[发明专利]一种旋转机械工频故障的定性诊断方法

说明书

一种旋转机械工频故障的定性诊断方法，首先在转子故障响应敏感截面处相互垂直安装的两个测点同步采集多组轴振动位移信号及其对应的键相信号，然后利用二维全息差谱提取振动信号中的纯故障工频分量，最后构建工频对应的二维全息差谱瀑布图及其特征趋势图来完整描述纯故障进动轨迹特征的变化特点；本发明能直观地反映纯故障工频轨迹特征的变化规律，有效地从故障发展过程中挖掘差异化信息，实现了转子工频故障的准确定性诊断。

技术领域

本发明属于机械故障诊断技术领域，具体涉及一种旋转机械工频故障的定性诊断方法。

背景技术

转子工频故障是旋转机械中最为常见的一类振动难题，诱发该类故障的因素众多，由于这些不同类型、性质的故障所产生的转子振动响应都表现为以工频分量为主导故障分量，不同故障的响应信号之间存在着相互叠加、耦合，诊断工程师常常很难对这些故障进行准确区分。根据转子振动机理分析，导致转子出现工频故障的原因可以大致概括为两方面，一方面，转子平衡状态在机组运行过程中发生恶化，引起旋转离心激振力进一步增大；另一方面，轴承安装不良、润滑油缺陷、管道应力等问题导致转子-轴承支承系统的动态特性发生劣化。对于实际运行的机组，更为复杂的工频故障可能是以上两方面因素共同作用的结果。众所周知，设备故障的类型往往直接决定其故障维修策略与维修代价。在实际设备故障处理过程中，由于无法准确地对工频故障进行定性诊断，导致轴承支承系统故障与转子失衡故障相互混淆、或者盲目地使用现场动平衡技术来解决非转子平衡问题等现象经常发生，误诊、误修所导致的设备维修时间延长、维修成本增加的情况仍然屡见不鲜。因此，转子工频故障的准确定性诊断是实现其高效处理的基础与前提。

传统的诊断方法如FFT、STFT等虽然能够揭示故障响应信号的主要特征频率，但它们仍无法提取足够有效的故障信息以实现转子工频故障的准确定性诊断，而如何从设备运行状态相关的振动、工艺数据中挖掘更丰富的差异化诊断信息是解决该类问题的关键。针对该问题，国内外的研究人员先后提出许多新的转子故障诊断方法，包括全频谱、形状及方向指数、方向功率谱与交叉谱、全息谱等，上述研究通过融合同一轴承截面上、相互垂直安装的两个传感器采集的转子轴振动信号的幅值、频率、相位等特征信息，为改善转子工频故障诊断的准确性提供了有价值的诊断信息，但同时也存在一些不足。以上方法基本上都是以原始振动信号中总的工频分量为分析对象，它既包含了纯故障响应的工频分量，也包含了初始状态(无故障或正常状态)的工频分量，而初始工频分量的混入会淹没或干扰纯故障响应工频分量所携带的一些关键故障信息，不利于差异化信息的提取与表达。此外，现有大多数方法主要侧重于单一时刻的转子进动轨迹特征提取，忽视了这些特征随时间的变化特点所隐藏的诊断信息，适用于提取与表征这些特征变化规律的方法也同样十分匮乏。这些不利因素给转子工频故障的准确定性诊断带来了极大的困扰，严重影响了旋转机械的故障检修效率。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明目的在于提供一种旋转机械工频故障的定性诊断方法，有效地从旋转机械故障发展过程中挖掘差异化诊断信息，从而实现其转子工频故障的准确定性诊断。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种旋转机械工频故障的定性诊断方法，包括以下步骤：

1)确定转子系统故障响应敏感的轴振动位移测量截面，从故障发生的时刻开始，在故障发展过程中依次选择k个状态，k＝0,1,2,…,M，同步采集k个状态下测量截面处相互垂直安装的X、Y测点的振动波形及对应的键相信号，并对采集的振动波形完成信号键相截断，得到多组振动信号样本x_k(t)、y_k(t)；