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旋轉機械故障診斷范文第1篇

[關鍵詞]故障診斷；電動機；頻譜

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

引言：在目前，我國大部分企業(yè)對于大型儀器進行維修與養(yǎng)護都在運用較為傳統(tǒng)的方式與規(guī)劃，更有甚者將設備一直處于事故維修過程中，應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。比較大型的設備儀器有泵、發(fā)電機等一些含有成本大、運轉速度快的特點，它的運行情況是決定企業(yè)生產(chǎn)效率與質量的直接因素。為了適應時代進步的腳步，出現(xiàn)了新興的故障診斷技術，利用旋轉機械來對其進行診斷，具體如下。

一、旋轉機械故障診斷的特點以及理論概述

（一）旋轉機械故障診斷的理論

旋轉設備的核心功能就是依據(jù)各個旋轉部件來實施的，最P鍵的部件是轉子。一些旋轉設備發(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)出機械發(fā)生的故障。可以通過振動檢測器來其實際運行進行檢測，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，可以對故障進行有效避免，進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致故障發(fā)生的因素，可以對其進行分析，其主要原因有安裝發(fā)生不到位、設計欠缺、機械外框發(fā)生形變等。

（二）旋轉機械故障診斷的特點

因為旋轉機械的中心是轉子，它是由各個零件拼湊而成的。因其轉子高速運轉，對于零件在制造、調試、維修等方面都有著極高的要求。無論在運轉中任何零件發(fā)生問題，都會造成機器異動，就會使機組產(chǎn)生較大的振動?；谵D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、結合振動分析診斷旋轉機械設備的故障

（一）儀器松動

儀器發(fā)生松動是旋轉機械發(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；二是構件配合之間發(fā)生松動，比如內圈與轉軸、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雜，刨除基頻，還會產(chǎn)生分頻波動，進而造成旋轉機器故障。

（二）轉子不平衡

轉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，都是致使轉子發(fā)生不平衡的原因以及質心出現(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，主要對轉子旋轉的頻率進行觀察即可。另外，發(fā)生不平衡振動以后會連帶著其他構件的頻率。產(chǎn)生不平衡振動的原因有三種，其中包含了轉子的速度、轉子的質量以及偏心距。轉子在旋轉過程中會產(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。在進行故障診斷時，一定要將其以上因素進行深入分析。

（三）摩擦

摩擦帶來的故障模式也是五花八門的。比如轉子與密封件之間、定子之間、隔板之間的摩擦，在旋轉機器任何兩個部件之間發(fā)生摩擦都會造成零件松動，進而引發(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）轉子不對中

轉子不對中對于產(chǎn)生故障的幾率非常大，其中包含轉子同轉子，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建發(fā)生損壞，支座變形等原因，都會造成轉子不對中的情況發(fā)生，如果轉子不對中的話，就會使旋轉機械發(fā)生玩彎矩，對于軸承增加一分附件力導致負荷要重組，而產(chǎn)生強烈振動，基于此來造成機械發(fā)生故障。

三、旋轉機械故障診斷的實際應用

例如，某一煉鋼廠的電動機，具有很強的驅動器，利用驅動器運作來帶動軸承運作，以便維持電動機正常工作，它的整合機組是作用于一個基座上的，其電動機的型號是JK850-2，它的功率、轉速、頻率分別為850kW、2970r/min、50Hz，兒它的頻率合成器的型號是GST50，煤氣風機的型號為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，進而測量出電動機的振動數(shù)據(jù)，基于標準體系下，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)來進行初步判定，此電動機是存在問題的，但在實際進行測量時，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，參考電動機的轉速非?？?，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，通過總結會發(fā)現(xiàn)問題出現(xiàn)在電動機的后端軸承部分。結合多種類型的故障對其特性進行分析、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)振動的因素進行一個預估，可能使因為轉子或是摩擦的問題導致的異常振動，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。待機器停止運作之后，對其進行開蓋檢查，經(jīng)過核實發(fā)現(xiàn)確實是因為軸承內圈發(fā)生損壞而導致的振動異常。

結束語

對于旋轉機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。在實際應用中，機械常識振動的原因有很多，在對數(shù)據(jù)進行一一收集，之后對其進行深入分析，才會找出問題所在，為維修提供依據(jù)，進而增加機械的應用效率，降低發(fā)生故障的幾率，延長設備的額運用時間，最終實現(xiàn)安全、節(jié)能的目的。

