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旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷范文第1篇

[關(guān)鍵詞]故障診斷；電動機(jī)；頻譜

中圖分類號：TF341 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）02-0003-01

引言：在目前，我國大部分企業(yè)對于大型儀器進(jìn)行維修與養(yǎng)護(hù)都在運用較為傳統(tǒng)的方式與規(guī)劃，更有甚者將設(shè)備一直處于事故維修過程中，應(yīng)用此種方式是無法追上生產(chǎn)需求的以及對于現(xiàn)代社會節(jié)能環(huán)保的需求。比較大型的設(shè)備儀器有泵、發(fā)電機(jī)等一些含有成本大、運轉(zhuǎn)速度快的特點，它的運行情況是決定企業(yè)生產(chǎn)效率與質(zhì)量的直接因素。為了適應(yīng)時代進(jìn)步的腳步，出現(xiàn)了新興的故障診斷技術(shù)，利用旋轉(zhuǎn)機(jī)械來對其進(jìn)行診斷，具體如下。

一、旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷的特點以及理論概述

（一）旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷的理論

旋轉(zhuǎn)設(shè)備的核心功能就是依據(jù)各個旋轉(zhuǎn)部件來實施的，最P鍵的部件是轉(zhuǎn)子。一些旋轉(zhuǎn)設(shè)備發(fā)生故障時會伴有異常聲響，它的振動信號在頻域和時域上都能體現(xiàn)出機(jī)械發(fā)生的故障?？梢酝ㄟ^振動檢測器來其實際運行進(jìn)行檢測，通過對信息的分析、收集等趨勢來看，發(fā)生故障的具置與原因，可以對故障進(jìn)行有效避免，進(jìn)而將其故障扼殺在搖籃里。依據(jù)發(fā)生故障的原因以及導(dǎo)致故障發(fā)生的因素，可以對其進(jìn)行分析，其主要原因有安裝發(fā)生不到位、設(shè)計欠缺、機(jī)械外框發(fā)生形變等。

（二）旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷的特點

因為旋轉(zhuǎn)機(jī)械的中心是轉(zhuǎn)子，它是由各個零件拼湊而成的。因其轉(zhuǎn)子高速運轉(zhuǎn)，對于零件在制造、調(diào)試、維修等方面都有著極高的要求。無論在運轉(zhuǎn)中任何零件發(fā)生問題，都會造成機(jī)器異動，就會使機(jī)組產(chǎn)生較大的振動。基于轉(zhuǎn)子為中心的四周發(fā)生振動，大部分故障都是因為振動而引發(fā)的，是重點研究對象。

二、結(jié)合振動分析診斷旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備的故障

（一）儀器松動

儀器發(fā)生松動是旋轉(zhuǎn)機(jī)械發(fā)生最普遍的故障，松動分為兩種，一是螺栓松動，它會引發(fā)整個儀器都松動；二是構(gòu)件配合之間發(fā)生松動，比如內(nèi)圈與轉(zhuǎn)軸、滾動與軸承等，因此造成配合精度減小。因為松動而引發(fā)的振動是非線性的，它的信號頻率非常復(fù)雜，刨除基頻，還會產(chǎn)生分頻波動，進(jìn)而造成旋轉(zhuǎn)機(jī)器故障。

（二）轉(zhuǎn)子不平衡

轉(zhuǎn)子不平衡帶來的而影響是巨大的，因其是核心組成部分，引發(fā)的故障也是十分常見的。對于轉(zhuǎn)子發(fā)生不平衡原因有材料的不合格、長時間損耗以及配件偏離中心，或是固件松動引發(fā)附著物堆積等因素，都是致使轉(zhuǎn)子發(fā)生不平衡的原因以及質(zhì)心出現(xiàn)偏移。不平衡分為兩種模式，一是動不平衡，二是靜不平衡。在發(fā)生不平衡時它的振率相較于平時會有極大的不同，主要對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的頻率進(jìn)行觀察即可。另外，發(fā)生不平衡振動以后會連帶著其他構(gòu)件的頻率。產(chǎn)生不平衡振動的原因有三種，其中包含了轉(zhuǎn)子的速度、轉(zhuǎn)子的質(zhì)量以及偏心距。轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)過程中會產(chǎn)生一個力即為離心力，離心力的功能就是支撐軸承，其方向是與軸承垂直的。在進(jìn)行故障診斷時，一定要將其以上因素進(jìn)行深入分析。

（三）摩擦

摩擦帶來的故障模式也是五花八門的。比如轉(zhuǎn)子與密封件之間、定子之間、隔板之間的摩擦，在旋轉(zhuǎn)機(jī)器任何兩個部件之間發(fā)生摩擦都會造成零件松動，進(jìn)而引發(fā)故障。一般情況法傷摩擦之后就會發(fā)生非線性振動，它連帶的范圍比較廣，不僅僅有一倍基頻，還有二倍、三倍等。在特定的狀態(tài)下還會出現(xiàn)系統(tǒng)的固有頻率。

（四）轉(zhuǎn)子不對中

轉(zhuǎn)子不對中對于產(chǎn)生故障的幾率非常大，其中包含轉(zhuǎn)子同轉(zhuǎn)子，主要在聯(lián)軸器的對中性上表現(xiàn)出來。對于滑動的輪軸來講，產(chǎn)生這種狀況的原因是在軸承之間缺乏一個油膜。對于滾動的輪軸來說主要原因在于軸承的構(gòu)建發(fā)生損壞，支座變形等原因，都會造成轉(zhuǎn)子不對中的情況發(fā)生，如果轉(zhuǎn)子不對中的話，就會使旋轉(zhuǎn)機(jī)械發(fā)生玩彎矩，對于軸承增加一分附件力導(dǎo)致負(fù)荷要重組，而產(chǎn)生強(qiáng)烈振動，基于此來造成機(jī)械發(fā)生故障。

