摘要：论述转子与静止件摩擦造成机组振动的故障机理，通过对一台烟机机组动静件摩擦故障的成功诊断实例，介绍有效诊断该类故障的方法。
关键词：精确诊断烟机机组摩擦
在石油化工这一现代化大型流程工业中，烟机是应用十分普遍而重要的设备。此类设备在运行一段时间后，会不同程度地发生转子不平衡、不对中、磨损、裂纹、松动等故障，造成设备运行状态劣化，振动加剧，直至设备发生故障。而转子与静止件发生摩擦则是转子系统常见的故障之一。下面以一起烟机动静件摩擦故障诊断实例，介绍转子与静止件摩擦的分析诊断方法，为精确诊断该类故障提供参考。
一、动静件摩擦的故障机理
转子与静止件发生摩擦有两种情况：①转子在涡动过程中轴颈或转子外缘与静止件接触而引起的径向摩擦。可进一步分为两种情况，转子在涡动过程中与静止件发生的偶然性或周期性的局部碰磨；转子与静止件的摩擦接触弧度较大，甚至是360°的全周向接触摩擦。②转子在轴向与静止件接触而引起的轴向摩擦。
1.转子与静止件径向摩擦的振动机理和特征
（1）局部动静件碰摩的故障特征
当转子在涡动时与静止件发生接触瞬间，转子刚度增大；被静止件反弹后脱离接触，转子刚度减小，并且发生横向自由振动（大多数按一阶自振频率振动）。因此，转子刚度在接触与非接触两者之间变化，变化的频率就是转子涡动频率。转子横向自由振动与强迫的旋转运动、涡动运动叠加在一起，就会产生一些特有的复杂的振动响应频率。
局部摩擦引起的振动频率中包含有不平衡引起的转速频率ω，同时摩擦振动是非线性振动，所以还包含有2ω、3ω、…的一些高次谐波。除此之外，还会引起低次谐波振动，在频谱图上会出现低次谐波成分ω/n，重摩擦时n＝2，轻摩擦时n=2，3，4，…。次谐波的范围取决于转子的不平衡状态、阻尼、外载荷大小、摩擦副的几何形状以及材料特性等因素，在阻尼很高的转子系统中也可能不出现次谐波振动。在轻摩擦时除了出现2ω、3ω的高次谐波成分外，还出现ω/2、ω/3、ω/4和ω/5的低次谐波成分；在重摩擦时仅出现ω/2的低次谐波以及2ω、3ω的高次谐波。另外，从轴心轨迹上观察，轨迹线总是向左方倾斜的，对次谐波进行相位分析，则垂直和水平方向上相位差180°。
（2）动静件摩擦接触弧增大时的故障特征
当离心压缩机发生喘振、油膜振荡故障时，轴颈与轴瓦发生大面积干摩擦或发生全周的摩擦，由于转子与静止件之间具有很大的摩擦力，转子处于完全失稳状态。此时很高的摩擦力可使转子由正向涡动变为反向涡动，同时在波形图上会发生单边波峰“削波”现象，并且将在频谱上出现涡动频率与旋转频率的和频与差频。另外，由于转子振动进入了非线性区，因而在频谱上还会出现幅值较高的高次谐波。试验表明：①在刚开始发生摩擦接触情况下，由于转子不平衡，旋转频率成分幅值较高，高次谐波中第二、第三次谐波一般并不太高，但第二次谐波幅值必定高于第三次谐波；随着转子摩擦接触弧的增加，由于摩擦起到附加支承作用，旋转频率幅值有所下降，第二、第三次谐波幅值由于附加的非线性作用而有所增大。②转子在超过临界转速时，如果发生360°全周向摩擦接触，将会产生一个很强的摩擦切向力，引起转子的完全失稳。这时转子的振动响应中具有很高的亚异步成分，一般为转子发生摩擦时的一阶自振频率（由于转子发生摩擦时相当于增加了一个支承，将会使自振频率升高）；除此之外，还会出现旋转频率与振动频率之间的和频与差频，转速频率的高次谐波在全摩擦时会被淹没。③用仪器观察转子的进动方向，当发生全周向摩擦时，涡动方向将由正进动变为反进动。
2.转子与静止件轴向摩擦的振动机理
转子与静止件发生轴向摩擦时，转子的振动特征几乎与正常状况一致，没有明显的异常特征，所以诊断轴向摩擦时，不能用波形、轴心轨迹和频谱方法去识别，必须寻求新的敏感参数。
轴向干摩擦力与旋转速度有关，由于轴向干摩擦的作用使基频影响相对下降，同时有高频成分出现，所以轴向干摩擦具有阻尼的特性。轴向干摩擦力的大小正比于转子与静止件间的干摩擦因数和轴向力。轴向干摩擦阻尼远较径向摩擦阻尼大，由于轴向干摩擦会引起系统阻尼的显著增加，因此系统阻尼的变化可作为诊断轴向摩擦的识别特征。
另外，摩擦会造成功耗上升和效率下降，同时局部会有温升，因此工艺参数对转子与静止件轴向摩擦的故障诊断非常重要。
二、动静件摩擦的诊断方法
动静件摩擦的诊断依据见表1和表2。