參考文獻

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旋轉機械故障診斷范文第2篇

關鍵詞：故障診斷 經(jīng)驗模態(tài)分解 裂紋 松動

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

轉軸裂紋和支撐部件松動是旋轉機械的常見故障，也是導致機械系統(tǒng)失效甚至造成嚴重事故的主要原因。目前國內外學者對裂紋、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[1]研究斜裂紋的動力特性，指出隨著裂紋深度的增加，橫向響應的組合頻率增多。文獻[2]結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測的新思路，對試驗中的疲勞裂紋進行定量檢測和故障預測。文獻[3]針對工程中出現(xiàn)的支座松動故障，建立了多盤懸臂轉子的松動有限元模型，對單支座和雙支座松動故障進行動力學特性研究。

但在實際轉子中，常常出現(xiàn)兩種故障同時存在的情況。這種耦合故障轉子的動力學行為較單一故障轉子更加復雜，而且相互影響，不容易診斷。文獻[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[5]建立了帶有裂紋-支承松動耦合故障的雙跨彈性轉子系統(tǒng)動力學模型，利用數(shù)值仿真對故障非線性響應進行研究。

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，具有很強的自適應性，并在機械故障診斷領域得到了廣泛應用[7～10]。針對耦合故障信號復雜，具有強非線性的特點，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)，達到故障診斷的目的。

1 系統(tǒng)力學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子-軸承系統(tǒng)模型，轉子圓盤與軸承之間為無質量的彈性軸。模型左端發(fā)生松動，軸承座與基礎之間的松動最大間隙為。轉子圓盤左側有一弓形橫向裂紋，其深度為a。圖1中O1為軸瓦幾何中心；O2為轉子幾何中心；O3為轉子質心，k為彈性軸剛度；m1為兩端軸承處的轉子集中質量；m2為轉子圓盤的等效集中質量；m3為軸承支座的等效集中質量。模型還考慮了左端滑動軸承作用在轉軸上的非線性油膜力，為別為Fx、Fy。

設轉子右端的徑向位移為x1，y1；轉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子-軸承系統(tǒng)運動微分方程為：

式中u為轉子的偏心量；c1為轉子在軸承處的阻尼系數(shù)；c2為轉子圓盤的阻尼系數(shù)；cs為支座松動阻尼系數(shù)；ks為支承剛度。為轉子轉速；g為重力加速的；、為僅與裂紋深度a有關的相對剛度參數(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)學表達式為：

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；為轉子轉速；c為軸承徑向間隙；R為軸承半徑；L為軸承長度。

2 經(jīng)驗模式分解

經(jīng)驗模式分解EMD是一種自適應分解方法，可以把復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，極大值包絡和極小值包絡在該點的算術平均值是零，即兩條包絡線關于時間軸對稱。

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線。

（3）上下包絡線的平均值記為，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（1）、（2）、（3），得到上下包絡線的平均值再判斷是否滿足IMF的條件，如不滿足，重復循環(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)重復以上過程，得到的第二個滿足IMF條件的分量，重復循環(huán)n次，得到n個滿足IMF條件的分量。這樣就有：

當成為一個單調函數(shù)不能再從中提取滿足IMF條件的分量時，循環(huán)結束。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）中的每個內稟模態(tài)函數(shù)作Hilbert變換得到：

構造解析信號：

于是得到幅值函數(shù)：

和相位函數(shù)：

進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子系統(tǒng)是一個有復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～IMF4。

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，說明該模型含有機械故障。要對故障進一步診斷，需要對IMF進行希爾伯特變換，求出邊界譜，最后通過邊界譜的倍頻關系以及與單一故障特征的比較來進行故障診斷。

圖5是轉子左端的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，為旋轉機械耦合故障診斷提供幫助。

4 結論

建立含有裂紋-松動耦合故障的轉子-軸承系統(tǒng)動力學模型，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對旋轉機械耦合故障診斷的有效性。

參考文獻

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旋轉機械故障診斷范文第3篇

關鍵詞：轉動機械；故障診斷及處理；方法；意義

科學技術水平的提高使得我國眾多發(fā)電廠都應用了眾多新型的自動化、智能化的設備設施。同時，發(fā)電廠需要進行全天候、不間斷的工作，保障電力的供應。因此，一些外部因素和內部因素的出現(xiàn)會導致各種轉動機械設備故障問題的發(fā)生。而應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行解決，使得發(fā)電廠的工作質量和效率受到影響。具體來講，我們針對轉動機械故障診斷及處理的方法、應用現(xiàn)代化診斷及處理技術的意義進行分析和研究工作，使得發(fā)電廠在較長時間中各種轉動的機械設備保障安全運行，更好地開展工作，保障電力資源的供應。