三、旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷的實際應(yīng)用

例如，某一煉鋼廠的電動機(jī)，具有很強(qiáng)的驅(qū)動器，利用驅(qū)動器運作來帶動軸承運作，以便維持電動機(jī)正常工作，它的整合機(jī)組是作用于一個基座上的，其電動機(jī)的型號是JK850-2，它的功率、轉(zhuǎn)速、頻率分別為850kW、2970r/min、50Hz，兒它的頻率合成器的型號是GST50，煤氣風(fēng)機(jī)的型號為D1000-11，它最低的速度與高速分別為750r/min、2970r/min，對于煉鋼過程中對其工藝進(jìn)行吹氧時，它才會處于高速狀態(tài)，要不然一直是保持低速。

（一）測量振動值分析

某煉鋼廠通過對于振動值的測量，進(jìn)而測量出電動機(jī)的振動數(shù)據(jù)，基于標(biāo)準(zhǔn)體系下，測點的大小是由測出的點值決定的，如果它的點數(shù)大就說明它的振動有異常，這個鋼廠的數(shù)據(jù)顯示它的振動幅值在29768μm，通過分析得知他的能量主要集中在低頻階段，當(dāng)能量最大時也不過是約為0.1倍頻，其余的頻率分布的能量比較低。通過鋼廠的振動幅采樣值為31.6μm，對其分析能量主要集中在一倍基頻、二倍基頻，但是對其進(jìn)行采頻的時間間隔比較小，所以會發(fā)現(xiàn)有很大的跳動值，主要原因是因為轉(zhuǎn)子的不對中與不平衡所引發(fā)的，并且振動的幅值在變化上不是特別大。

基于振幅數(shù)據(jù)來進(jìn)行初步判定，此電動機(jī)是存在問題的，但在實際進(jìn)行測量時，會發(fā)現(xiàn)振動力度并不大，是處于正常狀態(tài)的，為了加大檢查力度，參考電動機(jī)的轉(zhuǎn)速非常快，就依據(jù)正常速度幅值與加速度幅值來體現(xiàn)振動值的多少。

（二）分析診斷

基于頻譜分析，我們便會得知，主要能量在低頻階段，通過總結(jié)會發(fā)現(xiàn)問題出現(xiàn)在電動機(jī)的后端軸承部分。結(jié)合多種類型的故障對其特性進(jìn)行分析、歸納，對其作業(yè)現(xiàn)場的儀器、工作環(huán)境等因素，對引發(fā)振動的因素進(jìn)行一個預(yù)估，可能使因為轉(zhuǎn)子或是摩擦的問題導(dǎo)致的異常振動，具體的原因可能是出現(xiàn)在了軸承部分發(fā)生松動致使的振動異常。待機(jī)器停止運作之后，對其進(jìn)行開蓋檢查，經(jīng)過核實發(fā)現(xiàn)確實是因為軸承內(nèi)圈發(fā)生損壞而導(dǎo)致的振動異常。

結(jié)束語

對于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障判斷工作是十分麻煩的，因為儀器的種類是多樣的，出現(xiàn)故障時不可避免的。在實際應(yīng)用中，機(jī)械常識振動的原因有很多，在對數(shù)據(jù)進(jìn)行一一收集，之后對其進(jìn)行深入分析，才會找出問題所在，為維修提供依據(jù)，進(jìn)而增加機(jī)械的應(yīng)用效率，降低發(fā)生故障的幾率，延長設(shè)備的額運用時間，最終實現(xiàn)安全、節(jié)能的目的。

參考文獻(xiàn)

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旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷范文第2篇

關(guān)鍵詞：故障診斷 經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解 裂紋 松動

中圖分類號：TH133 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）10（b）-0049-03

轉(zhuǎn)軸裂紋和支撐部件松動是旋轉(zhuǎn)機(jī)械的常見故障，也是導(dǎo)致機(jī)械系統(tǒng)失效甚至造成嚴(yán)重事故的主要原因。目前國內(nèi)外學(xué)者對裂紋、松動故障單獨存在的系統(tǒng)研究較多，提出了許多診斷方法。文獻(xiàn)[1]研究斜裂紋的動力特性，指出隨著裂紋深度的增加，橫向響應(yīng)的組合頻率增多。文獻(xiàn)[2]結(jié)合物理模型與灰色理論，提出行星輪系齒根疲勞裂紋故障預(yù)測的新思路，對試驗中的疲勞裂紋進(jìn)行定量檢測和故障預(yù)測。文獻(xiàn)[3]針對工程中出現(xiàn)的支座松動故障，建立了多盤懸臂轉(zhuǎn)子的松動有限元模型，對單支座和雙支座松動故障進(jìn)行動力學(xué)特性研究。

但在實際轉(zhuǎn)子中，常常出現(xiàn)兩種故障同時存在的情況。這種耦合故障轉(zhuǎn)子的動力學(xué)行為較單一故障轉(zhuǎn)子更加復(fù)雜，而且相互影響，不容易診斷。文獻(xiàn)[4]利用求解非線性非自治系統(tǒng)周期解的延拓打靶方法，研究了松動裂紋耦合故障轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)周期運動的穩(wěn)定性及其失穩(wěn)規(guī)律。文獻(xiàn)[5]建立了帶有裂紋-支承松動耦合故障的雙跨彈性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)模型，利用數(shù)值仿真對故障非線性響應(yīng)進(jìn)行研究。

EMD[6]是近年來發(fā)展起來的處理非平穩(wěn)、非線性信號的時頻分析方法。該方法克服了傳統(tǒng)時頻分析方法中的不足，具有很強(qiáng)的自適應(yīng)性，并在機(jī)械故障診斷領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[7～10]。針對耦合故障信號復(fù)雜，具有強(qiáng)非線性的特點，本文提出一種基于EMD的耦合故障診斷方法。該方法先利用EMD將故障信號分解，然后求得有效IMF的邊界譜，通過對邊界譜分析判斷系統(tǒng)狀態(tài)，達(dá)到故障診斷的目的。

