摘要：简介了旋转机械故障诊断的意义及其理论基础。以压缩机为例阐述了诊断方法，最后得出了其所具有的优越性等结论。
关键词 : 旋转机械；故障诊断；机械振动
中图分类号: TP206 + .3 　　　文献标识码：B
文章编号： 1006-8155（2007）06-0067-03
Faults Diagnosis for Rotating Machinery
Abstract : This paper briefly introduces the meaningfulness and theoretical foundation of the faults diagnosis for rotating machinery. The diagnosis method is specified based on the example of compressors. Finally, the superiority of this diagnosis method is concluded.
Key words: rotating machinery; fault diagnosis; mechanical vibration

0   引言

　　旋转机械故障诊断技术是随着现代工业大生产的发展而发展起来的一项设备诊断技术。它是研究设备运行中或停机时基本不拆卸的情况下，掌握设备的运行现状，判定设备故障的部位、原因、严重程度和状态，预测设备可靠性和寿命，并提出解决方案的技术。其研究的内容涉及模式识别、现代控制理论、信号处理技术、人工智能、电子技术、统计数学、模糊数学、计算机科学、灰色系统理论等多方面的内容。对旋转机械进行诊断包括对设备的性能进行诊断和对设备的故障进行诊断两方面内容。大型旋转机械如风机、压缩机、汽轮机和燃气轮机等设备，是石油、化工、冶金、航天及电力等现代重要生产部门中的关键生产工具，对这些设备开展性能监测与故障诊断工作，具有重要的意义[1] 。

1   现实要求

　　当前我国对设备的维护仍采用传统的计划、定期维修。而这种方法带有很大的盲目性，设备有无故障、故障类型、故障部位及故障程度难以准确把握。另外，由于良好部位的反复拆卸，机械性能往往不理想，甚至低于检修前。而且，没有必要的超前维修，带来人力、物力的巨大浪费。故障诊断仪器的广泛应用，使对机械设备的维护由计划、定期检修走向状态、预知检修变为现实，使机械设备的维护方式发生了根本性革命。状态监测避免了机械的突发故障，从而避免了被迫停机而影响生产；机械状态分析为预知机械设备的维修提供了可靠依据，即可做到测量表明有必要时才进行维修。使得能够及时准备维修部件，安排维修计划，克服了定期维修带来的不必要的经济损失和设备性能的下降 ;完善的诊断能力可准确指出故障类型和故障部位，避免维修的盲目性，使监测简单易行，大大缩短了维修工期；完善的设备管理软件，又可使企业设备管理自动化。由此可见，状态检测给企业带来的经济效益是十分显著的。如实行状态维修后，某化工厂年维护修理工作由2567台减至21台；某电机厂维护费用下降了65%。某造纸厂年节约18万美元，而振动监测设备一次性投资仅是此数的13% [2] 。

2   旋转机械故障诊断技术理论基础

　　旋转机械的主要功能是由旋转部件来完成的，转子是其最主要的部件。旋转机械发生故障的主要特征是机器伴有异常的振动和噪声，其振动信号从幅域、频域和时域反映了机器的故障信息。因此，了解旋转机械在故障状态下的振动机理，对于监测机器的运行状态和提高诊断故障的准确率都非常重要。利用振动检测系统可及时发现和识别这些异常振动现象，通过振动发展趋势观察分析，控制或减少振动，避免发生重大事故。

　　大型旋转机械常见的故障原因分类为⑴设计原因：设计不当，运行时发生强迫振动或自激振动；结构不合理，应力集中；设计工作转速接近或落入临界转速区；热膨胀量计算不准，导致热态对中不良；⑵制造原因：零部件加工制造不良，精度不够；零件材质不良，强度不够，制造缺陷；转子动平衡不符合技术要求；⑶安装、维修：机械安装不当，零部件错位，预负荷大；机器几何参数调整不当；未按规程检修，破坏了机器原有的配合性质和精度；⑷操作运行：工艺参数（如介质的温度、压力、流量、负荷等）偏离设计值，机器运行工况不正常；运行点接近或落入临界转速区；润滑或冷却不良[3] 。

