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1、大型回转机械故障诊断的 现状和发展趋势PresentPresent ConditionCondition andand DevelopingDeveloping TrendTrend forfor TroubleDiagnosisTroubleDiagnosis ofof Large-typeLarge-type RotaryRotary MachineryMachinery机械故障诊断学是一门近二十年内发机械故障诊断学是一门近二十年内发展起来的新学科，是现代化设备维修技术展起来的新学科，是现代化设备维修技术的重要组成部分，正日益成为设备维修管的重要组成部分，正日益成为设备维修管理工作现代化的
2、一个重要标志。此项技术理工作现代化的一个重要标志。此项技术的应用能确保机械设备安全运行，提高产的应用能确保机械设备安全运行，提高产品质量，节约维修费用以及防止环境污染。品质量，节约维修费用以及防止环境污染。随着现代化大工业的迅猛发展，石化，随着现代化大工业的迅猛发展，石化，电力、航空、冶金、能源和工程机械等行电力、航空、冶金、能源和工程机械等行业中广泛应用的各类大型回转机械如离心业中广泛应用的各类大型回转机械如离心压缩机、汽轮发电机、风机、水轮机和燃压缩机、汽轮发电机、风机、水轮机和燃气轮机，日益向大型化、高速化、自动化、气轮机，日益向大型化、高速化、自动化、长周期连续运行方向发展。上述各类回
3、转长周期连续运行方向发展。上述各类回转机械的正常运行，不仅能为国家创造巨大机械的正常运行，不仅能为国家创造巨大的物质财富，而且还产生了巨大的社会效的物质财富，而且还产生了巨大的社会效益。益。由于设备质量缺陷，维护不当以及运由于设备质量缺陷，维护不当以及运行操作失误引起的各类故障都会影响到回行操作失误引起的各类故障都会影响到回转机械的稳定运行，威胁到生产的安全，转机械的稳定运行，威胁到生产的安全，甚至会造成设备停机、流程中断，造成严甚至会造成设备停机、流程中断，造成严重的经济损失。据统计，重的经济损失。据统计，1992-19931992-1993 年，国年，国内内 1717 套尿素装置故障停车共
4、计套尿素装置故障停车共计 549549 次，停次，停车车 957957 天，相当于天，相当于 3 3 套尿素装置的生产能套尿素装置的生产能力放空一年，最多的一套装置共停车力放空一年，最多的一套装置共停车 6767 次，次，共计共计 11O11O 天，直接经济损失数亿元。天，直接经济损失数亿元。19951995年酒泉钢铁公司的发电机组由于多次强行年酒泉钢铁公司的发电机组由于多次强行启动，造成转子弯曲过大而报废，给酒钢启动，造成转子弯曲过大而报废，给酒钢和嘉峪关市造成了近亿元的经济损失。因和嘉峪关市造成了近亿元的经济损失。因此研制和开发先进的大型回转机械状态监此研制和开发先进的大型回转机械状态监测
5、和故障诊断系统，对于确保这些关键设测和故障诊断系统，对于确保这些关键设备的安全、高效、长周期运行，避免巨大备的安全、高效、长周期运行，避免巨大的经济损失和灾难性事故的发生，具有重的经济损失和灾难性事故的发生，具有重大的经济价值。大的经济价值。1 1 大型回转机械故障诊断技术的现状大型回转机械故障诊断技术的现状2O2O 世纪世纪 7070 年代以来，电子技术和信号年代以来，电子技术和信号处理技术的迅猛发展，转子处理技术的迅猛发展，转子- -轴承系统动力轴承系统动力特性研究的不断深入，有力地促进了大型特性研究的不断深入，有力地促进了大型回转机械状态监测和故障诊断技术的发展，回转机械状态监测和故障诊
