刘英伦
中国船舶重工集团公司第七〇三研究所 黑龙江省哈尔滨市 150010
摘要：在众多行业中，旋转机械都是必不可少的设备。尤其是随着现代化科学技术的发展，我国自动化水平不断地提升，对旋转机械的应用更加依赖，其发展方向也更加明朗。应用旋转机械设备，对自动化、集中化等要求较高，并且生产系统中各个设备不是孤立运转的，而是需要密切配合，这就要求对旋转机械的运转情况进行深度剖析，避免因故障导致机械停止运转。而振动检测无疑是最直观和简便的一种方式，现从多个维度加以分析。
关键词：旋转机械；振动检测；转子；振动趋势
引言
旋转机械在工作过程中很容易受到各种因素的影响，造成机械故障的发生，这些影响因素会对旋转机械的功能造成不可挽回的损失。通过振动测试可以检查旋转机械的工作状态，但原有的平台对环境要求较高，检测结果存在着较大的差异性，因此准确性和可靠性都不太理想。现针对旋转机械振动检测展开研究，分析振动中存在的问题，提出一种新的检测软件，并对振动趋势进行简要分析，旨在对今后的工作有所帮助。
1 旋转机械振动中存在的问题
在旋转机械中，转子可以堪比人体的“心脏”，处于十分重要的地位。一般来说，一台旋转机械中必不可少的就是由转子为主要组成部分的“转子—支承系统”了。这一系统是将滚动轴承或其他同类轴承安装在非转动部件上，如果转子能正常运动，就说明这台旋转机械的工作状态是可靠的。从以往的经验来看，如果旋转机械出现振动故障，极有可能是转子出现的问题。常见的问题包括质量不平衡、因某种原因造成的转轴弯曲及变形、还有部件脱落或是不均匀气隙等，这些都会产生振动问题，进而影响旋转机械的使用。值得注意的是，不是所有振动问题都与转子有关，非转动部件也有可能造成故障。常见的非转动部件引发的振动故障包括机壳没有得到妥善固定、受热不均匀造成机壳膨胀、基础产生共振、支承或者基础材料破损等等。在一些资料中，分析80%以上旋转机械出现振动故障主要来源于三种原因。一种是转子不平衡，一种是轴线不对中，还有一种是轴承不稳定。以上三种原因并非是非转动部件引起的问题，而是脱离不开转子的影响。在振动问题出现后，与非转动部件相比较，转子的振动状态要更加敏感。由此可知，研究转子振动故障可以更加直接地了解旋转机械的状态，掌握更多有效信息，更加全面和可靠地解决旋转机械工作中出现的各种问题。
2旋转机械振动检测途径
2.1旋转机械振动系统检测软件设计
该软件分为三个模块：一是对信号进行采集和控制；二是对信号进行分析和处理；三是对信号的状态进行检测与诊断，及时发现问题。在设计上遵循简单直观的原则，更加便于查看信号的波形变化，具有可靠性和全面性的特点。
首先，在信号的采集和控制模块中，必不可少的是数据采集卡，二者能形成通讯，将采集到的数据相互传输，并存储到实时数据库中，为下一步信号的分析、处理做好充足的准备。其次，在信号分析和处理模块中，这一模块在整个软件中处于C位，是不可或缺的组成部分。该模块下又分为三个小型模块：其一是对信号进行的在线分析和处理；其二是对信号进行离线分析以及处理；其三是进行小波分析和处理。前两个小型模块主要应用到的编程为Lab VIEW，后一小型模块的编程在Lab VIEW基础上，又增加了MATLAB编程，这样对于振动信号可以得到更加完善的处理，借助两种语言优势，充分发挥小波分析功能的作用。最后，信号状态的检测和故障诊断模块采用的显示方式是模拟表盘，可以直观的显示系统运行是否正常，一旦出现故障可以在第一时间发出警报，具有实时性的特点。在对信号进行监测过程中，分别用三种颜色代表不同的结果，绿色代表安全，黄色代表超限，红色代表危险。
