高速旋转机械常见故障原因及频域分析.pdf

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1、GMinMetallurgical&MineIndustry高速旋转机械常见故障原因及频域分析白银有色集团装备与自动化控制研究所(甘肃730900)于凤银宋炳泉白银市工信委(甘肃730900)杨巍白银有色集团西北铅锌冶炼厂(甘肃730900)于凤燕【摘要】明确高速旋转机械故障产生机理、原因，是该类重点设备正常运行、生产的基础保障；对其常见故障进行频域特征分析及模拟故障谱的总结，进一步提供了对高速旋转机械各种故障准确诊断的依据和准则。【关键词】高速旋转机械基频故障模拟f谱共振故障诊断不平衡一、前言高速旋转机械转速从几千转，分到几十万转，分，应用在各种工业生产领域

2、并成为企业的重点设备。如：煤气鼓风机、高低压空压机组、大型泵及汽轮发电机等，其安全稳态运行与企业正常生产紧密相关。高速旋转机械常见故障原因和频域特征的分析研究，可以有效确保该类设备的正常运行，及时发现、诊断设备的各类异常和故障，同时帮助生产操作人员和维修技术人员达劐以下目标。1)准确确定故障部位、原因和程度，采取有效防治措施，做到防患干未然的预知性维修。2)为减少、抑制故障隐患，提供必要的理论基础和参考依据。3)为进一步故障诊断专家知识系统中的故障模拟谱图表，建立标准、设定初始值。二、高速旋转机械故障诊断理论与分析1965年FFT方法问世，数字信号处理、分析出

3、现新分支，为高速旋转机械故障诊断分析研究、发展奠定了理论基础。借助数学工具与计算机，应用各学科最新成{GM■用颤誓WWW．CtyjX．COrn2013年第1期果，该门技术学科得到了发展和完善。至今，形成理论的分析方法有以下几种。(I)波形分析法观察振动波形特征，获取诊断信息，效果清晰。局限性在于振动频率成分含量多时，波形复杂，直接观察并获取诊断信息困难。(2)频谱分析法最广泛使用方法之一，又称做FFT频谱分析法，特点如下。1)尖锐的功率谱谱峰，对故障敏感。2)谱峰大小可判定故障程度，并由频率值诊断故障种类。成为故障诊断专家知识系统中成熟、可靠的一组规则。3)由

4、概率统计法(3盯准则)可建立设备标准谱，并作为衡量设备工况异常与否的准则。(3)瞬态分析法包括波德图、极坐标图、轴心轨迹、坎贝尔图及瀑布图分析等，将过程信号分析，处理作为整体是其特点。(4)统计分析法用统计法对振动信号中各频率分量的综合影响，进行量化处理。量化指标可从振动参数中直接得到，又可从曲线波形或频谱图中获得，是其特点。(5)模糊数学分析法在高速旋转机械故障诊断分析中，用模糊数学分析法处理诊断中的模糊问题。在模糊综合评判、模糊模式识别等方面，取得了进展。但难于对模糊隶属度函数的确定，阻碍了该方法技术的实用推广。此外，还有灰色系统分析法、专家诊断知识系统及

5、新发展起来的小渡分析法和人工神经网络理论等。三．高速旋转机械常见故障原因及频域分析构成高速旋转机械主要部件有叶轮、转子轴、支撑轴承、止推轴承、密封组、联轴器、机器定子或壳体等。常见运行故障为转子不平衡、转子不对中、轴承缺陷、转子轴裂纹、摩擦、机座或装配松动等。根据统计数据，各类故障发生概率如图l所示。03％图1高速旋转机械各种故障主要原因及比例1．转子不平衡故障高速旋转机械主要构成部件转子轴质心与轴心线不同轴，转子轴心质量分布不均匀，产生附加惯性力、力偶并引发设备故障称为不平衡故障，原因是：制造转子材质不均匀；加工安装产生误差；工作过程中，输送介质带有一定量的

6、附属物，逐渐黏附在叶轮表面造成不平衡的发生。实际不平衡量沿转子、叶轮轴向和径向任意随机分布，形成惯性离心力系，引起超出限值的振动，设备就发生了不平衡故障。又分为初始不平衡和突发不平衡。转子轴结构不对称、材质不均匀、加工装配误差等引起质量偏心而发生机器的强迫振动是初始不平衡故障的主要原因；运转中转子腐蚀、积垢或碰撞引起轴弯曲而产生较大质量偏正，造成机器突然增大的强迫振动，是突发不平衡故障的主要原因。基频^为主导地位，是高速旋转机械不平衡故障的重要频域特征。2．转子不对中故障转子轴弯曲产生预负荷，不正确的轴承座安装及转子轴中心线偏置是不对中故障的主要原因，分为转子

7、高度不对中、转子角度不对中和二者同时存在三种情况。不对中故障会产生转子附加弯矩及轴承中的附加负荷，导致轴承间负荷再次分配，损坏轴承，引发设备强烈振动。频域上，二倍频(旗)分量、大的轴向振动分量为主导，是不对中故障的主要特征(见图2)。常用工频图2转子不对中模拟频谱．厂r分量与二倍频(骐)分量比例，判断不对中故障的严重程度，并作为标志：2，r分量占，r分量的30％～75％，是轻微不对中；轨振幅af,分量80％以上，是明显不对中；当2，r振幅超过厂r振幅14％以上时，是严重不对中故障现象。3．摩擦故障与轴裂纹高速旋转机械摩擦性故障主要类型包括内摩擦、外摩擦和动静摩

8、擦，同时分为气封、轴向碰磨等。频域上呈