一、轉動機械故障診斷及處理的方法

（一）轉動機械故障類型

我國發(fā)電廠中應用的轉動機械發(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、有雜物的進入等等。而造成以上問題出現(xiàn)的原因有：應用的滑動軸承質量不高、沒有應用專業(yè)化的技術和方式進行安裝導致軸承與軸之間存在性能不高、配合不準確等問題，在較長時間應用后造成其出現(xiàn)了一系列問題。第二，滑動軸承問題。滑動類型的軸承在應用中主要存在的故障問題是：間隙的大小存在問題，無法進行有效性的工作，應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)境中進行工作的因素，無法進行有效性的運轉。第三，轉動機械存在松動的問題。轉動機械松動主要有兩種類型，一種是結構性的松動，另一種為轉動性的松動。結構性松動問題出現(xiàn)主要原因是沒有進行科學化、專業(yè)化的安裝，造成了轉動機械長期在磨損、腐蝕的環(huán)境中工作，導致一些結構出現(xiàn)了基礎性的松動，影響到了其應用的質量和效率。而轉動機械部件松動主要的原因是有關部件在長時間工作下出現(xiàn)了部件應用的損壞，軸承無法進行有效性工作。第四，轉子不平衡的問題。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?shù)膯栴}、其二存在有外來的附加物進入使得轉動機械部件出現(xiàn)了嚴重的磨損問題。

（二）診斷和處理的方法

我們需要應用專業(yè)化的人員和技術方式來進行以上故障問題的診斷和處理，保障我國發(fā)電廠轉動機械進行良好的運行，充分發(fā)揮出自身應有狀態(tài)，為促進發(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動機械設備檢修處理人員進行專業(yè)化技能的培訓工作，提升他們工作的積極性，學習和應用好各種故障設備設施處理的技術素養(yǎng)，保障它們運轉正常。第二，發(fā)電廠需要進行大量資金的投入購買專業(yè)化的故障檢測診斷、處理設備，提高診斷和處理的水平。應用好網(wǎng)絡信息技術、計算機技術來構建專業(yè)化的故障保修系統(tǒng)、有利于有關人員快速進入現(xiàn)場進行設備故障診斷和處理，提高有關設備設施運行的水平。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，我們就可以應用現(xiàn)場圖譜儀對其進行科學診斷。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用的時間明確此已經(jīng)超過合理化應用的時間。因此，需要對于其進行更換，使得發(fā)電廠有關設備可以進行正常運行。對于引風機這類的設備在進行了長時間的應用后也會出現(xiàn)振動偏大的問題。因此，我們需要應用專業(yè)化的溫度測試裝置對于其運行溫度進行測量。如：顯示的溫度為軸瓦48攝氏度，然后應用專業(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。在有關專業(yè)化人員對其進行精細化檢查下發(fā)現(xiàn)軸承頂隙存在超標的問題，應用專業(yè)化的機械和手段對其進行調整后，使得其恢復正常。

二、應用現(xiàn)代化診斷及處理技術的意義

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

三、結論

對于轉動機械故障診斷及處理問題進行研究和分析，有利于我們應用現(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行全面性的預報、診斷、分析、處理，提高轉動機械診斷處理的水平，保障其具有良好的應用狀態(tài)，使得發(fā)電廠可以取得良好的效益和價值。

參考文獻：

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旋轉機械故障診斷范文第4篇

關鍵詞：風電齒輪箱全矢功率譜 故障診斷

中圖分類號：TB857+.3文獻標識碼： A

引 言

故障診斷技術在石油、化工、電力(主要指火電)、冶金、汽車等行業(yè)得到了廣泛的應用，并取得了非常好的效果。但該技術在風力發(fā)電領域的應用還處于初步探索階段。大中型風力發(fā)電技術是20世紀90年代開始研究的高新技術，對其故障和可靠性研究還處于初步階段。因此，對風電機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的風力發(fā)電系統(tǒng)齒輪箱的故障診斷方法。

1 全矢功率譜技術及其運算方法

來自轉子同一截面、兩個方向的振動信息屬于同源信息，平面全矢譜技術就是在轉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行采集和揉合分析的方法。全矢譜分析的基本指導思想是：轉子的渦動現(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)

定義旋轉機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、構成復序列，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可以得到