6、断技术的发展，使大型回转机械状态监测和故障诊断技术使大型回转机械状态监测和故障诊断技术水平不断提高。水平不断提高。大型回转机械状态振动监测和故障诊大型回转机械状态振动监测和故障诊断技术主要包括转子振动监测系统开发、断技术主要包括转子振动监测系统开发、振动信号处理和分析技术、转子故障诊断振动信号处理和分析技术、转子故障诊断技术等。技术等。回转机械状态监测分为离线定期监测回转机械状态监测分为离线定期监测和在线监测两种方式。离线定期监测首先和在线监测两种方式。离线定期监测首先用磁带记录仪或数据采集器对转子振动信用磁带记录仪或数据采集器对转子振动信号进行收集，然后送入频谱分析仪如号进行收集，然后送入频
7、谱分析仪如CF940CF940，SD375SD375 等进行分析。在线监测是不等进行分析。在线监测是不断地对机组各测点的振动信号进行记录、断地对机组各测点的振动信号进行记录、监测，一旦机组发生故障，可以得到机组监测，一旦机组发生故障，可以得到机组当时的振动信号。国外非常注重大型回转当时的振动信号。国外非常注重大型回转机械状态监测和故障诊断设备的开发，无机械状态监测和故障诊断设备的开发，无论是用于离线监测和在线监测都有比较成论是用于离线监测和在线监测都有比较成熟的产品供选用，如日本和丹麦生产的磁熟的产品供选用，如日本和丹麦生产的磁带记录仪，带记录仪， 美国亚特兰大公司的美国亚特兰大公司的 M77
8、7M777 便便携式数据采集器，信号处理仪常见的是携式数据采集器，信号处理仪常见的是 H H P P、B&KB&K、小野公司的产品。在线监测系统、小野公司的产品。在线监测系统主要由工业用微机系统和基于微机处理器主要由工业用微机系统和基于微机处理器的专用仪器组成，可同时对转子几十或几的专用仪器组成，可同时对转子几十或几百通道的振动信号进行实时监测，如美国百通道的振动信号进行实时监测，如美国本特利公司生产的本特利公司生产的 TDMTDM 和和 DDMDDM 系列产品和系列产品和亚特兰大公司生产的亚特兰大公司生产的 M6000M6000 系列产品等。系列产品等。国内一些大型企业引进了一些大型回转机国
9、内一些大型企业引进了一些大型回转机械状态监测仪器，开阔了大家的眼界，促械状态监测仪器，开阔了大家的眼界，促进了国内大型回转机械状态监测和故障诊进了国内大型回转机械状态监测和故障诊断技术的开展。进口监测仪器的突出缺点断技术的开展。进口监测仪器的突出缺点是价格昂贵，维护和改进更新都很困难，是价格昂贵，维护和改进更新都很困难，因此不可能在我国推广普及，针对上述缺因此不可能在我国推广普及，针对上述缺陷，国内一些科研机构和高等学校利用价陷，国内一些科研机构和高等学校利用价格低而又灵活的个人计算机开发了一些转格低而又灵活的个人计算机开发了一些转子监测和诊断系统。哈尔滨工业大学开发子监测和诊断系统。哈尔滨工
10、业大学开发的的“微机对机组振动监测和故障诊断系统微机对机组振动监测和故障诊断系统MMMDMMMD 一一 1”1” ，西安交通大学与镇海石化总厂，西安交通大学与镇海石化总厂联合开发的联合开发的“大型旋转机械计算状态监测大型旋转机械计算状态监测及故障诊断系统及故障诊断系统”等，这些系统具有很高等，这些系统具有很高的性能价格比，与我国企业的实际情况紧的性能价格比，与我国企业的实际情况紧密结合，有利于在我国推广，并已取得了密结合，有利于在我国推广，并已取得了良好的效果。以个人计算机为基础开发大良好的效果。以个人计算机为基础开发大型回转机械监测系统，这几年在国际上也型回转机械监测系统，这几年在国际上也受
11、到了重视。受到了重视。大型回转机械振动信号分析的目的是大型回转机械振动信号分析的目的是提取出转子运行信息，有效的信号处理和提取出转子运行信息，有效的信号处理和运行信息提取是完成转子状态监测和故障运行信息提取是完成转子状态监测和故障诊断的关键。目前，振动信号处理方法很诊断的关键。目前，振动信号处理方法很多，如倒频谱分析、双谱分析、主分量自多，如倒频谱分析、双谱分析、主分量自回归谱分析、回归谱分析、WignerWigner 分布、分布、ANCANC 技术。但技术。但是，对于大型回转机械振动信号处理和故是，对于大型回转机械振动信号处理和故障诊断来说，目前，主要利用障诊断来说，目前，主要利用 FFTF
