旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子不平衡故障的診斷分析

（湖南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司吳忠卷煙廠，寧夏 吳忠 751100）

摘要：由于轉(zhuǎn)子部件的質(zhì)量產(chǎn)生偏心或者轉(zhuǎn)子部件出現(xiàn)了缺損，導(dǎo)致了轉(zhuǎn)子不平衡，這是一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械中最為常見的故障。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計顯示，有一半以上的故障與轉(zhuǎn)子不平衡有關(guān)，對于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的影響非常大。文章對目前旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子不平衡的故障診斷進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)機(jī)械；轉(zhuǎn)子不平衡；故障診斷；彎曲故障

中圖分類號：TF307文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-2374（2014）22-0051-02近年來的工業(yè)化生產(chǎn)中，各種設(shè)備以及機(jī)械存在著一種非常明顯的趨勢，功能原理越來越多樣化，而且設(shè)備大型化與連續(xù)化也非常突出，因此提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，對于設(shè)備的工藝目標(biāo)可以通過較低的消耗來實(shí)現(xiàn)。但是機(jī)器設(shè)備一旦發(fā)生故障就會產(chǎn)生非常嚴(yán)重的后果，有時候甚至是災(zāi)難性的后果。目前選擇機(jī)械轉(zhuǎn)子不平衡故障非常常見，為了有效地保障設(shè)備的安全可靠運(yùn)行，對于其中存在的故障進(jìn)行診斷將是非常關(guān)鍵的，現(xiàn)代化生產(chǎn)中不能局限于事故后的維修，更要進(jìn)行故障前的診斷，因此對于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)子不平衡故障的研究與診斷是非常有現(xiàn)實(shí)意義的。

1不平衡的原因

1.1不平衡的原理

由于轉(zhuǎn)子受到材料質(zhì)量在分布、加工以及誤差和裝配技術(shù)等長期運(yùn)行中產(chǎn)生的各種不均勻磨損和腐蝕，進(jìn)而形成的質(zhì)量中心與旋轉(zhuǎn)中心之間存在一定的偏心距，在工作過程中轉(zhuǎn)子會長期受到周期性的離心力的干擾，動荷載對于軸承產(chǎn)生干擾，引起機(jī)器振動這種不規(guī)律的現(xiàn)象。

1.2故障的特征

一般來說轉(zhuǎn)子不平衡的故障引起的特征包括如下幾個方面：首先，轉(zhuǎn)子以及軸承由于不平衡故障會發(fā)生徑向振動，轉(zhuǎn)速頻率在轉(zhuǎn)子徑向測點(diǎn)的頻譜圖上有著非常突出的峰值；其次，轉(zhuǎn)速頻率的告辭諧波具有很低的幅值，時域上的特征體現(xiàn)為波形接近于一種正炫波；再次，軸心軌跡由于轉(zhuǎn)子與截面處相互垂直的倆個徑點(diǎn)測振點(diǎn)之間，左右是相位差，因此成一個橢圓形或者圓形。最后，懸管轉(zhuǎn)子除外，轉(zhuǎn)子一般是兩端支撐的，其軸向振動一般來說并不非常明顯。

1.3故障類型

對于轉(zhuǎn)子不平衡的形成原因有多個方面，一般來說根據(jù)不同的類型可以進(jìn)行劃分，如果是不平衡產(chǎn)生的過程，可以分為三類，一種是原始不平衡，這類型的不平衡一般是由于轉(zhuǎn)子制造出現(xiàn)誤差以及裝配、材質(zhì)等方面的問題而形成的，容易在使用一開始就出現(xiàn)振動的情況；一種是漸發(fā)性不平衡，在運(yùn)行過程中，轉(zhuǎn)子會不均勻結(jié)垢，其不均勻磨損以及工藝介質(zhì)對于轉(zhuǎn)子的運(yùn)行都會產(chǎn)生作用，腐蝕容易使得振動值隨著運(yùn)行時間的增加而不斷變得劇烈；最后一種是突發(fā)性不平衡，這一類型是由于轉(zhuǎn)子上零部件的脫落或者其他原因造成振動值發(fā)生很強(qiáng)烈的改變。

對于設(shè)備的故障進(jìn)行診斷是為了使得設(shè)備可以更加穩(wěn)定安全的運(yùn)行，這一目標(biāo)的重要性需要各個階段加以配合才能實(shí)現(xiàn)，對于故障的機(jī)理應(yīng)當(dāng)加以了解，對于相關(guān)故障的特征進(jìn)行提取，確定故障的類型，據(jù)此有針對性的提出相關(guān)解決方案，使得設(shè)備可以更加可靠地

運(yùn)行。

2故障的診斷

轉(zhuǎn)子的故障在旋轉(zhuǎn)機(jī)械中是非常常見的，其類型也非常多，如轉(zhuǎn)子不平衡、轉(zhuǎn)子彎曲等，針對故障的特征，轉(zhuǎn)子不平衡與轉(zhuǎn)子彎曲就是非常難以區(qū)分的一組故障，轉(zhuǎn)子彎曲以及轉(zhuǎn)子不平衡經(jīng)常被人當(dāng)做同一組對待，事實(shí)上兩者之間是存在差別的，轉(zhuǎn)子個橫截面的質(zhì)心連線與其幾何中心連線不重合為轉(zhuǎn)子不平衡，而轉(zhuǎn)子彎曲則是由于轉(zhuǎn)子個截面的幾何中心連線與旋轉(zhuǎn)軸線不重合，兩者的共同點(diǎn)在于轉(zhuǎn)子都會發(fā)生偏心質(zhì)量，進(jìn)而使得轉(zhuǎn)子產(chǎn)生振動。

