转子的故障诊断系统研究.docx

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转子的故障诊断系统研究

摘要

现代机械设备发展的一个明显的趋势是向大型化、高速化、连续化和自动化的方向发展。

由此而导致设备的功能越来越多，性能指标越来越高，组成和结构越来越复杂，同时对设备管理与维修人员的素质要求也越来越高。

保证高效、安全生产，减少设备特别是重要设备因故障引起的停机时间，是企业提高经济效益和社会效益的前提，而设备状态监测与故障诊断技术将为此提供一个有效的解决途径。

在机械学领域内，机械故障诊断技术可谓是一项富有活力的新技术。

近三十年来，随着微电子技术，计算机技术以及由此而引发的信息技术革命向古老传统机械科学领域的渗透，机械故障诊断技术应运而生。

近年来，工业界、学术界对现代机械故障诊断技术认识的深化与日俱增。

本论文以转子为主要研究对象，对其振动监测及故障诊断的技术进行了分析研究。

根据故障诊断的基本工作原理，基于MATLAB系统对转子系统产生的振动信号进行采集、存取并进行时频域分析。

在此基础上更利于旋转机械故障的诊断与处理从而减少机械故障给生产带来的损失

关键词：

转子；旋转机械；故障诊断；MATLAB

Abstract

Thedevelopmentofmodernmachineryandequipmentisacleartrendisthelarge-scale,high-speed,continuousandautomaticdirection.Thuscausethedevicetomoreandmorefunctions,moreandmorehighperformance,compositionandstructureofmorecomplex,whiletheequipmentmanagementandmaintenancestaff,thequalityrequirementsarealsoncreasing.Ensuretheefficientandsafeproduction,itisimportanttoreducetheequipment,particularlyequipmentdowntimecausedbyfailures,economicandsocialbenefitsofenterprisetoimprovethepremise,andequipmentconditionmonitoringandfaultdiagnosistechnologywouldprovideaneffectivesolution.

Inthefieldofmechanics,machinefaultdiagnosistechniquescanbedescribedasadynamicnewtechnology.Pastthreedecades,withthemicro-electronicstechnology,computertechnology,andthustriggeredtheancienttraditionoftheinformationtechnologyrevolutiontothepenetrationofmechanicalscience,mechanicalfaultdiagnosistechnologycameintobeing.Inrecentyears,theindustrialsector,academia,faultdiagnosistechnologyofmodernmachineryanddeepenstheunderstandinggrowing.

Inthisthesis,therotorasthemainresearchobject,itsvibrationmonitoringandfaultdiagnosistechniquesareanalyzed.FaultdiagnosisbasedonthebasicworkingprincipleoftherotorsystembasedonMATLABsystemvibrationsignalsgeneratedbyacquisition,accessandthetimeandfrequencydomainanalysis.Onthisbasis,moreconducivetorotatingmachineryfaultdiagnosisandtreatmenttherebyreducingmechanicalfailurecausedthelosstotheproduction.

KeyWords:

rotor,rotatingmachinery,faultdiagnosis,MATLAB

目　　录

摘　　要I

AbstractI

1绪论1

1.1课题的研究背景和研究意义1

1.2机械设备诊断技术的意义2

1.3机械设备故障诊断的基本方法4

1.4转子诊断技术与应用现状5

1.5转子故障诊断技术的发展方向7

1.6本课题主要研究内容7

本章小结8

2旋转机械典型故障的研究与诊断实例-9-

2.1旋转机械的典型故障原因及特征分析-9-

2.1.1转子不平衡（失衡）-9-

2.1.2转子不对中-12-

2.1.3基座或装配松动-14-

2.1.4油膜涡动及油膜振荡-14-

2.1.5旋转失速和喘振-14-

2.2电动机转子系统振动监测及故障诊断的技术研究-14-

本章小结-16-

3转子的故障信号分析处理17

3.1信号的频域分析方法17

3.2转子故障的判断标准21

3.2.1按轴承振幅的评定标准22

3.2.2按轴承烈度的评定标准23

3.2.3按轴振幅的评定标准25

3.2.4其他有关标准26

4故障诊断系统总体设计-29-

4.1Matlab软件简介-29-

4.2转子故障诊断系统总体设计-31-

4.2.1系统界面子系统-31-

4.2.2数据加载子系统-32-

4.2.3时域分析子系统-32-

4.2.4频域分析子系统-33-

4.2.5打印子系统-35-

5结论36

致谢37

参考文献38

1绪论

1.1课题的研究背景和研究意义

航空发动机、汽轮机、压缩机、风机、水泵等旋转机械，在国防、能源、电力、交通、机械和化工等领域中广泛应用并发挥着重要作用。

长期以来，人们高度重视对旋转机械动力学问题的深入研究。

转子系统是旋转机械的重要组成部分，旋转机械转子系统的动力学特性决定着旋转机械的工作性能和结构安全。

以航空发动机为代表的复杂而重要的旋转机械，会有许多因素特别是故障因素造成强烈振动，转子系统产生故障时，往往会导致严重的振动问题，甚至导致机毁人亡的重大事故。

因此，研究带故障的转子系统的动力学问题、故障转子系统的振动分析理论与方法、故障转子系统的诊断方法，不仅具有重要的学术价值，而且对国民经济以及国家安全都有着十分重要的现实意义。

