隨著現(xiàn)代化大工業(yè)的迅猛發(fā)展，石化、電力、航空、冶金、能源和工程機(jī)械等行業(yè)中廣泛應(yīng)用的各類(lèi)大型回轉(zhuǎn)機(jī)械如離心壓縮機(jī)、汽輪發(fā)電機(jī)、風(fēng)機(jī)、水輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)，日益向大型化、高速化、自動(dòng)化、長(zhǎng)周期連續(xù)運(yùn)行方向發(fā)展。上述各類(lèi)回轉(zhuǎn)機(jī)械的正常運(yùn)行，不僅能為國(guó)家創(chuàng)造巨大的物質(zhì)財(cái)富，而且還產(chǎn)生了巨大的社會(huì)效益。
　　由于設(shè)備質(zhì)量缺陷、維護(hù)不當(dāng)以及運(yùn)行操作失誤引起的各類(lèi)故障都會(huì)影響到回轉(zhuǎn)機(jī)械的穩(wěn)定運(yùn)行，威脅到生產(chǎn)的安全，甚至?xí)斐稍O(shè)備停機(jī)、流程中斷，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1992-1993年，國(guó)內(nèi)17套尿素裝置故障停車(chē)共計(jì)549次，停車(chē)957天，相當(dāng)于3套尿素裝置的_生產(chǎn)能力放空一年，最多的一套裝置共停車(chē)67次，共計(jì)1天，直接經(jīng)濟(jì)損失數(shù)億元。1995年酒泉鋼鐵公司的發(fā)電機(jī)組由于多次強(qiáng)行啟動(dòng)，造成轉(zhuǎn)子彎曲過(guò)大而報(bào)廢，給酒缸和嘉峪關(guān)市造成了近億元的經(jīng)濟(jì)損失。因此研制和開(kāi)發(fā)先進(jìn)的大型回轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)，對(duì)于確保這些關(guān)鍵設(shè)備的安全、高效、長(zhǎng)周期運(yùn)行，避免巨大的經(jīng)濟(jì)損失和災(zāi)難性事故的發(fā)生，具有重大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
　　1 大型回轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷技術(shù)的現(xiàn)狀
　　20世紀(jì)70年代以來(lái)，電子技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)的迅猛發(fā)展，轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)動(dòng)力特性研究的不斷深入，有力地促進(jìn)了大型回轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)的發(fā)展，使大型回轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)水平不斷提高。
　　大型回轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)振動(dòng)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)主要包括轉(zhuǎn)子振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、振動(dòng)信號(hào)處理和分析技術(shù)、轉(zhuǎn)子故障診斷技術(shù)等。
　　回轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)分為離線定期監(jiān)測(cè)和在線監(jiān)測(cè)兩種方式。離線定期監(jiān)測(cè)首先用磁帶記錄儀或數(shù)據(jù)采集器對(duì)轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行收集。然后送入頻譜分析儀如CF940，SD375等進(jìn)行分析。在線監(jiān)測(cè)是不斷地對(duì)機(jī)組各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行記錄、監(jiān)測(cè)，一旦機(jī)組發(fā)生故障，可以得到機(jī)組當(dāng)時(shí)的振動(dòng)信號(hào)。國(guó)外非常注重大型回轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷設(shè)備的開(kāi)發(fā)，無(wú)論是用于離線監(jiān)測(cè)和在線監(jiān)測(cè)都有比較成熟的產(chǎn)品供選用，如日本和丹麥生產(chǎn)的磁帶記錄儀，美國(guó)亞特蘭大公司的M777便攜式數(shù)據(jù)采集器，信號(hào)處理儀常見(jiàn)的是H P、B&K、小野公司的產(chǎn)品。在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由工業(yè)用微機(jī)系統(tǒng)和基于微機(jī)處理器的專(zhuān)用儀器組成，可同時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)子幾十或幾百通道的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，如美?國(guó)本特利公司生產(chǎn)的TDM和DDM系列產(chǎn)品和亞特蘭大公司生產(chǎn)的M6000系列產(chǎn)品等。國(guó)內(nèi)一些大型企業(yè)引進(jìn)了一些大型回轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀器，開(kāi)闊了大家的眼界，促進(jìn)了國(guó)內(nèi)大型回轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)的開(kāi)展。