小波变换在旋转机械动静碰摩故障诊断中的应用综述与展望

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1、http://www.paper.edu.cn小波变换在旋转机械动静碰摩故障诊断中的应用综述与展望王翔东南大学振动控制与信息系统研究所，江苏南京(210096)E-mail:seuwx@163.com摘要：小波变换在故障诊断的各个领域已经广泛应用，本文首先综述了汽轮机组动静碰摩的振动特征和诊断方法；小波分析应用于机械故障振动信号分析的优越性及其应用的进展和特点，介绍了小波变换技术在旋转机械动静碰摩故障诊断的理论研究和实际应用，最后提出小波分析应用于故障诊断存在的问题以及对其应用前景的展望。关键词：小波变换；旋转机械；动静碰

2、摩；故障诊断1.引言电力工业中的汽轮发电机组向着高参数、高性能、高效率发展，汽轮发电机组转动部件与静止部件的碰摩是运行中常见故障。随着大型机组对效率要求的提高，动静间隙变小，碰摩故障发生的可能性增加。当前，国内机组碰摩故障的发生率仅低于质量不平衡，成为现场大型机组的第二大振动故障。碰摩发生时，不仅会影响系统的正常运行，而且碰摩严重时会导致断轴等恶性事故的发生，造成重大的经济损失。因此，碰摩的准确分析诊断对有效提高机组运行的安全性和经济性，防止重大事故发生，有重要技术价值。2.汽轮机组动静碰摩的振动特征汽轮机组动静碰摩故障通

3、常表现为其它故障的间接结果，转子质量不平衡、转子热弯曲、转子不对中、动静间隙不足、缸体跑偏、弯曲或变形以及缸体膨胀不扬等原因都可能引发动静碰摩。动静碰摩可区分为轴向碰摩和径向碰摩，径向碰摩又可分为部分碰摩和全周碰摩两种情况。碰摩的振动信号频谱复杂，即既有丰富的低频成分又有丰富的高频成分。碰摩出现时，振动波形会发生变化，并产生附加的频率分量，随着碰摩程度的发展，严重的碰摩能产生明显的谐波分量，碰摩越严重时，频谱中的谐波分量越丰富。转子动静碰摩是非常复杂的动力学行为，它是转子系统失效的一个重要原因。碰摩使转子产生多元性动力行为

4、，轻者使得机组出现强烈振动，严重的可以造成转轴永久弯曲，甚至整个轴系毁坏断裂。鉴于其危害的严重性，发生的频繁性，国内外许多学者对转子动静碰摩做了大[1,2,3]量的研究工作。国外文献包括：Ehrich对Jeffcott转子转轴与轴承座之间的碰摩进行了系列研究，讨论了转子碰摩的稳定性；并根据实验清晰阐明了由于转子碰摩而产生的非线性运动；Ehrich还用双线性振子来模拟转子与定子之间存在非对称径向间隙产生局部碰摩的过程，用数[4,5]值的方法研究了转子在不平衡激发下的次谐波、超谐波及混沌响应；Choy等人研究了利用1http:

5、//www.paper.edu.cn傅氏级数分解说明了碰摩发生时不同谐波振动成分的来源；分析了双质体碰磨转子在各种参数组合下的瞬态特性，用碰磨力的时间历程、系统能量变化、磨擦力变化过程及逆向涡动等指标，重点分析了碰磨力、支撑刚度、摩擦系数、系统阻尼和不平衡量对碰磨过程的影响；Goldman[6,7]和Muszynska研究了转子与静子摩擦和碰撞的过程，把描述碰摩区间的参数与整个转子的参数相关联，同时对径向和切向冲击进行了研究；还研究了碰摩和系统刚度对转子振动形态的影[8]响。国内研究有：文献等研究了油膜轴承支承的转子与静子

6、的碰摩情形，结果发现该系统会[9]发生多种周期、拟周期和混沌振动，同时发现了典型的碰擦分岔现象。文献利用数值积分方法对转子碰摩严重时的振动特征进行了初步的分析,但对碰摩产生的机理还没有进行深入分析；[10][11]文献对旋转机械动静碰摩的机理作了一定的研究；文献通过对转子局部碰摩故障的规律分析，介绍了碰摩故障的模糊诊断、灰色关联诊断及神经网络模型诊断的方法，并提出了一种新的转子碰摩故障模拟试验系统。国内外从理论和实验室对转子碰摩已做过相当多的研究，其结果可作为诊断的参考依据。但这些研究结论和现场实际情况还有距离，因为碰摩现

7、象十分复杂，不同部位、不同程度的碰摩具有不同的振动特征，这些特征又对应着许多其它故障。有相当一部分现场案例说明，碰摩的诊断比质量不平衡要困难得多，这也是为什么至今现场对碰摩诊断还没有一个行之有效方法[12]的原因所在。陆颂元结合工程实际对碰摩振动信号的主要特征进行了大量研究，并根据对大型机组碰摩现场诊断处理的经验，提出了大型机组碰摩故障的现场应急处理措施和方法，给出了现场对碰摩诊断的主要关键判据，为现场碰摩故障的准确分析、诊断提供借鉴和参考。（1）在固定转速下，振幅随时间逐渐增大或逐渐减小，变化的分量主要是一倍频成分；相位

8、可能同时缓慢增加，也可能基本不变；（2）振幅、相位出现变化的时刻应该滞后于运行工况的变化；（3）非严重碰摩不会出现倍频分量增大的现象，无法从频谱图上获得决定性判据；严重碰摩时在低频和倍频分量都应该有较明显的反映；（4）动静碰摩可以发生的工况：定速暖机（包括临界转速前后）、升速过程、带负荷过程；变转速下不