1 系統(tǒng)力學(xué)模型和運動微分方程

如圖1所示，建立含有裂紋-松動耦合故障的剛性支承轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)模型，轉(zhuǎn)子圓盤與軸承之間為無質(zhì)量的彈性軸。模型左端發(fā)生松動，軸承座與基礎(chǔ)之間的松動最大間隙為。轉(zhuǎn)子圓盤左側(cè)有一弓形橫向裂紋，其深度為a。圖1中O1為軸瓦幾何中心；O2為轉(zhuǎn)子幾何中心；O3為轉(zhuǎn)子質(zhì)心，k為彈性軸剛度；m1為兩端軸承處的轉(zhuǎn)子集中質(zhì)量；m2為轉(zhuǎn)子圓盤的等效集中質(zhì)量；m3為軸承支座的等效集中質(zhì)量。模型還考慮了左端滑動軸承作用在轉(zhuǎn)軸上的非線性油膜力，為別為Fx、Fy。

設(shè)轉(zhuǎn)子右端的徑向位移為x1，y1；轉(zhuǎn)子圓盤的徑向位移為x2，y2；松動端軸心位移為x3，y3；軸承支座在豎直方向位移為y4，則具有裂紋松動耦合故障的轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)運動微分方程為：

式中u為轉(zhuǎn)子的偏心量；c1為轉(zhuǎn)子在軸承處的阻尼系數(shù)；c2為轉(zhuǎn)子圓盤的阻尼系數(shù)；cs為支座松動阻尼系數(shù)；ks為支承剛度。為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；g為重力加速的；、為僅與裂紋深度a有關(guān)的相對剛度參數(shù)。為裂紋開閉函數(shù)，本文采用余弦波模型來表示裂紋開閉過程，粗略地考慮裂紋半開半閉的過渡過程，忽略了裂紋的全閉和全開是一個持續(xù)過程。

余弦波模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

圖2所示，式中為初相位；為裂紋方向與偏心之間的夾角；x，y為轉(zhuǎn)子初始位置松動故障等效成剛度和阻尼的變化；支承間隙系統(tǒng)在位移條件下ks、cs為分段性，其表達(dá)式為：

式（1）中油膜力沿x和y兩個方向的分量為：

式（4）中為油粘度；為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；c為軸承徑向間隙；R為軸承半徑；L為軸承長度。

2 經(jīng)驗?zāi)Ｊ椒纸?/p>

經(jīng)驗?zāi)Ｊ椒纸釫MD是一種自適應(yīng)分解方法，可以把復(fù)雜的信號分解為有限個IMF分量。IMF信號一般滿足兩個條件：（1）從全局特性上看，極值點數(shù)必須和過零點數(shù)一致或者至多相差一個。（2）在某個局部點，極大值包絡(luò)和極小值包絡(luò)在該點的算術(shù)平均值是零，即兩條包絡(luò)線關(guān)于時間軸對稱。

我們可以把任何信號按下面步驟分解。

（1）用三次樣條線將所有的局部極大值點連接起來形成上包絡(luò)線。

（2）用三次樣條線將所有的局部極小值點連接起來形成下包絡(luò)線。

（3）上下包絡(luò)線的平均值記為，求出：

理想地，如果是一個IMF，那么就是的第一分量。

（4）如果不滿足IMF的條件，把作為原始據(jù)，重復(fù)（1）、（2）、（3），得到上下包絡(luò)線的平均值再判斷是否滿足IMF的條件，如不滿足，重復(fù)循環(huán)k次，得到，使得滿足IMF條件。記，則為信號的第一個滿足IMF條件的分量。

（5）將從中分離出來，得到：

將作為原始數(shù)據(jù)重復(fù)以上過程，得到的第二個滿足IMF條件的分量，重復(fù)循環(huán)n次，得到n個滿足IMF條件的分量。這樣就有：

當(dāng)成為一個單調(diào)函數(shù)不能再從中提取滿足IMF條件的分量時，循環(huán)結(jié)束。這樣由式（6）和（7）得到：

因此，我們可以把任何一個信號分解為n個內(nèi)稟模態(tài)函數(shù)和一個殘量之和，其中，分量，，…，分別包含信號從高到低不同頻率段成分，而則表示信號的中心趨勢。

對式（8）中的每個內(nèi)稟模態(tài)函數(shù)作Hilbert變換得到：

構(gòu)造解析信號：

于是得到幅值函數(shù)：

和相位函數(shù)：

進(jìn)一步可以求出瞬時頻率：

這樣，原始信號就可以表示為：

3 經(jīng)數(shù)值仿真和故障診斷

由方程（1）可以看出，含有裂紋松動耦合故障的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)是一個有復(fù)雜外激勵的非線性系統(tǒng)。目前分析這種系統(tǒng)最有效的方法就是數(shù)值仿真，本文采用變步長四階龍格-庫塔法對方程（1）進(jìn)行數(shù)值求解，系統(tǒng)參數(shù)選取如下：m1=4　kg，m2=32.5　kg，m3=50　kg，R=0.025　m，L=0.012　m，c=0.11　mm，a=0.015　m，=0.018　Pa·s，c1=1050　N·s/m，c2=2100　N·s/m，cs1=350　N·s/m，cs2=500　N·s/m，k=7.5×107　N/m，ks1=2.5×107　N/m，ks2=2.5×109　N/m，u=0.05　mm，w=789.3　rad/s，=1　mm，=0，=0。