在故障诊断模块中，较为常用的有两种方法，一种是统计识别方法，一种是模糊识别方法。而在统计识别方法中，又包含三种门限比较法：一是累加法；二是逐项比较法；三是综合法。模糊关系矩阵是在模糊识别法中经常用到的，其原理来源于旋转机械中经常发生的故障，根据其机理以及特征加以进一步确定。
2.2旋转机械振动系统的运行
诊断故障主要分为以下几个步骤：第一步是将特征参数提取出来；第二步是对参数隶属度加以准确计算；第三步是采取最大最小法将最终的隶属度向量计算出来并设定，最后得到诊断结果。检测结果如果超出设定的隶属度，就说明存在故障。以振动信号故障为例，通过这一系列操作，得到压气机的转子推力轴承损坏的结论，既明确了故障部位，又得到了故障产生的根源，可以说诊断效果是十分显著的。当干燥过滤器口源源不断有制冷剂排出后，再从修理阀将高压干燥氮气注入至冷凝器中，观察一段时间，检查是否有污物和水分排出，如果没有则可以停止将干燥氮气继续加入，以起到将水分和冷冻油从冷凝器中抽出的作用。使用焊条将冷凝器口、回气管口和压缩机连接上，用干燥过滤器检查检漏是否有气泡排出，如果没有就将氮气放掉，将上述操作循环，防止泄漏。最后再将系统中的真空抽离，将制冷剂钢瓶接上并充注气体制冷剂，检查是否有堵塞情况，如果一切正常就可以正常封口完成操作。
2.3重视振动趋势的基础性
之所以要对振动趋势进行分析，是因为可以运用分析结果对旋转机械的状态加以判断。一台机器能否正常工作，完全可以通过分析结果得到答案。一旦机械出现恶化的情况，振动趋势可以第一时间显示出来。如果旋转机械的振动始终处在某一振级，那么很有可能机械存在一定的缺陷。如果振级始终保持在稳定的状态下，并且持续很长一段时间，就说明旋转机械并没有出现过重大故障。反之，振级在一段时间内发生频繁地变动，那么很有可能是机械状态出现恶化的前兆，此时应该详细检查机械运行状态。
以转动体的不平衡为例，其影响是轴承产生的力变大，超出轴承的承载范围，轴承的磨损情况变得严重，进而缩短其使用寿命，振级也会随着时间变化不断增加。以日或星期为周期，定时检查旋转机械的振动情况，可以更为直接的了解机械状态。在趋势图中的数据如果相对平缓，那么就说明一切正常。而且有些情况下，振动水平在低于警报值的前提下，仍保持在较高的水平，相对变化却不大，这种也是正常的机械工作状态。经过一段时间的观察，机械的振动趋势在缓慢增加，将已检测数据拟合在一起，并且将其进一步延伸，就可以预估到报警值到达的时间，以便做好充足的准备维修工作。与此同时，短时间内振动水平如果发生增大或减小的趋势，旋转机械应该立即停止工作进行检查，这种情况很有可能是机械出现了比较严重的故障。通过对振动趋势进行分析，不单单可以通过总振动量，还可以通过某一阶段的分量，或者对某一窄带频段内的分量加以分析，如果是对滚动轴承的趋势分析，峭度也是比较常用的分析依据。在一段时间内收集到大量振动数据，以此为基础对振动趋势进行分析，有助于对机械状态进行更加准确地判断，不但可以判断现阶段的状态，而且还会对未来的运行趋势有很大的帮助。
结语
通过深度剖析旋转机械振动检测中存在的一些问题，提出了一种基于振动趋势分析而设计出来的系统软件，简述其运作原理，并且对振动趋势展开了进一步分析，以便可以在今后的工作中让机械的使用安全性和稳定性得到有效强化。随着我国对振动检测技术的进一步研究，相信这方面的理论基础会更加扎实，从而对各行业发展也将起到宝贵的支持作用。
参考文献
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