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　　由于設(shè)備質(zhì)量缺陷、維護(hù)不當(dāng)以及運(yùn)行操作失誤引起的各類故障都會(huì)影響到回轉(zhuǎn)機(jī)械的穩(wěn)定運(yùn)行，威脅到生產(chǎn)的安全，甚至?xí)�造成設(shè)備停機(jī)、流程中斷，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1992-1993年，國內(nèi)17套尿素裝置故障停車共計(jì)549次，停車957天，相當(dāng)于3套尿素裝置的_生產(chǎn)能力放空一年，最多的一套裝置共停車67次，共計(jì)1天，直接經(jīng)濟(jì)損失數(shù)億元。1995年酒泉鋼鐵公司的發(fā)電機(jī)組由于多次強(qiáng)行啟動(dòng)，造成轉(zhuǎn)子彎曲過大而報(bào)廢，給酒缸和嘉峪關(guān)市造成了近億元的經(jīng)濟(jì)損失。因此研制和開發(fā)先進(jìn)的大型回轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)，對(duì)于確保這些關(guān)鍵設(shè)備的安全、高效、長(zhǎng)周期運(yùn)行，避免巨大的經(jīng)濟(jì)損失和災(zāi)難性事故的發(fā)生，具有重大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

　　1 大型回轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷技術(shù)的現(xiàn)狀

　　20世紀(jì)70年代以來，電子技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)的迅猛發(fā)展，轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)動(dòng)力特性研究的不斷深入，有力地促進(jìn)了大型回轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)的發(fā)展，使大型回轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)水平不斷提高。

　　大型回轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)振動(dòng)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)主要包括轉(zhuǎn)子振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開發(fā)、振動(dòng)信號(hào)處理和分析技術(shù)、轉(zhuǎn)子故障診斷技術(shù)等。

　　回轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)分為離線定期監(jiān)測(cè)和在線監(jiān)測(cè)兩種方式。離線定期監(jiān)測(cè)首先用磁帶記錄儀或數(shù)據(jù)采集器對(duì)轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行收集。然后送入頻譜分析儀如 CF940，SD375等進(jìn)行分析。在線監(jiān)測(cè)是不斷地對(duì)機(jī)組各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行記錄、監(jiān)測(cè)，一旦機(jī)組發(fā)生故障，可以得到機(jī)組當(dāng)時(shí)的振動(dòng)信號(hào)。國外非常注重大型回轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷設(shè)備的開發(fā)，無論是用于離線監(jiān)測(cè)和在線監(jiān)測(cè)都有比較成熟的產(chǎn)品供選用，如日本和丹麥生產(chǎn)的磁帶記錄儀，美國亞特蘭大公司的M777便攜式數(shù)據(jù)采集器，信號(hào)處理儀常見的是H P、B&K、小野公司的產(chǎn)品。在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由工業(yè)用微機(jī)系統(tǒng)和基于微機(jī)處理器的專用儀器組成，可同時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)子幾十或幾百通道的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，如美·國本特利公司生產(chǎn)的TDM和DDM系列產(chǎn)品和亞特蘭大公司生產(chǎn)的M6000系列產(chǎn)品等。國內(nèi)一些大型企業(yè)引進(jìn)了一些大型回轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀器，開闊了大家的眼界，促進(jìn)了國內(nèi)大型回轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)的開展。進(jìn)口監(jiān)測(cè)儀器的突出缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴，維護(hù)和改進(jìn)更新都很困難，因此不可能在我國**普及，針對(duì)上述缺陷，國內(nèi)一些科研機(jī)構(gòu)和高等學(xué)校利用價(jià)格低而又靈活的個(gè)人計(jì)算機(jī)開發(fā)了一些轉(zhuǎn)子監(jiān)測(cè)和診斷系統(tǒng)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)開發(fā)的“微機(jī)對(duì)機(jī)組振動(dòng)監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)MMMD一1”，西安交通大學(xué)與鎮(zhèn)海石化總廠聯(lián)合開發(fā)的“大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械計(jì)算狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)”等，這些系統(tǒng)具有很高的性能價(jià)格比，與我國企業(yè)的實(shí)際情況緊密結(jié)合，有利于在我國**，并已取得了良好的效果。以個(gè)人計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)開發(fā)大型回轉(zhuǎn)機(jī)械監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，這幾年在國際上也受到了重視。

