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，我國現代化工業技術發展態勢良好，大型旋轉機械被應用在企業生產活動中，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汽輪機、風機、渦輪機、壓縮機、發電機以及電動機等裝置中。由于設備各項子系統結構復雜，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監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。這是汽輪發電機組常見的振動故障現象，可能設備原始轉子質量不平衡，或設備轉子線圈或聯軸器發生松動。（2）不對中故障，這是汽輪發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，使設備轉子系統失穩，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測和診斷系統的研發，例如網絡化汽輪發電機組的電站AID系統，這是最常見的智能化故障在線診斷專家系統，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、大連石化等企業在生產中應用了大型機組旋轉機械檢測保護系統。

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展趨勢，隨著傳感技術、信號處理技術的發展，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應用中，多種方式相結合能夠完整的表達診斷知識，實現信息的傳遞與交互，方便人們了解更多旋轉機械系統維護內容。某企業生產研發的AIC9900設備故障分析診斷系統擁有故障現場分析、數據管理和趨勢分析功能，能夠應用在工業領域的汽輪機、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，也是設備研發與設計階段的缺陷查找工具。該系統融合了北京航天智控監測技術研究院的專業知識和診斷經驗，系統擁有強大的連續采樣功能和離線振動分析功能，可以現場1-4面動平衡功能。系統與匹配北京航天智控監測技術研究院專家實時診斷助手為設備進行在線監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，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。為了讓系統和人類專家的實際能力更加相近，人們建造故障診斷系統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提供幫助，基于神經網絡右半腦直覺形象思維與專家系統的左半腦邏輯思維，實現二者的優勢互補。

（3）虛擬現實技術應用在旋轉機械故障診斷系統中。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處理數據，實現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帶來強大的數據庫知識，并憑借信息存儲與共享的技術優勢，改善系統性能。

（5）基于互聯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中，將網絡技術、通信技術、計算機技術和控制技術的優勢集為一體，實現行業與企業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的重要機械設備，在運行中有著高速、連續工作的特點，是工業生產中的核心設備。對旋轉機械展開狀態監測和故障監測尤為重要，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測系統，有利于完善故障檢測技術，從而降低故障發生概率。

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.