2.1轉(zhuǎn)子彎曲故障的機(jī)理

化工生產(chǎn)機(jī)組停機(jī)一定時間后，重新開啟會遇到如下情況，如果振動過大有可能出現(xiàn)無法啟動的情況，這種情況一般來說是因?yàn)榘l(fā)生了轉(zhuǎn)子彎曲，其具有兩種類型，一種是永久彎曲，另一種是臨時性彎曲。前者呈弓形而且難以恢復(fù)，而后者是可恢復(fù)的，只是轉(zhuǎn)子的預(yù)負(fù)荷過大，進(jìn)而使得轉(zhuǎn)子熱變形不均勻。

時域波形以及軸心軌跡等方面內(nèi)容，轉(zhuǎn)子彎曲與轉(zhuǎn)子不平衡存在很大的相似性，因此需要對兩者的類型特征進(jìn)行確定，準(zhǔn)確的分析故障原因，進(jìn)而提出解決策略與方案，恢復(fù)設(shè)備運(yùn)行。

2.2轉(zhuǎn)子不平衡與彎曲故障的甄別

對于特征信號進(jìn)行分析是診斷設(shè)備故障的一個非常重要的環(huán)節(jié)，對于及其敏感的測量點(diǎn)，檢測設(shè)備對于信號進(jìn)行提取，對于設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行了解，對于信號進(jìn)行技術(shù)分析，一般來說常用兩種技術(shù)，一種是頻域分析，另一種是時域分析，對于設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行反映是后者的關(guān)鍵點(diǎn)，對于故障進(jìn)行監(jiān)測，對于運(yùn)行趨勢進(jìn)行預(yù)報。如果設(shè)備發(fā)生故障，時域分析無法準(zhǔn)確的分析出在何處以及什么類型，需要對于信號進(jìn)行深入分析，也就需要進(jìn)行頻譜分析，對于各個零部件之間的運(yùn)動關(guān)系進(jìn)行分析，大多數(shù)機(jī)械設(shè)備通過傳遞力與運(yùn)動也就是機(jī)械能的方式來預(yù)測故障。傳遞過程中由于各個部件之間的磨擦作用導(dǎo)致了能量的損耗，對于機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，頻譜圖就是對其進(jìn)行分析的主要工具，對于頻譜圖進(jìn)行正確觀測，對于特征頻率進(jìn)行確定，也就可以判斷到底屬于何種故障類型。

轉(zhuǎn)子彎曲與轉(zhuǎn)子不平衡是存在本質(zhì)區(qū)別的，雖然有很多相似之處，對于軸兩端是否會產(chǎn)生錐形運(yùn)動進(jìn)行觀察，對于其工頻振動進(jìn)行確定。

2.3解決方案

判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)并且預(yù)測運(yùn)行趨勢是設(shè)備故障診斷技術(shù)的關(guān)鍵，對于故障類型的確定，對于其原因進(jìn)行分析進(jìn)而提出故障消除策略，這是故障診斷的最終目的。旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)子不平衡故障的原因較多，從設(shè)計、制造、安裝以及操作等各個方向來考慮，對于信號進(jìn)行分析與處理，首先確定故障類型，對于不同類型的故障確定不同的處理措施，如果是初始不平衡的，對于轉(zhuǎn)子進(jìn)行動平衡試驗(yàn)，對于轉(zhuǎn)子松動不見進(jìn)行消除與處理，如果是漸變式不平衡，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行除垢與恢復(fù)，使得轉(zhuǎn)子保持清潔；對于突發(fā)性不平衡的，應(yīng)當(dāng)消除應(yīng)力，防止直接破壞轉(zhuǎn)子。

3結(jié)語

近年來的工業(yè)化生產(chǎn)中，各種設(shè)備以及機(jī)械存在著一種非常明顯的趨勢，功能原理越來越多樣化，而且設(shè)備大型化與連續(xù)化也非常突出，因此提高了生產(chǎn)效率，對于生產(chǎn)成本也是有效的降低，對于設(shè)備的工藝目標(biāo)可以通過較低的消耗來實(shí)現(xiàn)。設(shè)備的故障診斷技術(shù)對于生產(chǎn)穩(wěn)定性是非常重要的，因此準(zhǔn)確的找出設(shè)備故障，消除轉(zhuǎn)子不平衡的影響因素，在實(shí)踐中不斷進(jìn)行總結(jié)與分析，為設(shè)備的故障診斷技術(shù)發(fā)展提供更加有力的現(xiàn)實(shí)經(jīng)驗(yàn)，從而使得生產(chǎn)效益進(jìn)一步提高。

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作者簡介：馬超（1988—），男（回族），寧夏吳忠人，湖南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司吳忠卷煙廠機(jī)械助理工程師，研究方向：煙草機(jī)械。