　　大型回轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)分析的目的是提取出轉(zhuǎn)子運(yùn)行信息，有效的信號(hào)處理和運(yùn)行信息提取是完成轉(zhuǎn)子狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷的關(guān)鍵。目前，振動(dòng)信號(hào)處理方法很多，如倒頻譜分析、雙譜分析、主分量自回歸譜分析、Wigner分布、ANC技術(shù)。但是，對(duì)于大型回轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)處理和故障診斷來說，目前，主要利用FFT譜分析對(duì)轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行處理，提取轉(zhuǎn)子運(yùn)行狀態(tài)變化和轉(zhuǎn)子故障信息，實(shí)現(xiàn)大型回轉(zhuǎn)機(jī)械的故障診斷和運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，F(xiàn)FT譜是最有效和直觀的分析方法。與FFT譜相結(jié)合的時(shí)域分析方法有軸心軌跡、時(shí)域波形分析和用于大型回轉(zhuǎn)機(jī)械啟停信號(hào)分析的瀑布圖、Bode圖、Nyquist圖。為了更好地提取轉(zhuǎn)子運(yùn)行信息，基于FFT譜分析，R.B．Randall，提出了譜的趨勢(shì)分析；Brian R.Humes將一倍頻和二倍頻的幅值和相位相結(jié)合繪制在極坐標(biāo)圖上，建立了矢量監(jiān)測(cè)圖(Vector Moni-toring Pitlpoints)，監(jiān)測(cè)工作轉(zhuǎn)速下一倍頻響應(yīng)向量和二倍頻相應(yīng)向量的變化，來發(fā)現(xiàn)回轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)的變化；I.Iman提出了Histogram信號(hào)分析技術(shù)(Histo-gram Signature　Analysis Techlnique)，將正常運(yùn)行狀態(tài)下的轉(zhuǎn)子振動(dòng)時(shí)域波形與故障狀態(tài)下轉(zhuǎn)子振動(dòng)時(shí)域波形相減，然后求FFT譜，這樣FFT譜主要反映了故障引起的轉(zhuǎn)子振動(dòng)信息。如何正確而全面地提取轉(zhuǎn)子振動(dòng)信息是當(dāng)前轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)處理和分析的關(guān)鍵問題。

　　轉(zhuǎn)子運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和振動(dòng)信息提取是為轉(zhuǎn)子故障診斷作準(zhǔn)備，轉(zhuǎn)子振動(dòng)信息是轉(zhuǎn)子故障診斷的依據(jù)。然而，僅僅靠轉(zhuǎn)子振動(dòng)信息是不可能完成轉(zhuǎn)子故障診斷的，必須將實(shí)測(cè)振動(dòng)信息與轉(zhuǎn)子典型故障在振動(dòng)信息中的反映相聯(lián)系。也就是說。首先必須通過理論分析和實(shí)驗(yàn)研究掌握轉(zhuǎn)子典型故障的振動(dòng)特征。在這方面，國內(nèi)外學(xué)者己經(jīng)進(jìn)行了大量的研究，這些研究成果也已成功地應(yīng)用于實(shí)際轉(zhuǎn)子故障診斷中。但主要是利用FFT譜分析和軸心軟跡來反映這些典型故障的振動(dòng)特征，振動(dòng)特征以譜峰的變化和存在來表示，與前述用FFT譜分析提取轉(zhuǎn)子實(shí)際振動(dòng)信息有同樣的不足之處，因此，不可能全面地反映出轉(zhuǎn)子典型故障的振動(dòng)特征。許多轉(zhuǎn)子故障在頻譜圖上具有相同的特征，不對(duì)中與轉(zhuǎn)子表面橫向裂紋都引起二倍頻振動(dòng)分量的出現(xiàn)，矢量不平衡與質(zhì)量不平衡都通過一倍頻反映出來：油膜渦動(dòng)、喘振、旋轉(zhuǎn)脫離都引起轉(zhuǎn)子亞同步振動(dòng)等等。因此，要有效地區(qū)別轉(zhuǎn)子故障必須研究新的轉(zhuǎn)子振動(dòng)特征提取方法和表示方式，按照新的特征提取方法從理論上和應(yīng)用上進(jìn)一步深入研究轉(zhuǎn)子典型故障的振動(dòng)特征。

