個(gè)階段需要進(jìn)行的工作就是研究機(jī)器的相關(guān)參數(shù)及故障診斷中的應(yīng)用技術(shù)，考慮不同傳感器的優(yōu)化配置的方案優(yōu)劣性，通過發(fā)展信息融合技術(shù)、采用模糊診斷和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法、經(jīng)過小波轉(zhuǎn)換分析、并通過在專家系統(tǒng)中的應(yīng)用，最終能夠?qū)τ谛D(zhuǎn)機(jī)械故障提供準(zhǔn)確而可靠的診斷。 4結(jié)語 隨著技術(shù)的發(fā)展，旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷技術(shù)主要是通過考察所診斷機(jī)器的故障歷史、根據(jù)相關(guān)參數(shù)的采集識別機(jī)器的實(shí)時(shí)狀況，通過相關(guān)的分析方法來診斷旋轉(zhuǎn)機(jī)械現(xiàn)有的故障情況，并預(yù)測其故障未來的發(fā)展趨勢，從而為提供行之有效的維修方案提供理論及技術(shù)支持。旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷技術(shù)是基于近代數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)械自動化控制理論、信號處理技術(shù)及理論、仿真模擬技術(shù)、可靠性等理論而形成應(yīng)用型技術(shù)。應(yīng)用較為的廣泛的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷的方法很多，如振動檢測診斷法