隨著現(xiàn)代化大工業(yè)的迅猛發(fā)展，石化、電力、航空、冶金、能源和工程機械等行業(yè)中廣泛應用的各類大型回轉機械如離心壓縮機、汽輪發(fā)電機、風機、水輪機和燃氣輪機，日益向大型化、高速化、自動化、長周期連續(xù)運行方向發(fā)展。上述各類回轉機械的正常運行，不僅能為國家創(chuàng)造巨大的物質財富，而且還產(chǎn)生了巨大的社會效益。
　　由于設備質量缺陷、維護不當以及運行操作失誤引起的各類故障都會影響到回轉機械的穩(wěn)定運行，威脅到生產(chǎn)的安全，甚至會造成設備停機、流程中斷，造成嚴重的經(jīng)濟損失。據(jù)統(tǒng)計，1992-1993年，國內17套尿素裝置故障停車共計549次，停車957天，相當于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67次，共計1天，直接經(jīng)濟損失數(shù)億元。1995年酒泉鋼鐵公司的發(fā)電機組由于多次強行啟動，造成轉子彎曲過大而報廢，給酒缸和嘉峪關市造成了近億元的經(jīng)濟損失。因此研制和開發(fā)先進的大型回轉機械狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)，對于確保這些關鍵設備的安全、高效、長周期運行，避免巨大的經(jīng)濟損失和災難性事故的發(fā)生，具有重大的經(jīng)濟價值。
　　1 大型回轉機械故障診斷技術的現(xiàn)狀
　　20世紀70年代以來，電子技術和信號處理技術的迅猛發(fā)展，轉子-軸承系統(tǒng)動力特性研究的不斷深入，有力地促進了大型回轉機械狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術的發(fā)展，使大型回轉機械狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術水平不斷提高。
　　大型回轉機械狀態(tài)振動監(jiān)測和故障診斷技術主要包括轉子振動監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)、振動信號處理和分析技術、轉子故障診斷技術等。
　　回轉機械狀態(tài)監(jiān)測分為離線定期監(jiān)測和在線監(jiān)測兩種方式。離線定期監(jiān)測首先用磁帶記錄儀或數(shù)據(jù)采集器對轉子振動信號進行收集。然后送入頻譜分析儀如CF940，SD375等進行分析。在線監(jiān)測是不斷地對機組各測點的振動信號進行記錄、監(jiān)測，一旦機組發(fā)生故障，可以得到機組當時的振動信號。國外非常注重大型回轉機械狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷設備的開發(fā)，無論是用于離線監(jiān)測和在線監(jiān)測都有比較成熟的產(chǎn)品供選用，如日本和丹麥生產(chǎn)的磁帶記錄儀，美國亞特蘭大公司的M777便攜式數(shù)據(jù)采集器，信號處理儀常見的是H P、B&K、小野公司的產(chǎn)品。在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由工業(yè)用微機系統(tǒng)和基于微機處理器的專用儀器組成，可同時對轉子幾十或幾百通道的振動信號進行實時監(jiān)測，如美?國本特利公司生產(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。國內一些大型企業(yè)引進了一些大型回轉機械狀態(tài)監(jiān)測儀器，開闊了大家的眼界，促進了國內大型回轉機械狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術的開展。進口監(jiān)測儀器的突出缺點是價格昂貴，維護和改進更新都很困難，因此不可能在我國推廣普及，針對上述缺陷，國內一些科研機構和高等學校利用價格低而又靈活的個人計算機開發(fā)了一些轉子監(jiān)測和診斷系統(tǒng)。哈爾濱工業(yè)大學開發(fā)的“微機對機組振動監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)MMMD一1”，西安交通大學與鎮(zhèn)海石化總廠聯(lián)合開發(fā)的“大型旋轉機械計算狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)”等，這些系統(tǒng)具有很高的性能價格比，與我國企業(yè)的實際情況緊密結合，有利于在我國推廣，并已取得了良好的效果。以個人計算機為基礎開發(fā)大型回轉機械監(jiān)測系統(tǒng)，這幾年在國際上也受到了重視。
　　大型回轉機械振動信號分析的目的是提取出轉子運行信息，有效的信號處理和運行信息提取是完成轉子狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的關鍵。目前，振動信號處理方法很多，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。但是，對于大型回轉機械振動信號處理和故障診斷來說，目前，主要利用FFT譜分析對轉子振動信號進行處理，提取轉子運行狀態(tài)變化和轉子故障信息，實現(xiàn)大型回轉機械的故障診斷和運行狀態(tài)監(jiān)測，F(xiàn)FT譜是最有效和直觀的分析方法。與FFT譜相結合的時域分析方法有軸心軌跡、時域波形分析和用于大型回轉機械啟停信號分析的瀑布圖、Bode圖、Nyquist圖。為了更好地提取轉子運行信息，基于FFT譜分析，R.B．Randall，提出了譜的趨勢分析；Brian R.Humes將一倍頻和二倍頻的幅值和相位相結合繪制在極坐標圖上，建立了矢量監(jiān)測圖(Vector Moni-toring Pitlpoints)，監(jiān)測工作轉速下一倍頻響應向量和二倍頻相應向量的變化，來發(fā)現(xiàn)回轉機械狀態(tài)的變化；I.Iman提出了Histogram信號分析技術(Histo-gram Signature　Analysis Techlnique)，將正常運行狀態(tài)下的轉子振動時域波形與故障狀態(tài)下轉子振動時域波形相減，然后求FFT譜，這樣FFT譜主要反映了故障引起的轉子振動信息。如何正確而全面地提取轉子振動信息是當前轉子振動信號處理和分析的關鍵問題。
　　轉子運行狀態(tài)監(jiān)測和振動信息提取是為轉子故障診斷作準備，轉子振動信息是轉子故障診斷的依據(jù)。然而，僅僅靠轉子振動信息是不可能完成轉子故障診斷的，必須將實測振動信息與轉子典型故障在振動信息中的反映相聯(lián)系。也就是說。首先必須通過理論分析和實驗研究掌握轉子典型故障的振動特征。在這方面，國內外學者己經(jīng)進行了大量的研究，這些研究成果也已成功地應用于實際轉子故障診斷中。但主要是利用FFT譜分析