旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障機(jī)理及診斷技術(shù)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(shù)發(fā)展態(tài)勢良好，大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械被應(yīng)用在企業(yè)生產(chǎn)活動中，由于旋轉(zhuǎn)機(jī)械應(yīng)用時(shí)存在故障，人們對故障診斷技術(shù)的研究也在不斷深入。基于此，本文以旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷作為研究對象，結(jié)合設(shè)備故障機(jī)理，分析故障診斷的研究現(xiàn)狀，并通過實(shí)際案例分析旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)機(jī)械；故障機(jī)理；診斷技術(shù)

引言：一般情況下，旋轉(zhuǎn)機(jī)械被用在工業(yè)汽輪機(jī)、風(fēng)機(jī)、渦輪機(jī)、壓縮機(jī)、發(fā)電機(jī)以及電動機(jī)等裝置中。由于設(shè)備各項(xiàng)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行容易受到非線性因素的影響，在運(yùn)行中容易存在各種故障。如果工作人員沒有在第一時(shí)間加以處理，將會降低設(shè)備的可靠性，甚至使其失去基本生產(chǎn)功能，給生產(chǎn)企業(yè)帶來損失。

1.旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障機(jī)理研究

對旋轉(zhuǎn)機(jī)械進(jìn)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(yīng)用頻譜分析、倒頻譜分析、時(shí)間序列分析以及傳遞函數(shù)分析方式，對旋轉(zhuǎn)機(jī)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(zhuǎn)機(jī)械的故障機(jī)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(zhuǎn)機(jī)械故障內(nèi)在本質(zhì)，并建立起科學(xué)合理的故障模式，故障機(jī)理研究是旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的重要基礎(chǔ)。分析旋轉(zhuǎn)機(jī)械常見的故障內(nèi)容，具體如下：（1）轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡。這是汽輪發(fā)電機(jī)組常見的振動故障現(xiàn)象，可能設(shè)備原始轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡，或設(shè)備轉(zhuǎn)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(jī)組的另一種常見振動故障。（3）動靜摩擦故障。旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)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(shí)制止，碰摩將會導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生強(qiáng)烈振動，使設(shè)備轉(zhuǎn)子系統(tǒng)失穩(wěn)，甚至是旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)軸永久彎曲與軸系毀壞。（4）動軸承點(diǎn)蝕、磨損、剝落、脫離、潤滑不良等故障、（5）旋轉(zhuǎn)機(jī)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(jìn)入及碰撞、整流器外形磨損、變形、紊流、裝配不當(dāng)或設(shè)計(jì)缺陷[1]。

2.旋轉(zhuǎn)機(jī)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(zhuǎn)機(jī)械故障診斷、往復(fù)故障診斷、零故障診斷、結(jié)構(gòu)故障診斷、液壓設(shè)備或電氣設(shè)備故障診斷。而旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障診斷只是其中一個分支。國外對旋轉(zhuǎn)機(jī)械的在線故障診斷技術(shù)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(wǎng)絡(luò)化汽輪發(fā)電機(jī)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(shí)人們對旋轉(zhuǎn)機(jī)械的離線與在線振動檢測加以分析，對診斷系統(tǒng)的相關(guān)儀器設(shè)備進(jìn)行特色化研究，我國寶鋼集團(tuán)、大亞灣核電站、大連石化等企業(yè)在生產(chǎn)中應(yīng)用了大型機(jī)組旋轉(zhuǎn)機(jī)械檢測保護(hù)系統(tǒng)。

3.旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障的診斷技術(shù)分析

分析旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障診斷技術(shù)以及未來發(fā)展趨勢，隨著傳感技術(shù)、信號處理技術(shù)的發(fā)展，人們將旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷技術(shù)與非線性原理理論相融合。在數(shù)據(jù)庫、虛擬技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用下，旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷技術(shù)主要發(fā)展趨勢如下：