圖3為數(shù)值解得到的轉(zhuǎn)子左端徑向位移y3的時域圖。由圖3可以看出由于裂紋、松動兩種故障的影響，y3的振動有很強(qiáng)的非線性。EMD方法用于處理非線性、非平穩(wěn)信號有良好的效果。如圖4所示，把由龍格-庫塔法解出的y3振動信號經(jīng)過EMD方法分解，得到含有故障特征的IMF。由于EMD方法本身原因產(chǎn)生虛假模態(tài)，故只給出IMF1～I(xiàn)MF4。

由分解得到的IMF可以看出信號的頻率和幅值有明顯的周期變化，說明該模型含有機(jī)械故障。要對故障進(jìn)一步診斷，需要對IMF進(jìn)行希爾伯特變換，求出邊界譜，最后通過邊界譜的倍頻關(guān)系以及與單一故障特征的比較來進(jìn)行故障診斷。

圖5是轉(zhuǎn)子左端的Y方向位移y3的邊界譜圖。由圖5可以看出振動主要是由低倍頻、1倍頻、1/2倍頻和2倍頻組成的。圖6和圖7分別是裂紋故障信號和碰摩故障信號的邊界譜。兩個單一故障都是由耦合故障模型簡化而來，由于篇幅有限，不進(jìn)行詳述。

通過對三幅圖的分析可以看出耦合故障信號的邊界譜所含的低倍頻成分與松動故障信號相似，1倍頻則與裂紋故障信號相似，說明該耦合故障同時具有裂紋和松動的故障特征。在2倍頻以及更高的頻率成分上耦合故障信號與單一故障信號存在比較明顯的差異，表明故障的耦合并非簡單的疊加，圖5所示的邊界譜圖可以作為裂紋松動耦合故障特征，為旋轉(zhuǎn)機(jī)械耦合故障診斷提供幫助。

4 結(jié)論

建立含有裂紋-松動耦合故障的轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)動力學(xué)模型，并用龍格-庫塔法解出含有耦合故障特征的振動信號。用EMD方法處理耦合故障信號，得到有效地IMF和信號邊界譜。通過與單一故障邊界譜比較，診斷出該信號同時含有裂紋和松動故障特征，得到了裂紋松動耦合故障特征，證明EMD對旋轉(zhuǎn)機(jī)械耦合故障診斷的有效性。

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旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷范文第3篇

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)動機(jī)械；故障診斷及處理；方法；意義

科學(xué)技術(shù)水平的提高使得我國眾多發(fā)電廠都應(yīng)用了眾多新型的自動化、智能化的設(shè)備設(shè)施。同時，發(fā)電廠需要進(jìn)行全天候、不間斷的工作，保障電力的供應(yīng)。因此，一些外部因素和內(nèi)部因素的出現(xiàn)會導(dǎo)致各種轉(zhuǎn)動機(jī)械設(shè)備故障問題的發(fā)生。而應(yīng)用以往的故障診斷和處理模式無法對于其中存在的問題進(jìn)行解決，使得發(fā)電廠的工作質(zhì)量和效率受到影響。具體來講，我們針對轉(zhuǎn)動機(jī)械故障診斷及處理的方法、應(yīng)用現(xiàn)代化診斷及處理技術(shù)的意義進(jìn)行分析和研究工作，使得發(fā)電廠在較長時間中各種轉(zhuǎn)動的機(jī)械設(shè)備保障安全運行，更好地開展工作，保障電力資源的供應(yīng)。

一、轉(zhuǎn)動機(jī)械故障診斷及處理的方法

（一）轉(zhuǎn)動機(jī)械故障類型

我國發(fā)電廠中應(yīng)用的轉(zhuǎn)動機(jī)械發(fā)生故障主要是以下方面的問題。具體來講，第一，滾動的軸承存在缺陷。比如：滾動的軸承出現(xiàn)了滾道或者是滾子脫落、腐蝕、破裂、有凹痕、有雜物的進(jìn)入等等。而造成以上問題出現(xiàn)的原因有：應(yīng)用的滑動軸承質(zhì)量不高、沒有應(yīng)用專業(yè)化的技術(shù)和方式進(jìn)行安裝導(dǎo)致軸承與軸之間存在性能不高、配合不準(zhǔn)確等問題，在較長時間應(yīng)用后造成其出現(xiàn)了一系列問題。第二，滑動軸承問題?；瑒宇愋偷妮S承在應(yīng)用中主要存在的故障問題是：間隙的大小存在問題，無法進(jìn)行有效性的工作，應(yīng)用的油膜存在震蕩或者是渦動問題。而造成以上問題出現(xiàn)的原因，除了質(zhì)量問題外、還存在滑動軸承長期的高溫、振動大的環(huán)境中進(jìn)行工作的因素，無法進(jìn)行有效性的運轉(zhuǎn)。第三，轉(zhuǎn)動機(jī)械存在松動的問題。轉(zhuǎn)動機(jī)械松動主要有兩種類型，一種是結(jié)構(gòu)性的松動，另一種為轉(zhuǎn)動性的松動。結(jié)構(gòu)性松動問題出現(xiàn)主要原因是沒有進(jìn)行科學(xué)化、專業(yè)化的安裝，造成了轉(zhuǎn)動機(jī)械長期在磨損、腐蝕的環(huán)境中工作，導(dǎo)致一些結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了基礎(chǔ)性的松動，影響到了其應(yīng)用的質(zhì)量和效率。而轉(zhuǎn)動機(jī)械部件松動主要的原因是有關(guān)部件在長時間工作下出現(xiàn)了部件應(yīng)用的損壞，軸承無法進(jìn)行有效性工作。第四，轉(zhuǎn)子不平衡的問題。其主要的缺陷和問題有：徑向振動大、而在其他方向上的振動值較小。而造成以上問題出現(xiàn)的原因是，其一存在安裝不當(dāng)?shù)膯栴}、其二存在有外來的附加物進(jìn)入使得轉(zhuǎn)動機(jī)械部件出現(xiàn)了嚴(yán)重的磨損問題。

