包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院機械工程系　吳立新

旋轉(zhuǎn)機械故障診斷的方法研究

包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院機械工程系吳立新

隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的飛速進步，故障診斷技術(shù)對旋轉(zhuǎn)機械的探究也不斷提出更新的要求。本文針對旋轉(zhuǎn)機械故障診斷技術(shù)的常見故障內(nèi)容給出了現(xiàn)象、方法及研究方案，在故障生成的基礎(chǔ)與分析上，得出故障診斷的基礎(chǔ)理論和典型故障振動特征分析的方法及遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊理論等在診斷決策算法研究中的應(yīng)用。

旋轉(zhuǎn)機械；故障診斷；信號處理

引言

在當前，旋轉(zhuǎn)機械廣泛地應(yīng)用在航天發(fā)動機、風(fēng)機、燃氣輪機、汽輪機、增壓機及各類型的電動機等的機械設(shè)備中。因為在旋轉(zhuǎn)機械故障生成機理的基礎(chǔ)與分析上，得出故障診斷的基礎(chǔ)理論和典型故障振動特征分析的方法及遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊理論等在診斷決策算法研究中的應(yīng)用。

子系統(tǒng)在旋轉(zhuǎn)機械中具備支撐系統(tǒng)條件的特殊功能與結(jié)構(gòu)的復(fù)雜特性，其包含著多種影響，尤其是非線性因素的影響，能夠讓機械設(shè)備的生產(chǎn)功能失去、可靠性能也急劇降低，造成很大的經(jīng)濟損失，有時甚至?xí)虬踩[患造成人身威脅。

機械設(shè)備的主要組成部分大多是旋轉(zhuǎn)機械，也是為機械設(shè)備提供動力的核心裝置，一般以轉(zhuǎn)子及其他可旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)部件作為工作的主要部分。一般來說，旋轉(zhuǎn)機械的絕大部分機械故障都是轉(zhuǎn)子與回轉(zhuǎn)部件之間產(chǎn)生直接或間接的故障關(guān)聯(lián)，機器伴有異常的振動與噪聲就是旋轉(zhuǎn)機械產(chǎn)生故障預(yù)警的重要表征，尤其是機械故障訊息可以通過從幅值域、頻率域和時間域?qū)崟r地反映它的振動信號。

1　旋轉(zhuǎn)機械故障診斷的內(nèi)容及常見故障

設(shè)備診斷技術(shù)的研究內(nèi)容主要包括以下三個環(huán)節(jié)。

1.1環(huán)節(jié)1

故障信息監(jiān)測：該系統(tǒng)用到相應(yīng)的傳感器、數(shù)模轉(zhuǎn)換、采集工作站等硬件設(shè)備，是對旋轉(zhuǎn)機械自身的物理變量、工作參數(shù)以及性能指標等信號進行監(jiān)測與量化。其準備過程，主要是利用一些儀器測試其相應(yīng)的數(shù)值，如電、熱、力、光、聲、流量、速度、溫濕度、噪聲等。國內(nèi)目前采集信號和監(jiān)測主要利用傳感器，其具有可靠性高、抗干擾能力強的特點，常用傳感器的類型有氣體傳感器、溫濕度傳感器、微波傳感器、紫外線傳感器、霍爾位置傳感器及光電傳感器等，應(yīng)用了現(xiàn)代新型功能材料、采用現(xiàn)代先進制造技術(shù)的新型傳感器，如陀螺儀、光導(dǎo)纖維、生物、化學(xué)傳感器等。

1.2環(huán)節(jié)2

信號處理和提?。褐饕轻槍?jīng)過處理提取到的故障特征信息信號進行分析，并相應(yīng)地與人們當前可預(yù)算的傳遞函數(shù)分析方式、時間序列分析、頻譜分析等方法對信號進行分析處理以提高準確性和早期預(yù)報的可靠性。當前，小波分析在信號處理與提取中得到大規(guī)模應(yīng)用，特別是在旋轉(zhuǎn)機械軸承的常見故障診斷中出現(xiàn)，其相空間中的GMD數(shù)據(jù)處理方法也進入初步規(guī)模的應(yīng)用，因此這種信號處理與提取的方式對處理復(fù)雜的機械類非線性振動等具有保證，故能夠進一步預(yù)測出現(xiàn)故障的發(fā)展及其趨勢，且十分有效。

