旋轉機械故障機理及診斷技術分析

陳金玉 邱劍飛 謝思太

摘 要：近年來，我國現(xiàn)代化工業(yè)技術發(fā)展態(tài)勢良好，大型旋轉機械被應用在企業(yè)生產活動中，由于旋轉機械應用時存在故障，人們對故障診斷技術的研究也在不斷深入。基于此，本文以旋轉機械故障診斷作為研究對象，結合設備故障機理，分析故障診斷的研究現(xiàn)狀，并通過實際案例分析旋轉機械故障診斷技術的應用。

關鍵詞：旋轉機械；故障機理；診斷技術

引言：一般情況下，旋轉機械被用在工業(yè)汽輪機、風機、渦輪機、壓縮機、發(fā)電機以及電動機等裝置中。由于設備各項子系統(tǒng)結構復雜，且旋轉機械運行容易受到非線性因素的影響，在運行中容易存在各種故障。如果工作人員沒有在第一時間加以處理，將會降低設備的可靠性，甚至使其失去基本生產功能，給生產企業(yè)帶來損失。

1.旋轉機械故障機理研究

對旋轉機械進行故障特征分析，通過分析原始信號，提取故障特征信息。人們應用頻譜分析、倒頻譜分析、時間序列分析以及傳遞函數分析方式，對旋轉機械故障信號展開處理，從而提高故障診斷的精確性。通過對旋轉機械的故障機理研究，能夠掌握故障形成的原因和發(fā)展的過程，幫助維修人員明確旋轉機械故障內在本質，并建立起科學合理的故障模式，故障機理研究是旋轉機械設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的重要基礎。分析旋轉機械常見的故障內容，具體如下：（1）轉子質量不平衡。這是汽輪發(fā)電機組常見的振動故障現(xiàn)象，可能設備原始轉子質量不平衡，或設備轉子線圈或聯(lián)軸器發(fā)生松動。（2）不對中故障，這是汽輪發(fā)電機組的另一種常見振動故障。（3）動靜摩擦故障。旋轉機械轉動部件和靜止部件之間相互摩擦而出現(xiàn)的故障，如果不及時制止，碰摩將會導致旋轉機械的轉子產生強烈振動，使設備轉子系統(tǒng)失穩(wěn)，甚至是旋轉機械轉軸永久彎曲與軸系毀壞。（4）動軸承點蝕、磨損、剝落、脫離、潤滑不良等故障、（5）旋轉機械變形、磨損、不平整、流體不規(guī)則、熱力不平衡、喘振、諧振、異物進入及碰撞、整流器外形磨損、變形、紊流、裝配不當或設計缺陷[1]。

2.旋轉機械故障診斷的研究現(xiàn)狀

故障診斷按照對象可以劃分成以下幾種：旋轉機械故障診斷、往復故障診斷、零故障診斷、結構故障診斷、液壓設備或電氣設備故障診斷。而旋轉機械的故障診斷只是其中一個分支。國外對旋轉機械的在線故障診斷技術有了深入的研究，人們致力于在線故障監(jiān)測和診斷系統(tǒng)的研發(fā)，例如網絡化汽輪發(fā)電機組的電站AID系統(tǒng)，這是最常見的智能化故障在線診斷專家系統(tǒng)，同時人們對旋轉機械的離線與在線振動檢測加以分析，對診斷系統(tǒng)的相關儀器設備進行特色化研究，我國寶鋼集團、大亞灣核電站、大連石化等企業(yè)在生產中應用了大型機組旋轉機械檢測保護系統(tǒng)。

3.旋轉機械故障的診斷技術分析

分析旋轉機械的故障診斷技術以及未來發(fā)展趨勢，隨著傳感技術、信號處理技術的發(fā)展，人們將旋轉機械故障診斷技術與非線性原理理論相融合。在數據庫、虛擬技術和神經網絡技術應用下，旋轉機械故障診斷技術主要發(fā)展趨勢如下：

（1）多種知識表示方法相結合。旋轉機械故障診斷系統(tǒng)應用中，多種方式相結合能夠完整的表達診斷知識，實現(xiàn)信息的傳遞與交互，方便人們了解更多旋轉機械系統(tǒng)維護內容。某企業(yè)生產研發(fā)的AIC9900設備故障分析診斷系統(tǒng)擁有故障現(xiàn)場分析、數據管理和趨勢分析功能，能夠應用在工業(yè)領域的汽輪機、風機、壓縮機等機械振動故障診斷，是對設備進行管理工作的故障診斷工具，也是設備研發(fā)與設計階段的缺陷查找工具。該系統(tǒng)融合了北京航天智控監(jiān)測技術研究院的專業(yè)知識和診斷經驗，系統(tǒng)擁有強大的連續(xù)采樣功能和離線振動分析功能，可以現(xiàn)場1-4面動平衡功能。系統(tǒng)與匹配北京航天智控監(jiān)測技術研究院專家實時診斷助手為設備進行在線監(jiān)測和電氣故障信息采集，并對故障提供模擬操作，分析機械設備滾動軸承運行狀態(tài)，通過噪聲采集進行設備的深入分析。

（2）經驗與理論知識相結合。為了讓系統(tǒng)和人類專家的實際能力更加相近，人們建造故障診斷系統(tǒng)時一邊重視該領域內專家的經驗知識，也注重被診斷對象的實際結構與功能。同時，專家系統(tǒng)和神經網絡相結合的技術下，神經網絡可以為旋轉機械故障診斷系統(tǒng)提供幫助，基于神經網絡右半腦直覺形象思維與專家系統(tǒng)的左半腦邏輯思維，實現(xiàn)二者的優(yōu)勢互補。

（3）虛擬現(xiàn)實技術應用在旋轉機械故障診斷系統(tǒng)中。這是多媒體技術之后又一個被計算機領域應用的重點，人們應用計算機系統(tǒng)處理數據，實現(xiàn)復雜數據的可視化操作，完成信息的交互，將用戶、旋轉機械和計算機看成一個整體，提高故障診斷系統(tǒng)的技術水平。

（4）數據庫技術和人工智能技術應用在旋轉機械故障診斷中。人工智能技術與數據庫系統(tǒng)相比，理論基礎不深，實用技術效果不強，二者相結合后能夠為旋轉機械故障診斷系統(tǒng)帶來強大的數據庫知識，并憑借信息存儲與共享的技術優(yōu)勢，改善系統(tǒng)性能。

（5）基于互聯(lián)網的遠程故障診斷技術，將其應用在旋轉機械故障診斷系統(tǒng)中，將網絡技術、通信技術、計算機技術和控制技術的優(yōu)勢集為一體，實現(xiàn)行業(yè)與企業(yè)內部的診斷數據共享，為人們對旋轉機械設備的故障診斷提供幫助[2]。

總結：總而言之，旋轉機械作為我國大型生產企業(yè)的重要機械設備，在運行中有著高速、連續(xù)工作的特點，是工業(yè)生產中的核心設備。對旋轉機械展開狀態(tài)監(jiān)測和故障監(jiān)測尤為重要，通過網絡技術、信息技術、計算機技術、智能通信技術的融合，建立旋轉機械故障在線監(jiān)測系統(tǒng)，有利于完善故障檢測技術，從而降低故障發(fā)生概率。

參考文獻：

[1]林增欽.旋轉機械故障診斷技術在煉鋼設備的應用[J].設備管理與維修，2019（04）：179-180.

[2]費冠華，李瑞洋，寧曉霞.旋轉機械設備故障診斷技術分析[J].科技風，2019（05）：178.