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旋轉(zhuǎn)機械
什么是旋轉(zhuǎn)機械
旋轉(zhuǎn)機械是指依靠轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運動進行工作的機器，在結(jié)構(gòu)上須具備基本的轉(zhuǎn)子、軸承等零部件。旋轉(zhuǎn)機械的主要功能是由旋轉(zhuǎn)動作完成的，轉(zhuǎn)子是其非常主要的部件。旋轉(zhuǎn)機械發(fā)生故障的重要特征是機器伴有異常的振動和噪聲，其振動信號從幅值域、頻率域和時間域?qū)崟r地反映了機器故障信息。

典型的旋轉(zhuǎn)機械

各類離心泵、軸流泵、離心式和軸流式風機、汽輪機、渦輪發(fā)動機、電動機、離心機。

（汽輪機圖片來源于網(wǎng)絡）

旋轉(zhuǎn)機械的用途：
在大型化工、石化、壓縮電力和鋼鐵等部門，某些大型旋轉(zhuǎn)機械屬于生產(chǎn)中的關鍵設備
煉油廠催化工段的三機組或四機組
大化肥裝置中的四大機組或五大機組
乙烯裝置中的三大機組
電力行業(yè)的汽輪發(fā)電機組、泵和水輪機組
鋼鐵部門的高爐風機和軋鋼機組

轉(zhuǎn)子常見的故障

轉(zhuǎn)子不平衡、轉(zhuǎn)子不對中、轉(zhuǎn)子彎曲、油膜渦動和油膜振蕩等。

（轉(zhuǎn)子圖片來源于網(wǎng)絡）

旋轉(zhuǎn)機械故障診斷

作為設備故障診斷技術(shù)的一個分支--旋轉(zhuǎn)機械狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù).其研究領域也同樣主要集中在故障信息檢測、故障特征分析、狀態(tài)監(jiān)測方法、故障機理研究、故障識別及其專家系統(tǒng)。

旋轉(zhuǎn)機械的振動關系及故障分類

旋轉(zhuǎn)式機械的主要組成部分是轉(zhuǎn)軸組件，又稱轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，它包括轉(zhuǎn)子、軸承、支座及密封裝置等部分。由于轉(zhuǎn)子類型及振動性質(zhì)的不同，其產(chǎn)生故障的原因，機理及振動特征各不相同。
1、轉(zhuǎn)子不平衡
1)轉(zhuǎn)子不平衡產(chǎn)生原因
在旋轉(zhuǎn)機械中，若轉(zhuǎn)子的質(zhì)心與旋轉(zhuǎn)軸不重合，就存在不平衡。轉(zhuǎn)子不平衡包括轉(zhuǎn)了系統(tǒng)的質(zhì)量偏心及轉(zhuǎn)子部件出現(xiàn)缺損。轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心是由于轉(zhuǎn)子的制造誤差、裝配誤差、材質(zhì)不均勻等原因造成的，稱此為初始不平衡。轉(zhuǎn)了部件的缺損是指轉(zhuǎn)子在運行中由于腐蝕、磨損、介質(zhì)結(jié)垢以及轉(zhuǎn)子受疲勞力的作用使轉(zhuǎn)子的零部件（如葉輪、葉片等）局部損壞、脫落、碎塊飛出，從而造成新的轉(zhuǎn)了不平衡。轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心和轉(zhuǎn)子部件缺損是兩種不同的故障但其不平衡振動機理卻有共同之處。
2)轉(zhuǎn)子不平衡的振動特征
轉(zhuǎn)子不平衡故障的主要振動特征為：頻譜圖中，諧波能量集中于基頻；振動的時域波形為正弦波；當工作轉(zhuǎn)速一定時，相位穩(wěn)定；轉(zhuǎn)子的軸心軌跡為桐圓；轉(zhuǎn)子的進動特征為同步正進動；轉(zhuǎn)子振動的強烈程度對工作轉(zhuǎn)速的變化很敏感，振動幅值與轉(zhuǎn)速的平方成正比，而與負荷大小無關；當轉(zhuǎn)速大于第 一臨界轉(zhuǎn)速后，轉(zhuǎn)速上升，振幅趨向于一個較小的穩(wěn)定值。當轉(zhuǎn)速接近第 一臨界轉(zhuǎn)速時，發(fā)生共振，振幅具有蕞大峰值；不平衡故障主要有靜不平衡和動不平衡兩種。對于靜不平衡，其振動方向主要反映在徑向，與軸向振動無關，轉(zhuǎn)子兩端軸承同一方向的徑向振動為同相。
2、轉(zhuǎn)子不對中
1)轉(zhuǎn)子不對中產(chǎn)生原因
機組各轉(zhuǎn)子之間由聯(lián)軸器聯(lián)接構(gòu)成軸系傳遞運動和轉(zhuǎn)矩。由于機器的安裝誤差、承載后的變形以及機器基礎的沉降不均等，造成機器工作狀態(tài)時各轉(zhuǎn)了軸線之間產(chǎn)生軸線平行位移、軸線角度位移或綜合位移等對中變化誤差，統(tǒng)稱為轉(zhuǎn)了不對中。
2)轉(zhuǎn)子不對中危害
不對中是旋轉(zhuǎn)機械故障中非常常見的故障之一，旋轉(zhuǎn)機械故障中轉(zhuǎn)了系統(tǒng)故障診斷的60%是由不對中引起的。具有不對中故障的轉(zhuǎn)了系統(tǒng)在其運轉(zhuǎn)過程中將產(chǎn)生一系列有害于設備運行的動態(tài)效應，如引起設備的振動、機器聯(lián)軸器偏轉(zhuǎn)、軸承早期損壞、油膜失穩(wěn)和軸的彎曲變形等，導致機器發(fā)生異常振動危害很大。
3、轉(zhuǎn)子彎曲
轉(zhuǎn)子彎曲包括轉(zhuǎn)子弓形彎曲和臨時性彎曲兩種故障。轉(zhuǎn)子弓形彎曲是指轉(zhuǎn)子軸呈弓形，它是由于轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)不合理、制造誤差大、材質(zhì)不均勻、轉(zhuǎn)子長期存放不當?shù)仍蛟斐傻摹０l(fā)生 永 久 彎曲變形是由于熱態(tài)停機時未及時盤車、熱穩(wěn)定差、長期運行后轉(zhuǎn)軸自然彎曲加大等原因造成的。轉(zhuǎn)子臨時性彎曲是由于轉(zhuǎn)軸有較大預負荷、開機運行時暖機不足、升速加快、加載太大、轉(zhuǎn)軸熱變形不均勻等原因造成的。轉(zhuǎn)軸弓形彎曲與轉(zhuǎn)軸臨時性彎曲是兩種不同的故障，但其故障機理相同。轉(zhuǎn)速無論發(fā)生弓形彎曲還是臨時性彎曲，它都要產(chǎn)生與質(zhì)量偏心類似的旋轉(zhuǎn)矢量激振力同時在軸向發(fā)生與角頻率相等的振動。這兩種故障的機理與轉(zhuǎn)子質(zhì)量的偏心相同。
4、油膜渦動和油膜振蕩
油膜渦動和油膜振蕩是由滑動軸承油膜力學特性引起的自激振動。以圓柱滑動軸承為例，由于交叉剛度系數(shù)不等于零，油膜彈性力有使軸頸失穩(wěn)的因素。軸承中軸頸中心的位置與工作轉(zhuǎn)速和載荷大小有關。對于受載條件一定的滑動軸承頸仍能回到平衡位置：軸頸轉(zhuǎn)速升，當軸頸轉(zhuǎn)速不太高時，即使受到一個偶然的外部干擾力的作用，軸高達到一定數(shù)值后一旦受到外部干擾力的作用軸頸便不能回到初始位置，而沿近似桐圓的封閉軌跡渦動態(tài)?；蛘哐啬骋徊灰?guī)則的擴散曲線振蕩這就形成了軸承的失穩(wěn)狀。
此外，旋轉(zhuǎn)機械常見的故障還有轉(zhuǎn)子與靜止部件發(fā)生摩擦引起的故障、密封和間隙動力失穩(wěn)引起的故障、轉(zhuǎn)軸具有橫向裂紋引起的故障等等。這些故障具有各自的機理和特點。