　　大型回轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)是一門應(yīng)用技術(shù)，提高大型回轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷的準(zhǔn)確性，不僅僅是要提高監(jiān)測(cè)診斷的方法、速度、范圍，還要充分借鑒已出現(xiàn)的故障的識(shí)別、判斷和解決問題的經(jīng)驗(yàn)，也就是說一個(gè)很重要的工作是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)大型回轉(zhuǎn)機(jī)械故障實(shí)例的收集和分析。大型回轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生原因非常復(fù)雜，并不是所有故障都可以像不平衡或裂紋等建立力學(xué)模型進(jìn)行分析研究，就是不對(duì)中這一轉(zhuǎn)子振動(dòng)的主要影響因素和典型故障也難建立起一個(gè)令人滿意的力學(xué)模型，有些轉(zhuǎn)子振動(dòng)現(xiàn)象機(jī)理也不很清楚，更不要說建立力學(xué)模型進(jìn)行分析研究，要診斷這一類轉(zhuǎn)子故障只有靠對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例的收集、歸納、整理，得到有益的結(jié)論，作為以后發(fā)生類似故障和同類回轉(zhuǎn)機(jī)械類似故障的借鑒，從而提高故障診斷的效率和準(zhǔn)確率。在大型回轉(zhuǎn)機(jī)械故障實(shí)例收集、整理方面人們已經(jīng)進(jìn)行了不少的努力，但仍然需要進(jìn)一步深入和積累。要很好地完成大型回轉(zhuǎn)機(jī)械的故障診斷，就必須對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)本身的固有振動(dòng)特性有充分的研究，將實(shí)測(cè)振動(dòng)信息與轉(zhuǎn)子的固有振動(dòng)特性相結(jié)合。近幾年來，人們也認(rèn)識(shí)到兩者聯(lián)系對(duì)大型回轉(zhuǎn)機(jī)械準(zhǔn)確的故障診斷的重要性，并開始了這一方面的研究，M.S.Hundal認(rèn)為是今后十年內(nèi)機(jī)械故障診斷的主要研究方向。目前，就如何利用和表達(dá)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)本身的固有特性來為轉(zhuǎn)子故障診斷服務(wù)還待于進(jìn)一步探索。

　　機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)是一門涉及到機(jī)械學(xué)、摩擦學(xué)、熱工學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息科學(xué)、測(cè)試技術(shù)、信號(hào)處理和模式識(shí)別技術(shù)的跨學(xué)科的綜合-性技術(shù)。作為一門應(yīng)用科學(xué)，有許多前沿技術(shù)滲透進(jìn)來：尤其是

　　專家系統(tǒng)近幾年來在這一領(lǐng)域發(fā)展迅速。已經(jīng)有一些大型回轉(zhuǎn)機(jī)械診斷專家系統(tǒng)建立和應(yīng)用是機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)一個(gè)新的值得重視的研究領(lǐng)域�；剞D(zhuǎn)機(jī)械無論是機(jī)組本身還是運(yùn)行環(huán)境都非常復(fù)雜，同樣的振動(dòng)對(duì)有些機(jī)組是故障而對(duì)另一些機(jī)組則運(yùn)行正常，某化肥廠合成氣壓縮機(jī)主軸承處轉(zhuǎn)子振動(dòng)的幅值譜和二氧化碳?jí)嚎s機(jī)高壓缸轉(zhuǎn)子主軸承處轉(zhuǎn)子振動(dòng)的幅值譜都具有半頻振動(dòng)分量，但對(duì)于二氧化碳?jí)嚎s機(jī)是故障并導(dǎo)致了機(jī)組停車，而對(duì)于合成氣壓縮機(jī)則運(yùn)行正常，如前所述，轉(zhuǎn)子許多典型故降表現(xiàn)為同樣的振動(dòng)特征，很難區(qū)別故障的性質(zhì)。這就使不少單位在研制大型回轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷專家系統(tǒng)時(shí)�？嘤诮�(jīng)驗(yàn)、知識(shí)和數(shù)據(jù)的不足。因此，建立大型回轉(zhuǎn)機(jī)械監(jiān)測(cè)和診斷專家系統(tǒng)必須首先對(duì)所監(jiān)測(cè)的大型回轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)信息全面而透徹了解，對(duì)典型故障特征深入研究和實(shí)際故障振動(dòng)實(shí)例的充分積累基礎(chǔ)之上。否則，所建立的專家系統(tǒng)很難在實(shí)際中應(yīng)用，產(chǎn)生許多疑義和爭(zhēng)論。

　　先進(jìn)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)故障的早期識(shí)別，避免惡性事故的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的預(yù)制維修，為企業(yè)創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益。近二十年來，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)大型回轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)診斷技術(shù)進(jìn)行了大量的研究，許多研究成果已經(jīng)應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際，取得了可喜的效果。但當(dāng)前大型回轉(zhuǎn)機(jī)械監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的核心問題仍然是如何全面地掌握機(jī)組運(yùn)行信息，尋找更加有效和直觀的轉(zhuǎn)子振動(dòng)信息提取方法和表達(dá)方式。通過理論分析和不斷積累實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合。全面而透徹地了解大型回轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)，達(dá)到區(qū)別各種轉(zhuǎn)子典型故障以及確定故障發(fā)生的位置、程度等，進(jìn)一步提高大型回轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷的準(zhǔn)確性。