（二）診斷和處理的方法

我們需要應(yīng)用專業(yè)化的人員和技術(shù)方式來進(jìn)行以上故障問題的診斷和處理，保障我國發(fā)電廠轉(zhuǎn)動機(jī)械進(jìn)行良好的運行，充分發(fā)揮出自身應(yīng)有狀態(tài)，為促進(jìn)發(fā)電廠工作水平的提高，實現(xiàn)良好的價值和效益發(fā)揮出重要作用。具體來講，第一，發(fā)電廠需要定期對于轉(zhuǎn)動機(jī)械設(shè)備檢修處理人員進(jìn)行專業(yè)化技能的培訓(xùn)工作，提升他們工作的積極性，學(xué)習(xí)和應(yīng)用好各種故障設(shè)備設(shè)施處理的技術(shù)素養(yǎng)，保障它們運轉(zhuǎn)正常。第二，發(fā)電廠需要進(jìn)行大量資金的投入購買專業(yè)化的故障檢測診斷、處理設(shè)備，提高診斷和處理的水平。應(yīng)用好網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)來構(gòu)建專業(yè)化的故障保修系統(tǒng)、有利于有關(guān)人員快速進(jìn)入現(xiàn)場進(jìn)行設(shè)備故障診斷和處理，提高有關(guān)設(shè)備設(shè)施運行的水平。如：型號為IZ300-250-765的灰渣泵其在運行中出現(xiàn)了軸承溫度偏高、振動值偏大的問題，我們就可以應(yīng)用現(xiàn)場圖譜儀對其進(jìn)行科學(xué)診斷。如：在現(xiàn)場圖譜儀中顯示其在78Hz和6.5Hz的地方存在明顯波峰、在其高頻的區(qū)域存在群峰，然后應(yīng)用其他專業(yè)化儀器以及專業(yè)人員的經(jīng)驗可以判斷出此種類型的灰渣泵外滾道、保持架、軸承的滾子等已經(jīng)損壞。我們通過查找此類灰渣泵應(yīng)用的時間明確此已經(jīng)超過合理化應(yīng)用的時間。因此，需要對于其進(jìn)行更換，使得發(fā)電廠有關(guān)設(shè)備可以進(jìn)行正常運行。對于引風(fēng)機(jī)這類的設(shè)備在進(jìn)行了長時間的應(yīng)用后也會出現(xiàn)振動偏大的問題。因此，我們需要應(yīng)用專業(yè)化的溫度測試裝置對于其運行溫度進(jìn)行測量。如：顯示的溫度為軸瓦48攝氏度，然后應(yīng)用專業(yè)化的頻譜圖則發(fā)現(xiàn)其明顯的波峰出現(xiàn)在5Hz的地方。通過有關(guān)的分析后我們發(fā)現(xiàn)，滑動類型的軸承存在間隙過大問題。在有關(guān)專業(yè)化人員對其進(jìn)行精細(xì)化檢查下發(fā)現(xiàn)軸承頂隙存在超標(biāo)的問題，應(yīng)用專業(yè)化的機(jī)械和手段對其進(jìn)行調(diào)整后，使得其恢復(fù)正常。

二、應(yīng)用現(xiàn)代化診斷及處理技術(shù)的意義

應(yīng)用現(xiàn)代化診斷及處理技術(shù)具有重要的意義。首先，專業(yè)化人員和現(xiàn)代化轉(zhuǎn)動機(jī)械故障診斷設(shè)備儀器的應(yīng)用，可以提高對于轉(zhuǎn)動機(jī)械故障診斷工作的質(zhì)量和水平，并且對于存在的問題進(jìn)行快速化處理，通過周期性的常規(guī)診斷、科學(xué)化處理方式的應(yīng)用，對于發(fā)電廠有關(guān)設(shè)備運行中的故障問題進(jìn)行及時解決，避免了安全事故問題的發(fā)生，充分保障了發(fā)電廠進(jìn)行有效性的工作，使其經(jīng)濟(jì)效益和社會價值得以實現(xiàn)。其次，應(yīng)用現(xiàn)代化診斷及處理技術(shù)的應(yīng)用使得專業(yè)化故障診斷和處理體系已經(jīng)形成，可以充分結(jié)合轉(zhuǎn)動機(jī)械設(shè)備運行的歷史、對于故障問題進(jìn)行預(yù)報、分析、判斷、確定好故障發(fā)生的部位、原因、今后運行的趨勢，應(yīng)用專業(yè)化的手法進(jìn)行修復(fù)、必要時進(jìn)行轉(zhuǎn)動機(jī)械的更換，保障其具有良好的應(yīng)用狀態(tài)。

三、結(jié)論

對于轉(zhuǎn)動機(jī)械故障診斷及處理問題進(jìn)行研究和分析，有利于我們應(yīng)用現(xiàn)代化的故障診斷和處理人員、高端智能化的專業(yè)故障診斷儀器對于故障進(jìn)行全面性的預(yù)報、診斷、分析、處理，提高轉(zhuǎn)動機(jī)械診斷處理的水平，保障其具有良好的應(yīng)用狀態(tài)，使得發(fā)電廠可以取得良好的效益和價值。

參考文獻(xiàn)：

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[4]余建青,臧觀建,謝世坤,李強(qiáng)征.旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷中的信號處理技術(shù)綜述[J].機(jī)床與液壓,2011,24:107-110.

旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷范文第4篇

關(guān)鍵詞：風(fēng)電齒輪箱全矢功率譜 故障診斷

中圖分類號：TB857+.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

引 言

故障診斷技術(shù)在石油、化工、電力(主要指火電)、冶金、汽車等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了非常好的效果。但該技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用還處于初步探索階段。大中型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是20世紀(jì)90年代開始研究的高新技術(shù)，對其故障和可靠性研究還處于初步階段。因此，對風(fēng)電機(jī)組的故障診斷有著較大的現(xiàn)實意義【1】。

本文將提出基于全矢功率譜技術(shù)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)齒輪箱的故障診斷方法。

1 全矢功率譜技術(shù)及其運算方法

來自轉(zhuǎn)子同一截面、兩個方向的振動信息屬于同源信息，平面全矢譜技術(shù)就是在轉(zhuǎn)子同一截面上同時布置兩個相互垂直的傳感器來對信號進(jìn)行采集和揉合分析的方法。全矢譜分析的基本指導(dǎo)思想是：轉(zhuǎn)子的渦動現(xiàn)象是各諧波頻率下的組合作用，其渦動軌跡是一個橢圓，橢圓是由兩個同頻率(）、運動方向(角速度為)相反的圓軌跡的合成[2],兩圓的半徑分別為:、，

即：(1)

定義旋轉(zhuǎn)機(jī)械單諧波下的橢圓軌跡長半軸為該諧波下的主振矢，用(見圖1)表示；橢圓軌跡短半軸為該諧波下的副振矢，用表示。

假定和分別為方向上的離散序列，其傅里葉變換分別為、 ，、、、分別為、的實部序列和虛部序列。

圖1 兩圓合成橢圓軸心軌跡圖

用序列、構(gòu)成復(fù)序列，即 (2)

對其做Fourier變換，得到其離散Fourier變換，利用Fourier變換奇偶共軛的性質(zhì)可以得到

(3)

由前面的公式及變換的性質(zhì)可得

，(4)

分別表示某橢圓軌跡的主振矢與副振矢，對主振矢與副振矢的平方求和得

（5）

這表明，轉(zhuǎn)子諧波軌跡的主振矢與副振矢的平方和等于信號在方向上幅值的平方，故有

（6）

二維同源回轉(zhuǎn)能量為基于的融合強(qiáng)度能量與基于副振矢的融合強(qiáng)度之和。同時也為兩個單源信息能量之和。將不同偏心率軌跡的回轉(zhuǎn)能量的數(shù)值算法可以從計算方向的幅值獲得[3]，即

（7）

基于回轉(zhuǎn)軌跡的全矢功率譜有如下特點：靈敏度高、能夠準(zhǔn)確反映融合矢量信號的能量分布、計算過程簡潔、便于工程應(yīng)用?；诨剞D(zhuǎn)軌跡的全矢功率譜對實際工程中的應(yīng)用有重要價值。

2 風(fēng)電齒輪箱系統(tǒng)故障診斷實例

測試原因：監(jiān)測北方某電廠風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運行狀態(tài)，對機(jī)組進(jìn)行日常精密巡檢。

測試目的：掌握機(jī)組運行狀態(tài)，避免事故發(fā)生，為設(shè)備檢修提供依據(jù)。

風(fēng)電機(jī)組功率1.5MW，主軸額定工作轉(zhuǎn)速18.3r/min,增速箱速比為98.069，該風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)示意圖及測點布置圖如圖2所示。

圖2 二期風(fēng)電齒輪箱結(jié)構(gòu)簡圖及測點布置

測試方案：測點9由于測量不方便及危險性未測量。振動布置測點如圖2所示，其中，測點1-5采用高靈敏度、低頻響應(yīng)好的加速度傳感器，對于其它測點采用普通的ICP加速度傳感器。測量儀器為鄭州恩普特設(shè)備診斷工程有限公司設(shè)備狀態(tài)檢測與安全評價儀（風(fēng)電版）PDES－E，采樣參數(shù)按照采樣定理和信號中最小信號及最大信號進(jìn)行設(shè)置。各個測點振動幅值見表1

表1 測試結(jié)果

根據(jù)振動值的大小判斷振動源的大致位置：根據(jù)九個測點的振動值大小看，測點4（一級傳動大齒圈位置）的兩個方向振動值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它各點，且周圍各測量點并未呈現(xiàn)出明顯的振動值偏大現(xiàn)象。因此初步判斷振動源應(yīng)該位于大齒圈位置附近，具體故障類型并不清楚，擬用全矢功率譜判斷其故障類型。

由于可疑故障源位于一級齒輪傳動位置，由此可以推出太陽輪的嚙合頻率、行星輪的嚙合頻率、內(nèi)齒圈的嚙合頻率都為0.305，，而行星架所在軸的旋轉(zhuǎn)頻率為0.305，故太陽輪所在軸的旋轉(zhuǎn)頻率為0.305/,行星輪的旋轉(zhuǎn)頻率為0.305/。則內(nèi)齒圈一點的故障頻率為0.915，太陽輪一點故障頻率為0.915/，行星輪一點故障頻率0.915/ 。其中為太陽輪齒數(shù)；為行星輪齒數(shù)；為內(nèi)齒圈齒數(shù)；如圖3所示的x,y通道時頻圖。

圖3 二期風(fēng)電齒輪箱大齒圈x,y通道的時頻圖

由于無法準(zhǔn)確的得知風(fēng)電齒輪箱內(nèi)齒數(shù)的具體數(shù)值。只能大概推斷一級傳動系統(tǒng)的嚙合頻率范圍。根據(jù)風(fēng)電齒輪箱的傳動特點以及查閱相關(guān)的風(fēng)電齒輪箱數(shù)據(jù)。大致得出的齒數(shù)在120左右，的齒數(shù)在20左右，的齒數(shù)在50左右，由此可以得出它們的嚙合頻率在40HZ左右，由此可以得出太陽輪一點的故障頻率在5.5HZ左右，行星輪一點故障頻率在2.2HZ左右。如果某個部件有故障，頻率圖中就會出現(xiàn)該部件的特征頻率及其倍頻，很多時候還可能出現(xiàn)以轉(zhuǎn)頻為間隔的邊頻帶，通過對比兩個通道的頻譜圖。大致可以得出出現(xiàn)了以0.915HZ為間隔的邊頻帶；同時2.2Hz和5.5Hz處附近都存在較高的峰值。是否屬實，需要進(jìn)一步做功率譜來進(jìn)行判斷。如圖4所示的x,y兩通道的功率譜圖與全矢功率譜圖。

