旋转机械的故障诊断

　 
【关键词】状态监测　旋转机械　故障诊断
【摘　要】机械振动是一种十分普遍的现象，凡是运动的机械不管多么精密，都存在程度不同的振动，有时人们用感官很难感觉到振动的存在，只有用现代仪器测量，才能揭示其真实面目。振动数据是反映机器状态最敏感的参数。本文阐述旋转机械的故障机理、故障类型并结合烟厂实例对振动信号进行分析。

Keyword: Condition supervisor; Rotary Mechanism; Failure Dignosis
Abstract: Vibration always exists in mechanism.It is difficult to feel the vibration just by sense sometimes.In order to disclose the true conndition in the mechanism,we can only resort to the precision instrument. Vibration data is the most precise parameter to reflect condition of the mechanism.This article expounds the principle of the vibration and failure type in the mechanism.A dignosis is presented on vibration indicator with the example in cigarette factory production.

    机械故障诊断就是通过测量机器的振动信号，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良好的对应关系。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。烟草行业大多采用旋转机械，例如SH8011隧道式烘梗丝机热风循环风机、SH9型叶丝在线膨胀干燥系统、高速卷接包机组的刀头组件、GDX2硬盒翻盖包装机组齿轮箱，B1高速包装机组转塔。这些设备都是生产线上的关键设备，对这些设备加强监测，防止发生故障,具有十分重要的意义。
　　

1、旋转机械的故障诊断的特点
　　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形盘状零件组成。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，对这类机械进行故障诊断时，首先抓住各个故障的特征频率，对振动信号作频谱分析。频谱分析就是将所测得时域信号变换成频域加以分析。通常采用傅里叶变换，将复杂的信号分解为有限或无限个频率的简谐分量，再把各次谐波按其频率大小从低到高排列起来就成了频谱。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。
　　旋转机械的每一种故障都有各自的特征频率，故障频率都与转子的转速有关，或等于转子的同转频率（简称转频或工频）或倍频或分频。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。
　　

2、旋转机械常见故障
　　2.1　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每个零部件，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。
　　2.1.1　不平衡故障振动特征
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：f0=fr=n/60，f0——转子的基频（HZ），fr——转子旋转频率（HZ），n——转子转速（r/min）
　　除此之外，不平衡振动还会激起其他频率成份例如分频、倍频等。
　　不平衡引起的振动幅值在径向和轴向大小是不一样的，径向振动的比轴向要大，这是因为不平衡产生的离心力作用方向垂直于转子轴线所致，而在径向振动中，水平方向大于垂直方向,这是由于轴承座在垂直方向的动刚度一般大于水平方向的原因。
　　影响不平衡振动的主要因素有三个，即转子质量M、质心到两轴承连线的垂直距离（即偏心距）e，转子的旋转角速度ω，转子旋转时产生的离心力FC=M.e.ω2，这个离心力作用在支撑转子的两个轴承上，方向与ω相同。一个作用于物体上的力，当大小或方向发生变化时，就会引起振动，这是造成不平衡振动的根本原因。从计算离心力FC公式可知，不平衡振动对转速的变化反应最敏感，这一特点对于识别不平衡故障很有用处。
　　在诊断不平衡故障时，首先必须分析信号和频率成份，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。
　　2.1.2　实例
　　我厂采用数据采集器对SH811隧道烘梗丝机热风系统风机轴承进行定期测试，电机为37KW，转速为2950转/分，（转频为49.1HZ），通过三角皮带传动风机。04年1月16日测试中，发现风机轴承振动数据超标。水平方向振动H=25.4mm/s，频谱显示在50HZ频率出现异常峰值，见图1

图1　SH8011 隧道烘梗机故障前的频谱图

其频率正好与风机轴转频相一致，我们诊断为风机转子不平衡。当时因生产忙，设备拆卸较困难，没有及时检查。04年1月29日，突然该风机出现严重抖动，如同火车的轰隆声，情况紧急，我们立即用采集器采集频谱，水平方向振动速度达到92.5 mm/s ，见图2。要求操作工停机，修理工进行检查。发现风机扇叶上不均匀积垢达1厘米厚，用铲子铲去积垢后再测试，其振动下降了很多。水平振动为7.54mm/s。见图3。从此之后，我们规定操作工定期清理风机扇叶。

图2　SH8011 隧道烘梗机故障前的频谱图

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