旋轉(zhuǎn)機械常用的系統(tǒng)故障診斷方法

旋轉(zhuǎn)機械的系統(tǒng)故障診斷以故障機理和技術(shù)檢測為基礎，以信號處理和模式識別為其基本理論和方法，從功能上可分成數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)監(jiān)測、診斷決策3部分。復雜的旋轉(zhuǎn)機械系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和狀態(tài)監(jiān)測的技術(shù)手段和方法很多，通常采用在線間接診斷法，即通過二次診斷信息來間接判斷其中關鍵零部件的狀態(tài)變化，常見的方法有直觀檢測、溫度監(jiān)測、振動監(jiān)測、噪聲譜分析、油液光譜分析等。
1、直觀檢測
直觀檢測是操作人員通過耳聽、眼看、憑借經(jīng)驗判斷設備的故障隨著機械系統(tǒng)自動化程度的提高，該方法已不能滿足現(xiàn)代故障診斷的要求。
2、溫度檢測
溫度監(jiān)測是利川各類溫度傳感器來測量軸承、電機和齒輪箱等裝置的表面和內(nèi)部溫度，為查找故障部位提供信息。該方法屬于數(shù)據(jù)采集功能，為狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷提供基礎。
3、振動監(jiān)測
噪聲譜分析旋轉(zhuǎn)機械發(fā)生故障的主要特征是機器伴有異常的振動和噪聲，因此振動監(jiān)測和噪聲潛分析成為旋轉(zhuǎn)機械系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測的重要手段和方法，振動監(jiān)測主要是利用機器表面的振動信號來診斷電機、軸承等的運行狀態(tài)，如果出現(xiàn)故障，其振動的振幅、頻率等都會發(fā)生變化，通過對從振動傳感器得到的振動信號進行頻譜分析來確定故障類型及狀態(tài)噪聲譜分析是通過聲波儀對系統(tǒng)某部件噪聲信號頻中的諧波幅值變化規(guī)律進行分析，識別和判斷部件的磨，清況等故障。該方法能夠?qū)Σ考哪p情況實現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測并確定故障部位由于環(huán)境噪聲干擾大、機械工況的變化會導致其信號的非平穩(wěn)性、缺少性能可靠的傳感器等原因，這兩種方法在實時監(jiān)測方面的應用需要進一步研究。
4、油液光譜分析
油液光譜分析是使用原子吸收光譜儀，對系統(tǒng)的液壓油或潤滑油中金屬微粒、外來砂粒、塵埃等進行濃度和化學成分分析。該方法主要針對系統(tǒng)中的液體變化情況進行狀態(tài)監(jiān)測。

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