旋轉機械轉子不平衡故障的診斷分析

（湖南中煙工業有限責任公司吳忠卷煙廠，寧夏 吳忠 751100）

摘要：由于轉子部件的質量產生偏心或者轉子部件出現了缺損，導致了轉子不平衡，這是一種旋轉機械中最為常見的故障。根據相關統計顯示，有一半以上的故障與轉子不平衡有關，對于旋轉機械的影響非常大。文章對目前旋轉機械轉子不平衡的故障診斷進行了分析。

關鍵詞：旋轉機械；轉子不平衡；故障診斷；彎曲故障

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

1不平衡的原因

1.1不平衡的原理

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

1.2故障的特征

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

對于轉子不平衡的形成原因有多個方面，一般來說根據不同的類型可以進行劃分，如果是不平衡產生的過程，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子制造出現誤差以及裝配、材質等方面的問題而形成的，容易在使用一開始就出現振動的情況；一種是漸發性不平衡，在運行過程中，轉子會不均勻結垢，其不均勻磨損以及工藝介質對于轉子的運行都會產生作用，腐蝕容易使得振動值隨著運行時間的增加而不斷變得劇烈；最后一種是突發性不平衡，這一類型是由于轉子上零部件的脫落或者其他原因造成振動值發生很強烈的改變。

對于設備的故障進行診斷是為了使得設備可以更加穩定安全的運行，這一目標的重要性需要各個階段加以配合才能實現，對于故障的機理應當加以了解，對于相關故障的特征進行提取，確定故障的類型，據此有針對性的提出相關解決方案，使得設備可以更加可靠地

運行。

2故障的診斷

轉子的故障在旋轉機械中是非常常見的，其類型也非常多，如轉子不平衡、轉子彎曲等，針對故障的特征，轉子不平衡與轉子彎曲就是非常難以區分的一組故障，轉子彎曲以及轉子不平衡經常被人當做同一組對待，事實上兩者之間是存在差別的，轉子個橫截面的質心連線與其幾何中心連線不重合為轉子不平衡，而轉子彎曲則是由于轉子個截面的幾何中心連線與旋轉軸線不重合，兩者的共同點在于轉子都會發生偏心質量，進而使得轉子產生振動。

2.1轉子彎曲故障的機理

化工生產機組停機一定時間后，重新開啟會遇到如下情況，如果振動過大有可能出現無法啟動的情況，這種情況一般來說是因為發生了轉子彎曲，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，而后者是可恢復的，只是轉子的預負荷過大，進而使得轉子熱變形不均勻。

時域波形以及軸心軌跡等方面內容，轉子彎曲與轉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行確定，準確的分析故障原因，進而提出解決策略與方案，恢復設備運行。

2.2轉子不平衡與彎曲故障的甄別

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

轉子彎曲與轉子不平衡是存在本質區別的，雖然有很多相似之處，對于軸兩端是否會產生錐形運動進行觀察，對于其工頻振動進行確定。

2.3解決方案

判斷設備的運行狀態并且預測運行趨勢是設備故障診斷技術的關鍵，對于故障類型的確定，對于其原因進行分析進而提出故障消除策略，這是故障診斷的最終目的。旋轉機械的轉子不平衡故障的原因較多，從設計、制造、安裝以及操作等各個方向來考慮，對于信號進行分析與處理，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，對于轉子進行動平衡試驗，對于轉子松動不見進行消除與處理，如果是漸變式不平衡，應當進行除垢與恢復，使得轉子保持清潔；對于突發性不平衡的，應當消除應力，防止直接破壞轉子。

3結語

近年來的工業化生產中，各種設備以及機械存在著一種非常明顯的趨勢，功能原理越來越多樣化，而且設備大型化與連續化也非常突出，因此提高了生產效率，對于生產成本也是有效的降低，對于設備的工藝目標可以通過較低的消耗來實現。設備的故障診斷技術對于生產穩定性是非常重要的，因此準確的找出設備故障，消除轉子不平衡的影響因素，在實踐中不斷進行總結與分析，為設備的故障診斷技術發展提供更加有力的現實經驗，從而使得生產效益進一步提高。

參考文獻

[1]?丁克北，戴光．旋轉機械轉子碰摩的多尺度非線性信

?號分析及應用[J]．大慶石油學院學報，2005，（4）．

[2]?陳非，黃樹紅，楊濤，高偉，賀國強．旋轉機械振

?動故障的信息診斷方法[J]．機械工程學報，2009，

?（11）．

[3]?吳軻，童敏明，童紫原，鄧世建．旋轉機械不平衡故

?障專家診斷系統的研究[J]．煤礦機械，2010，（9）．

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