12、FT 谱分析谱分析对转子振动信号进行处理，提取转子运行对转子振动信号进行处理，提取转子运行状态变化和转子故障信息，实现大型回转状态变化和转子故障信息，实现大型回转机械的故障诊断和运行状态监测，机械的故障诊断和运行状态监测，FFTFFT 谱是谱是最有效和直观的分析方法。与最有效和直观的分析方法。与 FFTFFT 谱相结谱相结合的时域分析方法有轴心轨迹、时域波形合的时域分析方法有轴心轨迹、时域波形分析和用于大型回转机械启停信号分析的分析和用于大型回转机械启停信号分析的瀑布图、瀑布图、BodeBode 图、图、NYqUistNYqUist 图。为了更好图。为了更好地提取转子运行信息，基于地提取转子运
13、行信息，基于 FFTFFT 谱分析，谱分析，R RB BRandallRandall，提出了谱的趋势分析；，提出了谱的趋势分析；B B rianrian R RHumesHumes 将一倍频和二倍频的幅值和将一倍频和二倍频的幅值和相位相结合绘制在极坐标图上，建立了矢相位相结合绘制在极坐标图上，建立了矢量监测图量监测图(Vector(Vector MonitoringMonitoring Pinpoints)Pinpoints)，监测工作转速下一倍频响应向量和二倍频监测工作转速下一倍频响应向量和二倍频相应向量的变化，来发现回转机械状态的相应向量的变化，来发现回转机械状态的变化；变化；I II I
14、 manman 提出了提出了 HistogHistog ramram 信号分信号分析技术析技术(Histo-g(Histo-g ramram SignatureSignature AnalysisAnalysis Technique)Technique)，将正常运行状态下的转子振，将正常运行状态下的转子振动时域波形与故障状态下转子振动时域波动时域波形与故障状态下转子振动时域波形相减，然后求形相减，然后求 FFTFFT 谱，这样谱，这样 FFTFFT 谱主要谱主要反映了故障引起的转子振动信息。如何正反映了故障引起的转子振动信息。如何正确而全面地提取转子振动信息是当前转子确而全面地提取转子振动信息
15、是当前转子振动信号处理和分析的关键问题。振动信号处理和分析的关键问题。转子运行状态监测和振动信息提取是转子运行状态监测和振动信息提取是为转子故障诊断作准备，转子振动信息是为转子故障诊断作准备，转子振动信息是转子故障诊断的依据。然而，仅仅靠转子转子故障诊断的依据。然而，仅仅靠转子振动信息是不可能完成转子故障诊断的，振动信息是不可能完成转子故障诊断的，必须将实测振动信息与转子典型故障在振必须将实测振动信息与转子典型故障在振动信息中的反映相联系。也就是说，首先动信息中的反映相联系。也就是说，首先必须通过理论分析和实验研究掌握转子典必须通过理论分析和实验研究掌握转子典型故障的振动特征。在这方面，国内外
16、学型故障的振动特征。在这方面，国内外学者己经进行了大量的研究，这些研究成果者己经进行了大量的研究，这些研究成果也已成功地应用于实际转子故障诊断中。也已成功地应用于实际转子故障诊断中。但主要是利用但主要是利用 FFTFFT 谱分析和轴心轨迹来反谱分析和轴心轨迹来反映这些典型故障的振动特征，振动特征以映这些典型故障的振动特征，振动特征以谱峰的变化和存在来表示，与前述用谱峰的变化和存在来表示，与前述用 FFTFFT谱分析提取转子实际振动信息有同样的不谱分析提取转子实际振动信息有同样的不足之处，因此，不可能全面地反映出转子足之处，因此，不可能全面地反映出转子典型故障的振动特征。许多转子故障在频典型故障的振动特征。许多转子故障在频谱图上具有相同的特征，不对中与转子表谱图上具有相同的特征，不对中与转子表面横向裂纹都引起二倍频振动分量的出现，面横向裂纹都引起二倍频振动分量的出现，矢量不平衡与质量不平衡都通过一倍频反矢量不平衡与质量不平衡都通过一倍频反映出来：油膜涡动、喘振、旋转脱离都引映出来：油膜涡动、喘振、旋转脱离都引起
