旋转机械故障诊断技术浅析

1、旋转机械故障诊断技术浅析    摘要：本文主要基于旋转机械产生故障的特点，分析其故障的相关成因，并根据实践经验总结了旋转机械故障诊断的基本内容和方法。 关键词：旋转机械；故障诊断；原因分析 中图分类号：U472.42文献标识码：A 文章编号： 引言 所谓旋转机械指的是通过内部零部件的旋转运动完成相关功能的机器设备。通常指的是那些旋转速度比较高应用较为广泛的机械，比如离心式压缩机、电动机、汽轮发电机、离心式水泵、真空泵和离心式鼓风机等具有旋转运动都属于旋转机械。旋转机械一般构造较为复杂，发生故障时较难查找出故障原因，更不容易做出有效的维修方案，为旋转机械的

2、维修和管理人员提出较大的难题，本文主要就旋转机械故障的原因作出简要的分析，并总结了故障诊断技术的相关内容。 1 旋转机械故障诊断的特点 进行旋转机械的故障诊断时，首先需要了解旋转机械故障所具备一些特性，以下做出简单的分析： 1.1转子特性 而转子组件的运行的良好与否直接决定了旋转机械的运行状况，所以旋转机械的故障的诊断主要是通过检测转子组件而形成的。转子系统安装转子动力学的理论又被科研人员分为刚性转子与柔性转子。人们将旋转机械内部的转子的转速不能超过其第一阶临界转速的称之为刚性转子，反之则为柔性转子。 1.2旋转机械振动的频率特征 对于旋转机械的诊断需要采集其振动信号，包括诸如周期信号参数或平

3、稳随即信号以及准周期信号等。也就是说旋转机械的振动故障一般都会涉及到转子的速度以及振动频率的状态正常与否。通常旋转机械的振动故障时，其转子的旋转素的与故障特征频率是相关的，一般改特征频率是转子回转频率的几倍或几分之一倍。所以通过分析振动特征频率与转子频率的相关性可以找出旋转机械故障的成因。经实践调查发现，旋转机械故障特征频率与转频具有如下的相关性： 1）同步振动 同步振动指的是转子的故障特征频率域转子频率相同或是其整倍。而一般如果出现强迫振动时表现多为同步振动。很多时候容易出现同步振动，如转子不平衡和联轴器不对中时都可以出现同步振动的现象。 2）亚同步振动 亚同步振动即为振动特征频率低于转子频

4、率时，或者为转频的分数倍时的情况。像涡轮机械发生的喘振和滑动轴承出现的油膜振荡都是属于亚同步振动，而旋转机械的亚同步振动又多为自激振动。 3）超异步振动 超异步振动的情况很多，像齿轮损坏发生的啮合频率会导致超异步振动，还有叶轮叶片的振动时产生的频率也能引起超异步振动，其原理就是故障特征频率高于转频。 通过上述的旋转机械故障发生时的振动情况介绍，其实千万不能简单地认为机器发生故障就表现为上述三种情况的一种，要是如此就简单了。实际情况是，旋转机械在运行过程中，遇到故障时往往表现为三种情况同时存在。 获取旋转机械故障信号的主要途径如下： 1）振动频率分析 因为旋转机械不同的故障类型具有相应固定的特征

5、频率，旋转机械的故障发生时的特征频率是分析及诊断旋转机械故障类型的有效参数。 2）分析振幅的方向特征 因为旋转机械各异的故障情况发生时的振动方向具有比较明显的方向特点，一般在进行故障诊断时，需要在相应的测点进行三个不同方向的振动测量，然后根据其振动方向可以初步判定其故障类型。 3）分析振幅随转速变化的关系 旋转机械有相当一部分故障的振动幅值与转速变化有密切的关系，所以现场测量时，在必要的时候，要尽量创造条件，在改变转速的过程中测量机器的振幅值。 2旋转机械故障的来源及主要原因分析 旋转机械出现故障的诊断技术首先是基于对于机械故障的原因进行分析，以下是根据实践经验总结的引起机械故障的不同原因，有

