基于远程监控系统的旋转机械故障诊断分析

文/沈阳鼓风机集团股份有限公司 郭 杨

1 引言

旋转机械广泛应用在国内外冶金、石油、化工、气体液化和输送等诸多领域，且大多数为各个工业领域的关键设备。随着我国工业技术水平的不断提高，旋转机械向着大型化、综合化、精密化、复杂化的方向发展，设备投资巨大，非计划停车损失巨大，因此旋转机械的安全、平稳运行具有非常重要的意义。

大型旋转机械的故障诊断分析从20世纪70年代开始，经历了三个不同阶段，从早期对机械设备故障的各种直接检测，发展到依靠经验积累的诊断过程，进一步发展到现在基于专家经验的智能化故障诊断技术【1】。

2 旋转机械振动原因分析

引起旋转机械振动的原因有很多，这里简要介绍，详见参考文献【2】，如基础不稳引起的振动，驱动机引起的振动，转子不平衡、不对中引起的振动，油膜涡动和油膜振荡，喘振引起的振动，密封气体激振力（自激振动）等。

3 监控系统常用图谱

状态监测图谱可以直观的对大型旋转机械运行状态进行描述，当开始在线振动的故障分析时，通常会使用一些图谱。这里介绍如下几种：

一是波德图，它可以描述大型旋转机械振动幅值（尤其指工频分量或二阶分量）、相位跟随转速变化的关系曲线图，通过波德图，可以得到转子系统的临界转速，系统的阻尼大小，转子是否发生了热弯曲等。

二是波形频谱图，可以在实时监测中作为示波器显示振动的变化和形态。频谱图是通过傅立叶级数展开得到的相关频率成分分析，并对振动波形进行快速傅里叶变换（FFT）处理得到的振动频谱分布【3】。频谱图是一种有效分析油膜涡动、转子不平衡、不对中等故障的方法。

三是振动趋势图，这种图显示的曲线非常直观，可以通过它监视大型旋转机械的运行状况，及时了解到机组的各频率分量的振动、相位及其他参数【4】。

四是轴心轨迹图，转子振动信号中经常含有不平衡引起的基频振动分量以及因为油膜涡动、气体激振、不对中等原因引起的振动分量，造成轴心轨迹的形状呈现得特别复杂，甚至十分混乱。

4 远程监控系统故障诊断实例应用

这里引入一个实例，某旋转机组运行情况与振动测试情况的故障分析。

某机组运行后，通过远程监控系统，监测到机组变速机侧振动较高，频率成分1X为主，该侧轴瓦温度都小于58℃。机组出现一定的高次谐波和较小的低频能量，振动波动与跳变的能量变化在工频。如图1所示。

该机组波形图中包含大量的“尖峰”，四个通道同时出现，没有规律，大小各不相同，波形与轴心轨迹如图2所示。分析为是电气干扰造成的，暂不必进一步讨论。

图1 振动FFT

图2 波形与轴心轨迹

图3 振动趋势

从振动趋势图上显示，出现无规律跳变，如图3所示。

综上振动情况和相关图谱分析，该机组变速机侧振动教高，频率成分以一倍频为主，机组侧轴瓦温度较低，分析其主要原因可能是：由轴瓦间隙较大造成；增压缸存在角度不对中。

综合以上监测结果与故障分析，该机组增压机在检修时应重点检查变速机侧的轴瓦间隙是否偏大及角度不对中。是否还存在其它问题，应参考用户现场的意见，逐一查明。

5 结束语

引起旋转机械故障原因是多方面的，在现场运行使用中，通过远程监控系统的实时监测，可以快速有效地发现机组的潜在故障，根据专家系统或依靠经验判断故障产生的机理和原因，并能给出意见，采取必要方法对机组实施保护或直接停机，避免产生更加严重的故障或设备损坏，从而有效保障大型旋转机械的安全、稳定运行。

综合论述，通过远程监控系统对大型旋转机械进行故障诊断，实现实时监测和自动诊断，对防止突然事故有利，是延长机组的运行周期的有效手段。目前机组的自动诊断水平有限，未来，增加自动化和自适应能力的智能专家系统将具有更广阔的应用前景。