圖4 x,y通道的功率譜圖與全矢功率譜圖

通過對雙通道的內(nèi)齒圈信號進(jìn)行全矢功率譜變換后得出以下結(jié)論：

1) 雖然測點4處振動幅值偏大，但是并未影響到周圍測點的振動，故得出測點4處的振動偏大不影響風(fēng)機(jī)的正常工作。

2）對于該機(jī)組的相關(guān)測點應(yīng)進(jìn)行重點監(jiān)測，當(dāng)這些測點的振動值在1個月內(nèi)有明顯增加（增加量超過50％以上）應(yīng)引起重視。軸承或齒輪部位也應(yīng)關(guān)注溫度、噪聲等參數(shù)的變化.

4結(jié)論

將全矢功率譜技術(shù)應(yīng)用于風(fēng)電齒輪箱系統(tǒng)的的故障診斷，可以準(zhǔn)確顯示旋轉(zhuǎn)機(jī)械各回轉(zhuǎn)頻率下的振動強(qiáng)度和方位；結(jié)果明確、直觀，并且和傳統(tǒng)分析方法具有兼容性，適用于現(xiàn)場應(yīng)用。避免了單通道信息會帶來的誤判；對提高旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障的診斷可靠性具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊明明.大型風(fēng)電機(jī)組故障模式統(tǒng)計分析及故障診斷[D]河北：華北電力大學(xué)，2009.

旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷范文第5篇

【關(guān)鍵字】：軸承故障、振動診斷、共振。

1、軸承故障概述

軸承是旋轉(zhuǎn)機(jī)械中的一類重要部件，軸承的性能及可靠性在很大程度上取決于軸承零件的材料。對于軸承套圈與滾動體，通常要考慮的因素包括影響承載能力的硬度，滾動接觸條件下、清潔或受污染條件下的抗疲勞性，以及軸承元件的尺寸穩(wěn)定性。對于保持架，要考慮的因素包括摩擦力、應(yīng)變力、慣性力，

在某些情況下還要考慮同某些劑、有機(jī)溶劑、冷卻劑和制冷劑的化學(xué)反應(yīng)。這些考慮因素的相對重要性可能受到其它運行參數(shù)的影響，例如腐蝕、溫度升高、沖擊負(fù)荷或這些與其它狀況的混合。滾動軸承內(nèi)的密封件對軸承的性能與可靠性也有相當(dāng)大的影響。它們的制造材料必須提供優(yōu)異的抗氧化性、耐熱性或耐化學(xué)腐蝕性。據(jù)統(tǒng)計，由于軸承導(dǎo)致的故障在旋轉(zhuǎn)機(jī)械所有故障中占到三分之一左右，近年來，隨著故障診斷計算在基層理論研究及實際應(yīng)用中不斷發(fā)展和完善當(dāng)烘缸滾動軸承出現(xiàn)局部損傷時，在受載運轉(zhuǎn)過程中，軸承的其它零件會周期地撞擊損傷點，產(chǎn)生的沖擊力激勵軸承座及其支撐結(jié)構(gòu)，形成一系列由沖擊激勵產(chǎn)生的減幅振蕩，減幅振蕩發(fā)生的頻率為故障特征頻率。

2、 軸承振動產(chǎn)生的原因

常見的滾動軸承損傷形式有疲勞損傷、電化腐蝕、表面損傷、過熱燒傷等。當(dāng)機(jī)械設(shè)配運轉(zhuǎn)時，軸承以設(shè)定的速度轉(zhuǎn)動并帶有一定的負(fù)載，此時以軸承、軸承座和箱體為組成零件的軸承系統(tǒng)就會產(chǎn)生激勵，進(jìn)而促使整個設(shè)備系統(tǒng)發(fā)生系統(tǒng)診斷，其振動通常會受內(nèi)部因素和外部因素的影響。軸承系統(tǒng)振動產(chǎn)生的機(jī)理。在外部機(jī)械設(shè)備的其他部件會對軸承產(chǎn)生影響。

3、 烘缸滾動軸承故障的振動診斷

根據(jù)監(jiān)測頻帶的不同，可將烘缸滾動軸承故障的振動診斷劃分為低頻診斷和高頻診斷，其中低頻診斷主要是針對軸承中各元件缺陷的旋轉(zhuǎn)特征頻率進(jìn)行的；而高頻診斷則著眼于烘缸滾動軸承因存在缺陷時激發(fā)的各元件的固有頻率振動。它們在原理上沒有太大差別都要通過頻譜分析等手段，找出不同元件（內(nèi)滾道、外滾道、滾動體等）的故障特征頻率，以此判斷烘缸滾動軸承的故障部位及其故障的嚴(yán)重程度。顯然，要實現(xiàn)對故障特征頻率的定位，首先必須計算出各個元件的理論特征頻率。為此，先推導(dǎo)出各元件故障特征頻率的計算公式，再討論軸承各種故障的振動特點。

3.1、低頻段的旋轉(zhuǎn)特征頻率

烘缸滾動軸承各元件存在單一缺陷時的特征頻率如表2.1所示

需要說明的是上表中所給出的特征頻率分別為滾動體缺陷、內(nèi)滾道缺陷和外滾道缺陷的基頻。實際應(yīng)用中，根據(jù)故障嚴(yán)重程度，頻譜圖中還可能出現(xiàn)各自的倍頻。