6、助于工作人员对机械故障做出顺利而准确的诊断。 2.1设计和制造引起机械故障 设计不当，动态特性不良，容易引起旋转机械发生强迫振动或者是自激振动的现象；由于结构设计不够合理，导致构件截面出现应力集中现象；工作转速应尽量避免接近临界转速区，否则容易引起旋转机械出现故障的一个原因；运行点接近或落入运行非稳定区；零部件加工制造精度达标，引起产品质量问题；零件材质不良，造成旋转机械出现质量问题而容易引起故障；设计时或制造过程导致的转子动平衡不满足技术要求。 2.2安装和维修引起机械故障 当机器安装不当，零部件发生错位使得机械预负荷过大，容易引起机械故障；轴系对中不良（一般是由于轴系热态对中的考虑不够）；

7、机器的各几何参数（比如配合间隙、过盈量及相对位置）调整的位置不当；管道压力过大，使得机器在工作状态下改变了动态特性和安装精度；转子长期放置不当，破坏了动平衡精度容易引起机械故障；安装或维修工程破坏了机械的原有配合性质和精度导致的机械故障等。 2.3运行操作不当引起机械故障 具体的引起旋转机械故障的不当运行操作如下所述：旋转机械在非不满足设计要求的状态下运行（如转速过大、长时间或较大的负荷），导致机械构件出现损坏，导致故障；润滑不够或冷却不良；旋转体出现损坏、耗损或结垢的现象；机械的相关参数设定不当（如温度、转速等），使得机器运行失稳，易引起机械出现较大的故障；不按设计要求进行机器的启动、控制升

8、降速等操作，或者暖机不够、热膨胀不均匀等。 2.4机械状况恶劣导致机械故障 这里指的是机器使用过程中保养维护不当引起的故障：如机器没有得到足够的时间调整，而长时间负荷状态下使得其转子挠度增大；机器的地基基础出现不同程度的沉降，导致旋转机械的外表壳出现变形的情况等。 3旋转机械故障诊断技术的内容 对于旋转机械故障做出诊断需要进行以下三方面的内容： （1）特征参数的采集：改内容是属于旋转机械故障诊断的一个准备的过程，主要的工作就是采用相关的仪器测得机器各个设备的一些参数，比如转速、湿度、温度、压力、频率、流量、噪音等。采集相关参数所使用的仪器一般由基于不同的构造原理的传感技术制作成的传感器组成。通

9、常所使用的传感器暴扣速度传感器、电涡流传感器湿度传感器和加速度传感器等，近年来随着科技的进步还有光导纤维、激光以及声发射等传感技术的被广泛应用到旋转机械故障诊断中。 （2）参数的提取与处理：通过上述的准备阶段即参数的采集结果中，提取与旋转机械的故障有关联的特征信息，并与政策状态的相应参数进行对比，可以有效地检测旋转机械的状态。一般对于旋转机械的轴承故障诊断过程中，使用较为广泛的分析方法是小波分析。而目前兴起的的方法如空间重构的GMD的数据处理方法也逐渐被用于较为复杂的机械如旋转机械的非线性振动中，可以为预测旋转机械故障的发展趋势提供有效的帮助。 （3）判断故障种类：经过之前两个阶段，得到了对于

10、旋转机械故障所处的状态进行较为准确的识别，并为维修方案的决策提供理论依据。这个阶段需要进行的工作就是研究机器的相关参数及故障诊断中的应用技术，考虑不同传感器的优化配置的方案优劣性，通过发展信息融合技术、采用模糊诊断和神经网络的方法、经过小波转换分析、并通过在专家系统中的应用，最终能够对于旋转机械故障提供准确而可靠的诊断。 4结语 随着技术的发展，旋转机械故障诊断技术主要是通过考察所诊断机器的故障历史、根据相关参数的采集识别机器的实时状况，通过相关的分析方法来诊断旋转机械现有的故障情况，并预测其故障未来的发展趋势，从而为提供行之有效的维修方案提供理论及技术支持。旋转机械故障诊断技术是基于近代数学、计算机技术、机械自动化控制理论、信号处理技术及理论、仿真模拟技术、可靠性等理论而形成应用型技术。应用较为的广泛的旋转机械故障诊断的方法很多，如振动检测诊断法