人们在转子系统动力学、故障转子系统振动分析、转子系统故障诊断等方面开展了大量的卓有成效的研究工作，取得了许多重要的成果，并在工程实际中加以应用，带来了明显的经济和社会效益。

但是，理论研究和工程实际都对现有转子系统动力学的理论和方法提出越来越高的要求。

转子广泛存在于如汽轮机、燃汽轮机、发电机、电动机、离心压缩机、水轮机、航空发动机等机械设备中是大型石油、化工、电力冶金等机械设备的核心设部件，对其进行状态监测与故障诊断是满足国民生产需要的重要研究课题。

通过对转子监测、分析与诊断，可以掌握转子的运行状况，为转子的稳定、安全、长周期运行提供科学的依据。

在机械学领域内，机械故障诊断技术可谓是一项富有活力的新技术。

近三十年来，随着微电子技术，计算机技术以及由此而引发的信息技术革命向古老传统机械科学领域的渗透，机械故障诊断技术应运而生。

近年来，工业界、学术界对现代机械故障诊断技术认识的深化与日俱增。

尽管机械故障诊断技术与经典的机械学都是以机械系统作为研究对象，但两者的研究方式却有着明显的差异。

传统机械学的主要理论基础和研究工具是力学，其研究方法的形式和内容以力学形态为主。

而机械故障诊断技术则更多地表现出信息科学和人工智能科学的色彩，它又是信号处理与模式识别技术在机械科学中的应用与延拓。

传统机械学通过力学建模来研究机械系统的运动规律，而故障诊断技术则是根据系统运动产生的各种信息，对系统状态或零部件缺陷进行识别与判断[3]。

信息的获取、提炼、融合与识别构成了机械故障诊断的主要形式和内容。

显然，故障诊断技术对传统力学研究问题的思路有了新的拓展。

在故障诊断技术中，振动监测与诊断是主要手段之一，利用振动信号对故障进行诊断是设备故障诊断方法中最有效、最常用的方法。

而在转子振动信号故障诊断过程中，故障特征信息的提取是一个比较关键而且困难的问题。

转子信号分析与数据处理是“转子在线监测与故障诊断系统”的重要组成部分，它是机械设备状态识别与故障诊断的主要技术依据。

转子的运行具有较强的周期信号的特征，即具有以工作转速为周期的特点，处理、利用好这一基本特征是系统要考虑的关键问题之一。

同时，为了方便分析、比较设备的故障，提供故障的特征信息，需要在众多的机组、轴段、轴截面、测点以及各种常态、瞬态分析功能之间建立有机联系，因此系统在数据的存储、管理等方面也需要制定符合生产实际需要的方案。

在以前只能采用定期检修的方式来进行设备维护，这样造成了很大的资源浪费，实际的效果也不好。

因此，在现代，常利用故障诊断技术对故障进行早期预报、识别，防患于未然，做到预知维修，避免“过剩维修”造成的不经济、不合理现象。

设备故障诊断技术随着科学技术的不断进步和发展，尤其是计算机技术的迅速发展和普及，它已逐渐形成了一门较为完整的新兴边缘综合工程学科。

本课题就是为了完善故障诊断技术在机械设备上的应用而提出的。

课题论文是对转子系统振动监测及故障诊断的技术进行分析研究，

1.2机械设备诊断技术的意义

随着现代科学技术在设备上的应用，现代设备的结构越来越复杂，功能越来越齐全，自动化程度也越来越高。

由于许多无法避免的因素影响，会导致设备出现各种故障，从而降低或失去预定的功能，甚至会造成严重的以至灾难性的事故。

国内外接连发生的由设备故障引起的各种空难、海难、爆炸、断裂、倒塌、毁坏、泄漏等恶性事故，造成了极大的经济损失和人员伤亡。

生产过程中经常发生的设备故障事故，也会使生产过程不能正常运行或机器设备遭受损坏而造成巨大的经济损失。

因此保证设备的安全运行，消除事故，是十分迫切的问题。

现代设备运行的安全性与可靠性取决于两个方面，一是设备设计与制造的各项技术指标的实现；二是设备安装、运行、管理、维修和诊断措施的实施。

现在设备诊断技术、修复技术和润滑技术已列为我国设备管理和维修工作的三项基础技术，成为推进设备管理现代化，保证设备安全可靠运行的重要手段。

　　故障诊断会带来重大的经济效益，这方面国内外已有许多报道：

（1）对生产单位，配置故障诊断系统能减少事故停机率，具有很高的收益／投资比。

美国帕克鲁（Perkrul）发电厂诊断技术经济效益的计算方法可供参考。

该厂装机容量为100×104kW，电费为0．015美元／（kW·h），年度值为1亿美元，事故停产损失为15万美元／天，该厂共