1.3環(huán)節(jié)3

判斷故障的類型：故障識別技術(shù)是故障診斷的關(guān)鍵技術(shù)，是在故障檢測和故障特征信息分級的基礎(chǔ)上，按一定的規(guī)律和標準對機械設(shè)備進行故障的分類處理、部位和原因做出的判斷。故障識別參照的是規(guī)律和標準，一般都是借助于轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。判斷故障類型的最主要步驟是識別研究系統(tǒng)參數(shù)和診斷相關(guān)的實用技術(shù)，分析傳感器優(yōu)化故障問題，其應(yīng)用展現(xiàn)了小波變換、通訊融合理念、專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊故障診斷等。

2　旋轉(zhuǎn)機械典型故障

2.1不平衡引起的振動

旋轉(zhuǎn)機械的不平衡量產(chǎn)生離心力F=m2r，離心力作用下振動重復(fù)一次在機械旋轉(zhuǎn)的一周內(nèi)，沒有其他倍頻，振動相位穩(wěn)定。在機械的啟動過程中，隨著轉(zhuǎn)速的提高，激振力成平方地增加，振幅隨之增大。經(jīng)動平衡處理后，振動值才能夠恢復(fù)正常。產(chǎn)生振動的原因有以下幾點：

（1）動平衡和靜平衡不好，或是在工作中產(chǎn)生了其他的不平衡；

（2）對中不良；

（3）機組產(chǎn)生自激振動：材料內(nèi)摩擦力、流體力等造成的不平衡；

（4）工作介質(zhì)易引起的振動：氣流的旋轉(zhuǎn)失速、空吸、喘振等。

2.2轉(zhuǎn)子不對中

轉(zhuǎn)子對中不良時，系統(tǒng)出現(xiàn)非線性剛度，振動頻率中將會出現(xiàn)激振頻率的機理及振動特征各不相同。

3　轉(zhuǎn)子不平衡及原因與消除

轉(zhuǎn)子不平衡包含轉(zhuǎn)子部件出現(xiàn)缺損與轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的質(zhì)量偏心，其中，轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心是由于轉(zhuǎn)子的制動不平衡因素有時只有一種，有時幾種同時存在而引起的。

消除不平衡的方法：

（1）動平衡實驗在動平衡機上完成，對于高速轉(zhuǎn)子一般可以使用去以重法進行消除。對于較高要求的轉(zhuǎn)子，在葉輪組裝之前就應(yīng)該進行單體動平衡，整個組裝過程中完成階段性的動平衡，在最后組裝之后，再高速動平衡。

（2）現(xiàn)場動平衡實驗，在工作狀況下的工作現(xiàn)場設(shè)備，對進行震動測量的分析和動態(tài)平衡校正的一系列平衡方法。精度不高還有一定的局限性，但是優(yōu)點也很明顯，如工作量小、速度快等。

4　結(jié)論

旋轉(zhuǎn)機械在大中型生產(chǎn)企業(yè)及生產(chǎn)中都是核心設(shè)備，具有速度快、可持續(xù)工作的顯著特點，通過對旋轉(zhuǎn)機械故障診斷技術(shù)的分析探究的進一步了解和認識，明確了機械故障診斷在人們生產(chǎn)生活中的重要作用，更大更復(fù)雜的部分就需要掌握判斷旋轉(zhuǎn)機械常出現(xiàn)的各種故障的技能，并在實踐過程中善于觀察、勤于總結(jié)，為機械設(shè)備的故障診斷技術(shù)的發(fā)展提供最可靠、最堅實的基礎(chǔ)。

［1］楊國安.機械設(shè)備故障診斷實用技術(shù)［M］.北京：中國石化出版社，2007.6.

［2］張健.機械故障診斷技術(shù) ［M］.北京：機械工程出版社，2008.11.

［3］陳克興.設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)［M］.北京：科學(xué)技術(shù)文獻出版社，2006.5.

［4］姚桂艷.機械故障診斷技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］.河北理工學(xué)院學(xué)報，2005.13.

吳立新，1966年9月出生，副教授，高級工程師，研究方向：機械類的教學(xué)實踐及研究。