廖明夫
中图分类号：TH165.3文献标识码：B
五、应用实例
本所研制的CAMD6100型旋转机械状态监测与故障诊断系统包含了转子进动分析功能。以下所列举的故障实例就是利用该系统在现场实测的数据诊断出来的，并经过机器分解或现场实验所证实。
1．某TRT机组转子不对中故障
某钢厂TRT机组利用高炉煤气的余压发电，结构如图14所示。高压煤气驱动透平，通过刚性联轴器带动发电机发电。
机组投入运行后振动一直较大。1999年9月，笔者曾利用CAMD6100型旋转机械状态监测与故障诊断系统进行测试、诊断。
图15和16为在1#轴承和2#轴承处测得的转子轴心轨迹和进动图。CH1&CH2为进口端；CH3&CH4为出口端。
由图可见，振动信号中，虽然一倍频振动分量占优，但二倍频也很明显，且二倍频正、反进动量幅值接近，相位近乎反相，进、出口端二倍频进动比函数分别为0.822和1.042，这些皆为不对中故障的典型特征。为确证诊断的准确性，查阅了机组的安装记录，如图17所示。图中的数字表示支座的标高（单位mm）。可见安装时转子系统预留了0.15mm的上扬度。TRT是利用余压发电，温度接近常温，并非高温设备，安装时不应预留上扬度。显见，安装时将TRT误当作高温设备处理，造成转子系统不对中。
2．某风机油膜涡动故障
如图18所示，机组由电机、增速箱和风机组成。电机功率4200kW，转速1500r/min。风机为三级离心式，转速6053r/min，额定流量7.8万m3/h，出口压力0.17MPa，两个轴承皆为圆瓦滑动轴承。
1996年年底该机进气过滤器损坏并被吸入风机，被迫开盖检修。自此之后，每启动风机振动都很大，超过设定的报警值（85μm）。但有时并风以后，振动减小。
为此，笔者与胡壁刚教授于1999年6月对J110风机进行了振动测试。
该风机在1#和2#轴承处原有四个电涡流位移传感器（见图19）并已接入Bently3300在线监测表。此次测试时，直接取其输出信号作为分析的源信号。由于无键相信号，故输入模拟转速实现整周期采样。
用CAMD6100系统进行测试和分析。
诊断出的主要故障是风机转子在启动过程中热变形不协调，使转子发生了瞬态热弯曲。油膜涡动仅是其中的并发故障，此处为了实例说明油膜涡动故障的进动特征，只列出了油膜涡动出现时的振动数据。
当流量Q=4.5万m3/h时，振动出现显著的半倍频振动分量，以正进动为主。
流量增至Q=5.4万m3/h时，半倍频振动分量突然消失，这是因为流量增大，轴承载荷增加，使得油膜涡动受到抑制，因此，断定转子出现了油膜涡动。
3．某高压风机油膜振荡故障
某铝厂的2#高压风机结构如图20所示。
电机通过齿轮增速器驱动六级离心风机。风机的1#和2#轴承皆为圆瓦滑动轴承，转速8920r/min，流量370m3/min，出口压力0.88MPa，电机转速2985r/min，功率2500kW。2000年5月对风机转子进行了动平衡，重新安装后风机振动剧烈。
在风机入口端轴承（1#轴承）附近安装了两只位移传感器，用CAMD6100系统测试。测试结果如图21所示，主要为次谐波振动（频率为0.31X），且正进动占优。另外，风机的一阶弯曲临界转速为2800~3000r/min，约为工频的0.31倍。因此，得出“风机发生了油膜振荡”的诊断结论。把轴瓦侧间隙适当增大，顶间隙适当减小后，油膜振荡消除。
六、结论
本文系统介绍了转子振动的进动分析方法，列出了九种典型故障的进动特征，给出了三个应用实例。可得出如下结论。
1．转子的进动包含了振动频率、幅值、相位和方向信息。因此，转子的进动形态是反映转子故障的重要特征信息。
2．转子进动分析充分提取和利用了转子振动信号中的信息量，是转子故障诊断的重要手段。
3．用进动圆表征转子进动特征的可视化方法，简捷、形象，信息丰富。（全文完）
参考文献：
MingFu.LiaoandR.Gasch:Crackdetectioninrotatingshafts－anexperimentalstudy.C432/106，IMechE1992，Bath，England.
R.GaschandMingFuLiao:VerfahrenzurFrueherkennungeinesRissesineinerrotierenderWelle（转轴裂纹识别的方法）．德国发明专利：DE4229340，Sep.041992.
R.Gasch:ASurveyoftheDynamicBehaviorofaSimpleRotatingShaftwithaTransverseCrack.J.ofSoundandVibration，160(2)，1993.
MingFuLiao;RisserkennungmittelseinesMonitoringSystems（利用一套监测系统诊断裂纹故障）．《CarlSchenckBericht（申克公司报告）》，05.1993.
廖明夫：旋转机械状态监测与故障诊断系统．西北工业大学，1993.
廖明夫：裂纹转子动力学特性及其监测技术研究．西北工业大学博士论文，1995.
M.Weigel:WerkzeugezurSchwingungsdiagnoseanTurbomaschinen.In:3.Symposium:Methoden，NutzenundTrendsderschwingungsdiagnostischenUeberwachungvonTurbosaetzeninKraftwerkenundIndustrieanlagen.Willingen–Sauerland，10.1995.
R.GaschandMingFuLiao:VerfahrenzurFrueherkennungeinesRissesineinerrotierenderWelle（转轴裂纹识别的方法）．欧洲发明专利：EP0585623B1，1996
R.GaschandMingFuLiao:ProcessforEarlyDetectionofaCrackinaRotatingShaft.UnitedStatesPatent:5533400，1996.
MingFuLiao，AndreasEichlerandMarkusSchatz:ANewApproachtoDetectionofCracksinanAnisotropicRotor.《MachineVibration》4:147151，1995SpringerVerlagLondonLimited.
廖明夫、AndreasEichlerandMarkusSchatz：一种识别支承各向异性的转子轴上裂纹的方法。中国发明专利：ZL95115465.6，申请日：1995年9月11日，授权日：2002年3月13日．
P.Rietz，P.SegebartandM.F.Liao:DiagnosehinweiseausdernumerischenSimulationvonAnstreifvorgaengenvonrotierendenWellen.VDISchwingungstagung（1999），VDIDuesseldorf,Berichtband.
P.GoldmanandA.Muszynska:ApplicationofFullSpectrumtoRotatingMachineryDiagnostics.《Orbit》，1999.
廖明夫、邓小文：诊断转子支座松动故障的一种新方法．《振动、测试与诊断》第19卷，第4期，1999.
杨伸记、廖明夫：旋转机械状态监测与故障诊断系统．《测控技术》，19卷第1期，2000年．
M.Weigel:NeueVerfahrenzurErkennungandUeberwachungvonAenderungenimSchwingungsverhaltenvonTurbosaetzen.SchwingungeninrotierendenMaschinenV，ReferatederTagunginWien，Feb.2001.
R.Gasch，R.NordmannandH.Pfützner::《Rotordynamik》2.，Berlin:Springer，2002，ISBN3540412409.
廖明夫．金陵石化南京炼油厂催化裂化J-110风机的振动测试及分析报告．1999.7.
廖明夫．包钢燃气厂TRT振动故障的诊断报告．2000.1
廖明夫．山西铝厂2#高压风机故障诊断报告．2000.5.
廖明夫、李宏宇、蒲秋洪．转子特性参数的估计和临界响应的预报．第11届航空发动机结构强度振动学术讨论会，2002.10.