進(jìn)口監(jiān)測(cè)儀器的突出缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴，維護(hù)和改進(jìn)更新都很困難，因此不可能在我國(guó)推廣普及，針對(duì)上述缺陷，國(guó)內(nèi)一些科研機(jī)構(gòu)和高等學(xué)校利用價(jià)格低而又靈活的個(gè)人計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)了一些轉(zhuǎn)子監(jiān)測(cè)和診斷系統(tǒng)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)開(kāi)發(fā)的“微機(jī)對(duì)機(jī)組振動(dòng)監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)MMMD一1”，西安交通大學(xué)與鎮(zhèn)海石化總廠聯(lián)合開(kāi)發(fā)的“大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械計(jì)算狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)”等，這些系統(tǒng)具有很高的性能價(jià)格比，與我國(guó)企業(yè)的實(shí)際情況緊密結(jié)合，有利于在我國(guó)推廣，并已取得了良好的效果。以個(gè)人計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)大型回轉(zhuǎn)機(jī)械監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，這幾年在國(guó)際上也受到了重視。
　　大型回轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)分析的目的是提取出轉(zhuǎn)子運(yùn)行信息，有效的信號(hào)處理和運(yùn)行信息提取是完成轉(zhuǎn)子狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷的關(guān)鍵。目前，振動(dòng)信號(hào)處理方法很多，如倒頻譜分析、雙譜分析、主分量自回歸譜分析、Wigner分布、ANC技術(shù)。但是，對(duì)于大型回轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)處理和故障診斷來(lái)說(shuō)，目前，主要利用FFT譜分析對(duì)轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行處理，提取轉(zhuǎn)子運(yùn)行狀態(tài)變化和轉(zhuǎn)子故障信息，實(shí)現(xiàn)大型回轉(zhuǎn)機(jī)械的故障診斷和運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，F(xiàn)FT譜是最有效和直觀的分析方法。與FFT譜相結(jié)合的時(shí)域分析方法有軸心軌跡、時(shí)域波形分析和用于大型回轉(zhuǎn)機(jī)械啟停信號(hào)分析的瀑布圖、Bode圖、Nyquist圖。為了更好地提取轉(zhuǎn)子運(yùn)行信息，基于FFT譜分析，R.B．Randall，提出了譜的趨勢(shì)分析；Brian R.Humes將一倍頻和二倍頻的幅值和相位相結(jié)合繪制在極坐標(biāo)圖上，建立了矢量監(jiān)測(cè)圖(Vector Moni-toring Pitlpoints)，監(jiān)測(cè)工作轉(zhuǎn)速下一倍頻響應(yīng)向量和二倍頻相應(yīng)向量的變化，來(lái)發(fā)現(xiàn)回轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)的變化；I.Iman提出了Histogram信號(hào)分析技術(shù)(Histo-gram Signature　Analysis Techlnique)，將正常運(yùn)行狀態(tài)下的轉(zhuǎn)子振動(dòng)時(shí)域波形與故障狀態(tài)下轉(zhuǎn)子振動(dòng)時(shí)域波形相減，然后求FFT譜，這樣FFT譜主要反映了故障引起的轉(zhuǎn)子振動(dòng)信息。如何正確而全面地提取轉(zhuǎn)子振動(dòng)信息是當(dāng)前轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)處理和分析的關(guān)鍵問(wèn)題。
　　轉(zhuǎn)子運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和振動(dòng)信息提取是為轉(zhuǎn)子故障診斷作準(zhǔn)備，轉(zhuǎn)子振動(dòng)信息是轉(zhuǎn)子故障診斷的依據(jù)。然而，僅僅靠轉(zhuǎn)子振動(dòng)信息是不可能完成轉(zhuǎn)子故障診斷的，必須將實(shí)測(cè)振動(dòng)信息與轉(zhuǎn)子典型故障在振動(dòng)信息中的反映相聯(lián)系。也就是說(shuō)。首先必須通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)研究掌握轉(zhuǎn)子典型故障的振動(dòng)特征。在這方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者己經(jīng)進(jìn)行了大量的研究，這些研究成果也已成功地應(yīng)用于實(shí)際轉(zhuǎn)子故障診斷中。但主要是利用FFT譜分析