旋转机械状态监测及预测技术的发展与研究

电力18讯：    旋转机械是工业上应用最广泛的机械，为了对其 进行安全生产和实行科学维护，需要研究旋转机械在线监测及预测技术。采用 了综述该技术发展趋势与介绍该技术研究工作相结合的方法。在大型机组上施 行的实践验证结果表明：所研究的技术是有效的，分析手段是适用的。

关键词　旋转机械；工作状态；监测及预测
　　
0　引言

旋转机械状态监测技术，是近年来研究的热门课题，这里着重考虑的是避免设备的随机性故 障。自动在线监测方式与定期监测方式、在线检测离线分析监测方式相比技术水平先进，既 避免设备突发性故障又无需专业人员现场操作。旋转机械状态在线预测技术，是研究的新 兴课题之一，这里着重考虑的是预测设备的时间依存性故障和改变设备的维护方式。该技术 是在状态监测及故障分析基础上发展起来的，是实现以先进的预知维护取代以时间为基础的 预防性维护的关键技术。本课题着重研究的是设备状态在线监测及趋势预测的方法。

1　旋转机械状态监测技术的发展

1.1　旋转机械状态监测技术的发展历程
旋转机械是工业上应用最广泛的机械。许多大型旋转机械，如：离心泵、电动机、发动机、 发电机、压缩机、汽轮机、轧钢机等，还是石化、电力、冶金、煤炭、核能等行业中的关键设备。 本世纪以来，随着机械工业的迅速发展，现代机械工程中的机械设备朝着轻型化、大型化、 重载化和高度自动化等方向发展。出现了大量的强度、结构、振动、噪声、可靠性，以及材 料与工艺等问题，设备损坏事件时有发生，国内外大型汽轮机严重事故是其典型实例。

大型旋转机械状态监测技术研究是国家重点的攻关项目，目的是提高大型旋转机械的 产品质量，减少突发性事故，避免重大经济损失。50年代，各种类型和性能的传感器和测振 仪相继研制成功，并开始应用于科学研究和工程实际。六七十年代，数字电路、电子计算机 技术的发展、“信号数字分析处理技术”的形成，推动 了振动检测技术在机械设备上的应用。70年代至80年代，机械设备的状态监测与故障诊断 技术在许多发达国家开始研究。随着电子计算机技术、现代测试技术、信号处理技术、信号 识别技术与故障诊断技术等现代科学技术发展，机械设备的监测研究跨入系统化的阶段，并 把实验室的研究成果逐步推广到核能设备、动力设备以及其它各种大型的成套机械设备中去， 进入了蓬勃发展的阶段。例如：日本三菱公司的“旋转机械健康管理系统”（machinery health monitoring，简称MHM），美国西屋公司的“可移动诊断中心”（mobile diagnosi s center，简称MDC），丹麦B＆K公司的2500型振动监测系统等，都具备了机组 信号数据的采集、分析、计算、显示、打印、绘图等功能，并配有专项诊断软件。先进的状 态监测系统把体现机械动态特性的振动、噪声作为主要监测和分析的内容。由 于振动、噪声是快速的随机性信号, 不仅对测试系统要求高，而且在分析中要进行大量的数 据处理， 国内外在80年代用小型计算机或专用数字信号处理机做为主机完成机械动态特性 的数据处理（如:HP5451C）, 该类主机不仅价格昂贵（一般价格为数十万元）而且对工作环 境要求苛刻（需要专用机房），因而通常采用离线监测与分析的方式。

90年代以来，高档微机不断更新且价格迅速下降，适合数字信号处理的计算方法不断优化， 使数据处理速度大为提高，为在工业现场直接应用状态监测技术创造了条件。丹麦、美国、 德国、日本等发达国家的专家学者对旋转机械工作状态监测技术进行了深入研究，研制出不 同系统。该类系统以丹麦 B&K公司的2520型振动监测系统、美国BENTLY 公司的3300 系列振动监测系统、美国亚特兰大公司的M6000系统为代表已经达到较高的水平 。在功能上比较典型的系统之一是丹麦B&K公司的2520型振动监测系统(vibrati on monitor-type 2520)，主要功能有：自动谱比较并进行故障预警报警；对6％和23％恒百 分比带宽谱进行速度补偿；幅值增长趋势图显示； 三维谱图显示；振动总均方根值（振动 烈度）计算；支持局域网。美国IRD公司的IQ2000系统可认为是至今为止有报道的功能最齐 全的监测与诊断系统。

我国在工业部门中开展状态监测技术研究的工作起步于1986年，在此之前从国外引进的大型 机组，一般都购置了监测系统。而在自行研制的国产设备上，若选用国外的监测系统，由于 价格异常昂贵而难以接受。80年代中后期以来，我国有关研究院所、高等院校和企业开始自 行或合作研究旋转机械状态监测技术，无论在理论研究、测试技术和仪器研制方面，都取得 了成果，并开发出相应的旋转机械状态监测系统。如：西安交通大学、浙江大学、北京理工 大学、北京机械工业学院等。

国内主要有几种类型：a.哈尔滨工业大学等单位联合研制的3MD-Ⅰ、3MD-Ⅱ、3MD-Ⅲ系统 ；b.西安交通大学机械监测与诊断研究室的RMMDS系统；c.西安交通大学润滑理论及轴承研 究室的RB20-1系统；d.郑州工学院的RMMDS系统；e.重