（1）多種知識表示方法相結(jié)合。旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷系統(tǒng)應(yīng)用中，多種方式相結(jié)合能夠完整的表達(dá)診斷知識，實(shí)現(xiàn)信息的傳遞與交互，方便人們了解更多旋轉(zhuǎn)機(jī)械系統(tǒng)維護(hù)內(nèi)容。某企業(yè)生產(chǎn)研發(fā)的AIC9900設(shè)備故障分析診斷系統(tǒng)擁有故障現(xiàn)場分析、數(shù)據(jù)管理和趨勢分析功能，能夠應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域的汽輪機(jī)、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等機(jī)械振動故障診斷，是對設(shè)備進(jìn)行管理工作的故障診斷工具，也是設(shè)備研發(fā)與設(shè)計(jì)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(shù)研究院的專業(yè)知識和診斷經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)擁有強(qiáng)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(shù)研究院專家實(shí)時(shí)診斷助手為設(shè)備進(jìn)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(jī)械設(shè)備滾動軸承運(yùn)行狀態(tài)，通過噪聲采集進(jìn)行設(shè)備的深入分析。

（2）經(jīng)驗(yàn)與理論知識相結(jié)合。為了讓系統(tǒng)和人類專家的實(shí)際能力更加相近，人們建造故障診斷系統(tǒng)時(shí)一邊重視該領(lǐng)域內(nèi)專家的經(jīng)驗(yàn)知識，也注重被診斷對象的實(shí)際結(jié)構(gòu)與功能。同時(shí)，專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的技術(shù)下，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以為旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷系統(tǒng)提供幫助，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)右半腦直覺形象思維與專家系統(tǒng)的左半腦邏輯思維，實(shí)現(xiàn)二者的優(yōu)勢互補(bǔ)。

（3）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用在旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷系統(tǒng)中。這是多媒體技術(shù)之后又一個被計(jì)算機(jī)領(lǐng)域應(yīng)用的重點(diǎn)，人們應(yīng)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜數(shù)據(jù)的可視化操作，完成信息的交互，將用戶、旋轉(zhuǎn)機(jī)械和計(jì)算機(jī)看成一個整體，提高故障診斷系統(tǒng)的技術(shù)水平。

（4）數(shù)據(jù)庫技術(shù)和人工智能技術(shù)應(yīng)用在旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷中。人工智能技術(shù)與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)相比，理論基礎(chǔ)不深，實(shí)用技術(shù)效果不強(qiáng)，二者相結(jié)合后能夠?yàn)樾D(zhuǎn)機(jī)械故障診斷系統(tǒng)帶來強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫知識，并憑借信息存儲與共享的技術(shù)優(yōu)勢，改善系統(tǒng)性能。

（5）基于互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程故障診斷技術(shù)，將其應(yīng)用在旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷系統(tǒng)中，將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)的優(yōu)勢集為一體，實(shí)現(xiàn)行業(yè)與企業(yè)內(nèi)部的診斷數(shù)據(jù)共享，為人們對旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備的故障診斷提供幫助[2]。

總結(jié)：總而言之，旋轉(zhuǎn)機(jī)械作為我國大型生產(chǎn)企業(yè)的重要機(jī)械設(shè)備，在運(yùn)行中有著高速、連續(xù)工作的特點(diǎn)，是工業(yè)生產(chǎn)中的核心設(shè)備。對旋轉(zhuǎn)機(jī)械展開狀態(tài)監(jiān)測和故障監(jiān)測尤為重要，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能通信技術(shù)的融合，建立旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障在線監(jiān)測系統(tǒng)，有利于完善故障檢測技術(shù)，從而降低故障發(fā)生概率。

參考文獻(xiàn)：

[1]林增欽.旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷技術(shù)在煉鋼設(shè)備的應(yīng)用[J].設(shè)備管理與維修，2019（04）：179-180.

[2]費(fèi)冠華，李瑞洋，寧曉霞.旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)分析[J].科技風(fēng)，2019（05）：178.