旋转机械轴心轨迹识别方法综述-中国水利水电科学研究院学报.pdf

第12卷 第1期 中国水利水电科学研究院学报 Vol.12 No.1 2014年3月 Journal of China Institute of Water Resources and Hydropower Research March，2014 文章编号：1672-3031（2014）01-0086-07 旋转机械轴心轨迹识别方法综述 孙慧芳，潘罗平，张 飞，曹登峰 （中国水利水电科学研究院 北京中水科水电科技开发有限公司，北京 100038） 摘要：本文从旋转机械故障机理、轴心轨迹提纯、轴心轨迹特征提取与识别三个方面对旋转机械轴心轨迹的研究 现状进行了论述，分析了目前应用较广的几种提纯和识别方法的原理以及特点。在此基础上，针对当前轴心轨迹 识别方法研究在识别内容的完善性、识别方法的局限性和对未知故障的识别能力上存在的问题进行了分析。最后 指出，旋转机械轴心轨迹识别方法在进动方向和稳定性方面应进一步研究，多种方法融合的识别研究是新的发展 趋势，信号分析技术的发展也会为轴心轨迹识别提供可靠的技术支持。 关键词：旋转机械；轴心轨迹；识别方法；故障诊断；水电机组 中图分类号：TK730.8 文献标识码：A doi：10.13244/ki.jiwhr.2014.01.015 1 研究背景 旋转机械如各种发电机组、航空航天发动机、离心式压缩机等都是国家电力系统、航空事业、 石化企业等关键部门的必要设备，一旦发生故障将会给国家和工厂带来巨大的经济损失。因此，对 旋转机械进行状态监测与故障诊断具有很重要的意义。旋转机械中的水电机组属于低速旋转机械， 其作为水电能源建设与发展的关键设备，它的安全稳定运行不仅影响到机组的效率还关乎人员生命 及机组的安全。现阶段国内外应用的水电机组状态监测集成系统已经比较成熟并在电厂得到了广泛 的应用，如华科同安TN8000、创为实S8000、中国水利水电科学研究院自主研发的HM9000以及一些 国外机组自带（瑞士Vibo-Meter系统）的监测系统等，但这些状态监测系统大多不具备故障诊断功 能，该技术尚处于摸索阶段，理论和方法的研究相对较多，工程应用相对较少。 在旋转机械的运行中，转子的正常运转决定着整个设备的工作状态，因此转子系统的故障诊断 是旋转机械故障诊断研究中的重要组成内容，目前，由于振摆信号中提取的特征量比较直观，对旋 转机械的故障诊断研究多针对其振动和摆度信号。轴心轨迹是转子振动信号中的重要组成部分，其 ［1］ 利用轴系同一截面上两路相互垂直的振动信号合成 ，它的动态特性和形状含有大量故障信息，可以 形象、直观的反映设备的运行情况。因此，轴心轨迹形状特征包含的故障特征信息可以作为轴系故 障的重要依据，如：轴系不对中轴心轨迹一般呈香蕉形或外8字，尾水涡带会引起花瓣形的轴心轨 迹、转动部件不平衡轴心轨迹为椭圆形等等。目前轴心轨迹的形状识别作为判断设备故障的重要依 据，在旋转机械（包括水电机组）的状态监测与故障诊断中得到一定应用。 2 旋转机械轴心轨迹的研究现状 传统的轴心轨迹识别基于“人机”对话的方式实现，其大多依靠技术人员的经验进行主观判断， 严重影响整个诊断系统的准确性和智能化。因此，对其正确识别进行全面深入研究很有现实意义。 通过识别轴心轨迹的形状，可以进一步分析设备振动的原因，得到故障前兆，及时采取措施防 止故障恶化。长期的理论和实践研究已经确立了典型故障模式和其转子轴心轨迹形状的对应关系， 收稿日期：2013-10-22 作者简介：孙慧芳（1988-），女，河北张北人，硕士生，主要从事水电机组在线监测和故障诊断的研究。 E-mail：sunhuifang555@126.com — 86 — 旋转机械轴心轨迹识别方法综述 孙慧芳 潘罗平 张 飞 曹登峰 几种常见的轴心轨迹图形及其故障原因见表1。 表1 常见的轴心轨迹图形及其故障原因 故障原因 轴心轨迹形状 振动主导频率 常伴