(3)

由前面的公式及變換的性質可得

，(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）

二維同源回轉能量為基于的融合強度能量與基于副振矢的融合強度之和。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）

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

2 風電齒輪箱系統(tǒng)故障診斷實例

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

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

風電機組功率1.5MW，主軸額定工作轉速18.3r/min,增速箱速比為98.069，該風電機組結構示意圖及測點布置圖如圖2所示。

圖2 二期風電齒輪箱結構簡圖及測點布置

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備診斷工程有限公司設備狀態(tài)檢測與安全評價儀（風電版）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行設置。各個測點振動幅值見表1

表1 測試結果

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遠大于其它各點，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、內齒圈的嚙合頻率都為0.305，，而行星架所在軸的旋轉頻率為0.305，故太陽輪所在軸的旋轉頻率為0.305/,行星輪的旋轉頻率為0.305/。則內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)；為內齒圈齒數(shù)；如圖3所示的x,y通道時頻圖。

圖3 二期風電齒輪箱大齒圈x,y通道的時頻圖

由于無法準確的得知風電齒輪箱內齒數(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)風電齒輪箱的傳動特點以及查閱相關的風電齒輪箱數(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，需要進一步做功率譜來進行判斷。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

通過對雙通道的內齒圈信號進行全矢功率譜變換后得出以下結論：

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機的正常工作。

2）對于該機組的相關測點應進行重點監(jiān)測，當這些測點的振動值在1個月內有明顯增加（增加量超過50％以上）應引起重視。軸承或齒輪部位也應關注溫度、噪聲等參數(shù)的變化.

4結論

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

參考文獻

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

旋轉機械故障診斷范文第5篇

【關鍵字】：軸承故障、振動診斷、共振。

1、軸承故障概述

軸承是旋轉機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、應變力、慣性力，

在某些情況下還要考慮同某些劑、有機溶劑、冷卻劑和制冷劑的化學反應。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、沖擊負荷或這些與其它狀況的混合。滾動軸承內的密封件對軸承的性能與可靠性也有相當大的影響。它們的制造材料必須提供優(yōu)異的抗氧化性、耐熱性或耐化學腐蝕性。據(jù)統(tǒng)計，由于軸承導致的故障在旋轉機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用中不斷發(fā)展和完善當烘缸滾動軸承出現(xiàn)局部損傷時，在受載運轉過程中，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構，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。當機械設配運轉時，軸承以設定的速度轉動并帶有一定的負載，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，進而促使整個設備系統(tǒng)發(fā)生系統(tǒng)診斷，其振動通常會受內部因素和外部因素的影響。軸承系統(tǒng)振動產(chǎn)生的機理。在外部機械設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特征頻率進行的；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、內滾道缺陷和外滾道缺陷的基頻。實際應用中，根據(jù)故障嚴重程度，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，下面給出內外環(huán)的固有振動頻率的計算公式：

1） 內外環(huán)的固有振動頻率

（2.1）

式中 I----內外環(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)單位長度內的質量， ；

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，由于內外環(huán)以及滾動體的受力變形，而使旋轉軸的中心發(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)， 為滾動體的公轉頻率。

（2） 旋轉軸彎曲時引起的振動

當旋轉軸彎曲或傾斜時，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

當一個滾動體的直徑大于其他滾動體的直時，旋轉軸軸心將以滾動體的公轉頻率 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，當凸起部數(shù)目達到一定值時，就會產(chǎn)生特有的振動，如表2.2所示。

應該指出的是，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、軸承嚴重磨損引起的偏心時的振動 在使用過程中由于發(fā)生嚴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)， 為軸的旋轉頻率。滾動軸承內的摩擦是軸承內熱量產(chǎn)生的決定因素，其結果也對操作溫度產(chǎn)生決定性影響。摩擦大小取決于負荷和其它一些因素， 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。組成軸承運轉總阻力的是：有關接觸面上的滾動和滑動摩擦、劑內的摩擦、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、以及引導滾動部件或保持架的支承面。

（2） 內環(huán)有缺陷是的振動當內環(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頻率 或滾動體的公轉頻率 的調制。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)生調制現(xiàn)象。

（4）滾動體有缺陷時的振動當滾動體上有缺陷時，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頻率的調制。應該說明的是：由于軸承的初期損傷所引起的沖擊振動往往比機器的其他振動要小的多，為了有效地進行軸承故障診斷，經(jīng)常采用共振解調技術。

參考文獻：