3.2、高頻段的固有振動頻率

烘缸滾動軸承中的各元件因受到?jīng)_擊而作自由振動時是以各自的固有振動頻率進(jìn)行的，軸承元件的固有頻率多處在幾kHz到幾十kHz的高頻段，且受軸承裝配狀態(tài)的影響，下面給出內(nèi)外環(huán)的固有振動頻率的計算公式：

1） 內(nèi)外環(huán)的固有振動頻率

（2.1）

式中 I----內(nèi)外環(huán)截面繞中性軸的慣性矩， ；

D----圓環(huán)中性軸的直徑，m；

M----圓環(huán)單位長度內(nèi)的質(zhì)量， ；

E----圓環(huán)材料的彈性模量， ；

n----變形波數(shù)；

2） 鋼球的固有振動頻率

（2.2）

式中

----鋼球的直徑， ；

E----材料的彈性模量， ，鋼為 ；

----材料的密度， ，鋼為 ；

4、烘缸滾動軸承有異常時的振動特性

烘缸滾動軸承的異常情況是多種多樣的，為了敘述的方便，在此討論各種典型的單一型異常形式的振動特性，這并不意味著典型的異常形式總是獨立發(fā)生的。

4.1、烘缸滾動軸承的構(gòu)造所引起的振動

（1） 軸承元件的變力變形引起的振動

給烘缸滾動軸承施加一定的載荷時，由于內(nèi)外環(huán)以及滾動體的受力變形，而使旋轉(zhuǎn)軸的中心發(fā)生變動，由此引起的振動的主要頻率成分為 ，其中 為滾珠個數(shù)， 為滾動體的公轉(zhuǎn)頻率。

（2） 旋轉(zhuǎn)軸彎曲時引起的振動

當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸彎曲或傾斜時，此時發(fā)生的振動的主要頻率成分為 。

（3） 滾動體直徑不一致引起的振動

當(dāng)一個滾動體的直徑大于其他滾動體的直時，旋轉(zhuǎn)軸軸心將以滾動體的公轉(zhuǎn)頻率 而變動，即發(fā)生此頻率的振動。此外，由軸向剛度的不同，還會引發(fā)頻率 ，的振動。

2） 烘缸滾動軸承的非線性引發(fā)的振動

烘缸滾動軸承是通過滾道與滾動體的彈性接觸來承受載荷的，可以形象的比之為 “彈簧”。此“彈簧”的彈性系數(shù)很大，當(dāng)軸承的狀態(tài)不良時，就會出現(xiàn)非線性彈性，由此而引發(fā)的振動。其振動的頻率為軸的旋轉(zhuǎn)頻率 ，及其諧波 ， …和分頻 ， …。這種形式的振動常在深槽球軸承中發(fā)生，而在自動調(diào)心和滾子軸承上不常發(fā)生。

3）由于精加工波紋引起的振動

制造時，如在滾道或滾動體的精加工面上留有波紋，當(dāng)凸起部數(shù)目達(dá)到一定值時，就會產(chǎn)生特有的振動，如表2.2所示。

應(yīng)該指出的是，上表對于有徑向間隙并承受徑向載荷的軸承，多數(shù)是不適用的。

4）烘缸滾動軸承損傷（缺陷）而引起的振動

2、軸承嚴(yán)重磨損引起的偏心時的振動 在使用過程中由于發(fā)生嚴(yán)重磨損而使軸承偏時，軸的中心將產(chǎn)生振擺，此時的振動頻率為 ，其中， 為自然數(shù)， 為軸的旋轉(zhuǎn)頻率。滾動軸承內(nèi)的摩擦是軸承內(nèi)熱量產(chǎn)生的決定因素，其結(jié)果也對操作溫度產(chǎn)生決定性影響。摩擦大小取決于負(fù)荷和其它一些因素， 其中最重要的是軸承的種類和大小、操作速度、劑性能和用量。組成軸承運轉(zhuǎn)總阻力的是：有關(guān)接觸面上的滾動和滑動摩擦、劑內(nèi)的摩擦、以及接觸密封件的滑動摩擦。而產(chǎn)生滾動和滑動摩擦的地方則有：滾動接觸面、滾動部件和保持架之間的接觸面、以及引導(dǎo)滾動部件或保持架的支承面。

（2） 內(nèi)環(huán)有缺陷是的振動當(dāng)內(nèi)環(huán)的某個部分存在剝落、裂紋、壓痕、損傷等缺陷時，所發(fā)生振動的振動頻率為 及其高次諧波 ， ，…。由于軸承通常有徑向間隙而使振動受到軸的旋轉(zhuǎn)頻率 或滾動體的公轉(zhuǎn)頻率 的調(diào)制。有無間隙的發(fā)生頻率如表2.3所示：

（3）外環(huán)有缺陷時的振動當(dāng)外環(huán)有缺陷時，軸承所產(chǎn)生振動的振動頻率為 及其高次諧波 ， …。與內(nèi)環(huán)缺陷振動特性不同的是，由于此時缺陷的位置與承載方向相對位置固定，故不會發(fā)生調(diào)制現(xiàn)象。

（4）滾動體有缺陷時的振動當(dāng)滾動體上有缺陷時，軸承所產(chǎn)生振動的振動頻率為 及其高次諧波 ， …。和內(nèi)環(huán)有缺陷時的情況相同，由于通常存在的軸承徑向間隙，使振動受到滾動體公轉(zhuǎn)頻率的調(diào)制。應(yīng)該說明的是：由于軸承的初期損傷所引起的沖擊振動往往比機(jī)器的其他振動要小的多，為了有效地進(jìn)行軸承故障診斷，經(jīng)常采用共振解調(diào)技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：