3   在旋转机械运行中的实际应用

　　系统能够对常见的不平衡、不对中、转子碰摩、油膜振荡、气流激振、部件脱落、轴承损坏、松动、旋转失速和喘振等故障进行诊断，诊断结果成立的依据和故障的处理意见等。

3.1  应用实例

　　某压缩机组由一台直流电动机驱动增速机然后带动压缩机工作，整台机组安装在同一基础上，如图1所示。电动机和增速机输入转速为1500r/min,增速机输出端和压缩机转速为7758r/min

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现场测试结果发现3号测点的位移、速度峰值均超过允许值。从图2中的3号测点位移频谱图与图3的速度频谱图看，25Hz与50Hz均为电机和增速机输入端轴的旋转频率与旋转频率的倍频，不易看出故障原因，为此对测点的结构进行了分析。

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3.2  测点分析

　　3号测点置于齿轮箱顶盖上。由于箱盖不是直接压在轴承盖上，而且箱盖的刚度不是很大，所以必须考虑传递途径的影响。通常可以应用倒频谱分析，分离其影响，但限于设备条件，故采用调整测点的方法，将测点布置在轴承座的基座8号测点位置，避免了传递途径的影响。其8号测点的位移和速度频谱图如图4和图5所示。

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3.3  诊断

　　由图4和图5可见，50Hz的幅值与前面比较大大增加，甚至超过工频25Hz的幅值，是二倍频（不是电网频率），同时发现三倍频75Hz的幅值也比较大。由此说明该轴承座存在异常现象。

根据二倍频和三倍频的幅值大的特点，考虑到齿轮箱前轴承端处有一联轴器，故诊断为电机和齿轮箱的联轴器对中不良。

　　停机后对该联轴器进行测量发现：对中超差甚大，在垂直方向两轴中心偏移达0.15mm，电机的中心较高。采取使电机中心下降的措施，再开机测试和进行频谱分析。结果发现3号测点的位移振幅减为0.006mm（原为0.15mm），速度峰值为3mm/s（原为9mm/s）。其它各测点处的振幅也平均降低了25%。其中8号测点对中后的位移和速度的频谱图如图6和图7所示。由图可见，二倍频和三倍频成分已基本消失[4-5] 。

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3.4  实例结论

　　用振动信号处理技术来诊断旋转机械的转子不对中的故障是可行的，选择测点时，要考虑传递途径的影响。

4    结束语

　　旋转机械故障诊断技术在减少突发性事故，提高设备的安全可靠性；提高设备可用率，降低设备强迫停运；降低了维修费用及寿命周期费用；延长了设备使用寿命等方面有着不可替代的作用。由于旋转机械故障诊断技术具有以上的优点，目前国际上一些发达国家已经 80%采用该技术，国内企业也取得了一些改造的成功经验。实践证明：采用旋转机械故障诊断技术，无论在降低经济成本还是安全保证都是最有效的途径。它将在技术的推广应用中得到更加充分的体现并在实践中不断得到完善。

参 考 文 献

[1] 虞和济．振动诊断的工程应用[M]．冶金工业出版社，1992.
[2] 黄文虎，夏松波，等．设备故障诊断原理、技术及应用[M]．北京：科学出版社，1996.
[3] 谢宝义.工程机械状态监测与故障诊断技术[J].中国设备工程，2002 (3): 8-9.
[4] 戴红生，韩晓岗，姚玉传.分频段技术在旋转机械的频段振动分析中的应用[J].华东电力，2002 (3):43-45.
[5] 王秉仁.旋转机械振动监测及故障诊断中的分频段控制[J]. 电站系统工程，1997,13 (4):50-52.

本文引用地址：http://www.fanxp.com/Article/Tech/TTest/200801/581.html

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