旋转机械转子不平衡故障的诊断分析

旋转机械转子不平衡故障的诊断分析
作者：马超
来源：《中国高新技术企业》2014年第15期
（湖南中烟工业有限责任公司吴忠卷烟厂，宁夏吴忠 751100）
摘要：由于转子部件的质量产生偏心或者转子部件出现了缺损，导致了转子不平衡，这是一种旋转机械中最为常见的故障。

根据相关统计显示，有一半以上的故障与转子不平衡有关，对于旋转机械的影响非常大。

文章对目前旋转机械转子不平衡的故障诊断进行了分析。

关键词：旋转机械；转子不平衡；故障诊断；弯曲故障
中图分类号：TF307文献标识码：A文章编号：1009-2374（2014）22-0051-02近年来的工业化生产中，各种设备以及机械存在着一种非常明显的趋势，功能原理越来越多样化，而且设备大型化与连续化也非常突出，因此提高了生产效率，降低了生产成本，对于设备的工艺目标可以通过较低的消耗来实现。

但是机器设备一旦发生故障就会产生非常严重的后果，有时候甚至是灾难性的后果。

目前选择机械转子不平衡故障非常常见，为了有效地保障设备的安全可靠运行，对于其中存在的故障进行诊断将是非常关键的，现代化生产中不能局限于事故后的维修，更要进行故障前的诊断，因此对于旋转机械的转子不平衡故障的研究与诊断是非常有现实意义的。

1不平衡的原因
1.1不平衡的原理
由于转子受到材料质量在分布、加工以及误差和装配技术等长期运行中产生的各种不均匀磨损和腐蚀，进而形成的质量中心与旋转中心之间存在一定的偏心距，在工作过程中转子会长期受到周期性的离心力的干扰，动荷载对于轴承产生干扰，引起机器振动这种不规律的现象。

1.2故障的特征
一般来说转子不平衡的故障引起的特征包括如下几个方面：首先，转子以及轴承由于不平衡故障会发生径向振动，转速频率在转子径向测点的频谱图上有着非常突出的峰值；其次，转速频率的告辞谐波具有很低的幅值，时域上的特征体现为波形接近于一种正炫波；再次，轴心轨迹由于转子与截面处相互垂直的俩个径点测振点之间，左右是相位差，因此成一个椭圆形或者圆形。

最后，悬管转子除外，转子一般是两端支撑的，其轴向振动一般来说并不非常明显。

1.3故障类型
对于转子不平衡的形成原因有多个方面，一般来说根据不同的类型可以进行划分，如果是不平衡产生的过程，可以分为三类，一种是原始不平衡，这类型的不平衡一般是由于转子制造出现误差以及装配、材质等方面的问题而形成的，容易在使用一开始就出现振动的情况；一种是渐发性不平衡，在运行过程中，转子会不均匀结垢，其不均匀磨损以及工艺介质对于转子的运行都会产生作用，腐蚀容易使得振动值随着运行时间的增加而不断变得剧烈；最后一种是突发性不平衡，这一类型是由于转子上零部件的脱落或者其他原因造成振动值发生很强烈的改变。

对于设备的故障进行诊断是为了使得设备可以更加稳定安全的运行，这一目标的重要性需要各个阶段加以配合才能实现，对于故障的机理应当加以了解，对于相关故障的特征进行提取，确定故障的类型，据此有针对性的提出相关解决方案，使得设备可以更加可靠地
运行。

2故障的诊断
转子的故障在旋转机械中是非常常见的，其类型也非常多，如转子不平衡、转子弯曲等，针对故障的特征，转子不平衡与转子弯曲就是非常难以区分的一组故障，转子弯曲以及转子不平衡经常被人当做同一组对待，事实上两者之间是存在差别的，转子个横截面的质心连线与其几何中心连线不重合为转子不平衡，而转子弯曲则是由于转子个截面的几何中心连线与旋转轴线不重合，两者的共同点在于转子都会发生偏心质量，进而使得转子产生振动。

2.1转子弯曲故障的机理
化工生产机组停机一定时间后，重新开启会遇到如下情况，如果振动过大有可能出现无法启动的情况，这种情况一般来说是因为发生了转子弯曲，其具有两种类型，一种是永久弯曲，另一种是临时性弯曲。

前者呈弓形而且难以恢复，而后者是可恢复的，只是转子的预负荷过大，进而使得转子热变形不均匀。

时域波形以及轴心轨迹等方面内容，转子弯曲与转子不平衡存在很大的相似性，因此需要对两者的类型特征进行确定，准确的分析故障原因，进而提出解决策略与方案，恢复设备运行。

2.2转子不平衡与弯曲故障的甄别
对于特征信号进行分析是诊断设备故障的一个非常重要的环节，对于及其敏感的测量点，检测设备对于信号进行提取，对于设备的运行情况进行了解，对于信号进行技术分析，一般来说常用两种技术，一种是频域分析，另一种是时域分析，对于设备的运行情况进行反映是后者的关键点，对于故障进行监测，对于运行趋势进行预报。

如果设备发生故障，时域分析无法准确的分析出在何处以及什么类型，需要对于信号进行深入分析，也就需要进行频谱分析，对于各个零部件之间的运动关系进行分析，大多数机械设备通过传递力与运动也就是机械能的方式
来预测故障。

传递过程中由于各个部件之间的磨擦作用导致了能量的损耗，对于机械设备的运行状态进行判断，频谱图就是对其进行分析的主要工具，对于频谱图进行正确观测，对于特征频率进行确定，也就可以判断到底属于何种故障类型。

转子弯曲与转子不平衡是存在本质区别的，虽然有很多相似之处，对于轴两端是否会产生锥形运动进行观察，对于其工频振动进行确定。

2.3解决方案
判断设备的运行状态并且预测运行趋势是设备故障诊断技术的关键，对于故障类型的确定，对于其原因进行分析进而提出故障消除策略，这是故障诊断的最终目的。

旋转机械的转子不平衡故障的原因较多，从设计、制造、安装以及操作等各个方向来考虑，对于信号进行分析与处理，首先确定故障类型，对于不同类型的故障确定不同的处理措施，如果是初始不平衡的，对于转子进行动平衡试验，对于转子松动不见进行消除与处理，如果是渐变式不平衡，应当进行除垢与恢复，使得转子保持清洁；对于突发性不平衡的，应当消除应力，防止直接破坏转子。

3结语
近年来的工业化生产中，各种设备以及机械存在着一种非常明显的趋势，功能原理越来越多样化，而且设备大型化与连续化也非常突出，因此提高了生产效率，对于生产成本也是有效的降低，对于设备的工艺目标可以通过较低的消耗来实现。

设备的故障诊断技术对于生产稳定性是非常重要的，因此准确的找出设备故障，消除转子不平衡的影响因素，在实践中不断进行总结与分析，为设备的故障诊断技术发展提供更加有力的现实经验，从而使得生产效益进一步提高。

参考文献
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作者简介：马超（1988—），男（回族），宁夏吴忠人，湖南中烟工业有限责任公司吴忠卷烟厂机械助理工程师，研究方向：烟草机械。