多支承转子轴承系统故障诊断的信息融合技术

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1、多支承转子轴承系统故障诊断的信息融合技术引言多支承转子轴承系统是在旋转机械中最常用的一种支承系统，它被广泛应用于发电、煤炭、化工及机械行业。随着国民经济的高速发展，对这种系统的故障诊断技术的要求也越来越高。但是，多支承转子轴承系统是一个极其复杂的非线性系统，对它运行状态和影响因素非常多国，人们难以寻找它的故障原因与某一个因素之间的耦合关系。不过，随着计算机技术的发展，传感技术也取得了长足的进步。于是，国内外都在探寻利用多种传感器获取的多路信息，借助新型的故障诊断技术理论，对诸如振动信号、位移信号、速度及加速度信号进行融合，以此来寻找系统故障产生的原因，并最终取

2、得解决故障使设备正常运行。我在这次的工程实践中跟随太原理工大学的梁义维老师进行了这方面的相关研究，并对信息融合技术在该研究课题中的实际应用有了深刻的认识。一大型回转机械故障诊断的现状和发展趋势随着现代化大工业的迅猛发展，石化、电力、航空、冶金、能源和工程机械等行业中广泛应用的各类大型回转机械如离心压缩机、汽轮发电机、风机、水轮机和燃气轮机,日益向大型化、高速化、自动化、长周期连续运行方向发展。上述各类回转机械的正常运行，不仅能为国家创造巨大的物质财富，而且还产生了巨大的社会效益。由于设备质量缺陷、维护不当以及运行操作失误引起的各类故障都会影响到回转机械的稳定运

3、行，威胁到生产的安全，甚至会造成设备停机、流程中断，造成严重的经济损失。据统计，1992-1993年，国内17套尿素装置故障停车共计549次，停车957天，相当于3套尿素装置的生产能力放空一年，最多的一套装置共停车67 次，共计110天，直接经济损失数亿元。1995年酒泉钢铁公司的发电机组由于多次强行启动，造成转子弯曲过大而报废，给酒缸和嘉峪关市造成了近亿元的经济损失。因此研制和开发先进的大型回转机械状态监测和故障诊断系统，对于确保这些关键设备的安全、高效、长周期运行，避免巨大的经济损失和灾难性事故的发生，具有重大的经济价值。20世纪70年代以来，电子技术和信

4、号处理技术的迅猛发展，转子-轴承系统动力特性研究的不断深入，有力地促进了大型回转机械状态监测和故障诊断技术的发展，使大型回转机械状态监测和故障诊断技术水平不断提高。　　大型回转机械状态振动监测和故障诊断技术主要包括转子振动监测系统开发、振动信号处理和分析技术、转子故障诊断技术等。　　回转机械状态监测分为离线定期监测和在线监测两种方式。离线定期监测首先用磁带记录仪或数据采集器对转子振动信号进行收集，然后送入频谱分析仪进行分析。在线监测是不断地对机组各测点的振动信号进行记录、监测，一旦机组发生故障，可以得到机组当时的振动信号。国外非常注重大型回转机械状态监测和故障

5、诊断设备的开发，无论是用于离线监测和在线监测都有比较成熟的产品供选用，如日本和丹麦生产的磁带记录仪，美国亚特兰大公司的M777便携式数据采集器，信号处理仪常见的是HP、B&K、小野公司的产品。在线监测系统主要由工业用微机系统和基于微机处理器的专用仪器组成，可同时对转子几十或几百通道的振动信号进行实时监测，如美国本特利公司生产的TDM和DDM系列产品和亚特兰大公司生产的M6000系列产品等。国内一些大型企业引进了一些大型回转机械状态监测仪器，开阔了大家的眼界，促进了国内大型回转机械状态监测和故障诊断技术的开展。进口监测仪器的突出缺点是价格昂贵，维护和改进更新都很

6、困难，针对上述缺陷，国内一些科研机构和高等学校利用价格低而又灵活的个人计算机开发了一些转子监测和诊断系统。哈尔滨工业大学开发的“微机对机组振动监测和故障诊断系统”，西安交通大学与镇海石化总厂联合开发的“大型旋转机械计算状态监测及故障诊断系统”，北京东方振动与噪声研究所研制的“DASP智能信号处理与分析系统”等，这些系统具有很高的性能价格比，与我国企业的实际情况紧密结合，有利于在我国推广，并已取得了良好的效果。以个人计算机为基础开发大型回转机械监测系统，这几年在国际上也受到了重视。转子运行状态监测和振动信息提取是为转子故障诊断作准备，转子振动信息是转子故障诊断的

7、依据。然而，仅仅靠转子振动信息是不可能完成转子故障诊断的，必须将实测振动信息与转子典型故障在振动信息中的反映相联系。也就是说，首先必须通过理论分析和实验研究掌握转子典型故障的振动特征。在这方面，国内外学者己经进行了大量的研究，这些研究成果也已成功地应用于实际转子故障诊断中。但主要是利用FFT谱分析和轴心软迹来反映这些典型故障的振动特征，振动特征以谱峰的变化和存在来表示，与前述用FFT谱分析提取转子实际振动信息有同样的不足之处，因此，不可能全面地反映出转子典型故障的振动特征。许多转子故障在频谱图上具有相同的特征，不对中与转子表面横向裂纹都引起二倍频振动分量的出现

8、，矢量不平衡与质量不平衡都通过一倍频反