摘要：机械振动是一种十分普遍的现象,凡是运动的机械都存在程度不同的振动。旋转机械故障诊断是近年来国内外发展较快的一门新兴技术。旋转机械监测与诊断系统的研究与应用对于避免巨额的经济损失和灾难性事故的发生有着重要意义。结合旋转机械设备的振动状态监测管理,可以把设备通过振动仪与人进行信息沟通,明确设备的故障性质、故障部位等,提高旋转机械设备运行的安全可靠性。介绍振动分析技术在旋转机械设备故障诊断中的应用。
关键词：振动分析旋转机械故障诊断
一、前言
机械分为旋转机械和往复机械两种类型,它们在组成结构、动力学特征以及工作原理等方面都有所不同,故障信号的表现形式也存在差异。旋转机械是工业上应用最广泛的机械。许多大型旋转机械,如：离心泵、电动机、发动机、发电机、压缩机、汽轮机、轧钢机等,还是石化、电力、冶金、煤炭、核能等行业中的关键设备,对这些设备加强监测,防止发生故障,具有十分重要的意义。本世纪以来,随着机械工业的迅速发展,现代机械工程中的机械设备朝着轻型化、大型化、重载化和高度自动化等方向发展。机械设备管理是一项严谨的工作,它需要对设备建立一个完善的科学管理体系,利用现代科学的监测仪器、系统运行状态参数,认知设备状态。做到设备静态、动态信息完整化、数字化,即有据可依,有数可查,实现科学的信息综合处理。只要能够正确识别设备的振动信息就可掌握设备的动态,把握设备的维修周期。机械故障诊断就是通过测量机器的信息,比如振动信号,判断其运行状态的一种现代化设备管理方法,振动现象与其运行状态有着对应的关系。
二、旋转机械故障诊断的特点
旋转机械的核心部分是转子组件,它是由转轴及固定在其上的各类圆盘状零件组成。由于整个转子高速旋转,所以对其制造、安装、调试、维护管理都有很高的要求。如果其中某个零件出了问题,或在某个连接配合部位发生了异常的变动,就可能会引起机组的强烈振动。根据转子系统在坐标平面内发生的振动形式,转子的振动可分为横向振动（振动发生在包括转轴在横向平面内）、轴向振动（振动发生在转轴的轴线方向上）、扭转振动（沿转轴轴线发生的扭振）,旋转机械大多数故障所激发的振动为横向振动,是主要的研究对象。旋转机械的振动信号大多数是一些周期信号、准周期信号、或平稳随机信号。因此,分析振动频率与转频的关系是诊断旋转机械故障的一把钥匙。
三、应用振动分析诊断旋转机械设备故障
（一）转子不平衡
转子不平衡引起的振动是旋转机械的常见的多发故障。产生不平衡的原因：旋转机械转轴上所装配的零部件,如果材质不均匀（如铸件中存在气孔、砂眼,加工误差）、装配偏心以及在长期运行中产生不均匀磨损、腐蚀、变形,或者某些固定件松脱、各种附着物不均匀堆积等各种原因,都会导致零件发生质心偏移而造成不平衡。不平衡包括静不平衡和动不平衡。不平衡振动的频率一般很明显,主要表现不平衡转子的故障频率等于转子的旋转频率。除此之外,不平衡振动还会激起其他频率成分例如分频、倍频等。影响不平衡振动的主要因素有三个,即转子质量、质心到两轴承连线的垂直距离（即偏心距）、转子的旋转角速度。转子旋转时产生的离心力,这个离心力作用在支撑转子的两个轴承上,方向垂直于轴承中心。在诊断不平衡故障时,首先必须分析信号和频率成分,是否有突出的转频,其次看振动的方向特征,必要时再分析振幅随转速的变化情况,或测量相位。
（二）转子不对中
转子不对中也是旋转机械常见故障之一,主要包括转子与转子之间的连接不对中,主要反映在联轴器的对中性上；转子轴颈与两端轴承不对中。对滑动轴承来说,这种情况产生的主要原因与轴承是否形成良好的油膜有直接关系。对滚动轴承来讲,主要是因为两端轴承座孔不同轴、轴承元件损坏、外圈配合松动,两端支座变形等（对电动机而言是前后端盖）,都会引起不对中。转子不对中将产生一种附加弯矩,给轴承增加一种附加荷,致使轴承上的负荷重新分配,形成附加激励引起机组强烈拆动等后果。不对中主要激发二倍转频或多倍转频振动。振动大小与不对中形式有一定关系,一般表现为轴向振动比较大。不对中引起的振动其振幅值与机器的负荷有一定的关系,一般随着负荷的增加而成正比的增加,然而对转速的变化影响不大。
（三）机械松动
机械松动也是旋转机械比较常见的故障,松动有两种情况,一种是地脚螺栓连接松动。它带来的后果是引起整个机器松动。另一种情况是零件之间正常的配合关系被破坏造成配合间隙超差而引起的松动,比如滚动与轴承的内圈与转轴或外圈与轴承座孔之间的配合,因丧失了配合精度而造成松动。由松动引起的振动具有一定的非线性,其振动信号的频率成分相当复杂,除了基频（等于转频）以外,还产生高频次谐波和分频振动,频谱结构成梳状,有时还表现出一些方向特征很明显,主要在垂直方向很强烈。