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振 　动 　与 　冲 　击 第 28卷第 12 期 JOURNAL OF V IBRA TION AND SHOCK Vol. 28 No. 12 2009　 基于全息谱的转子系统故障诊断分析 胡彦红 , 张 　雷 , 林建中 , 张丽芳 , 张美蓉 (上海理工大学 机械工程学院 ,上海 　200093) 　　摘 　要 : 在方程分析法相似原则的基础上 ,设计出大型汽轮发电机的模拟转子系统 ,用该转子系统对信号进行多 通道采集 ,然后分别将采集信号的水平和垂直幅频图进行分解 ,分解后按不同阶次进行组合得到二维和三维全息谱图 ,对 得到的全息谱图进行分析 ,从而达到对系统进行故障诊断的目的 ,分析结果令人满意 。可见 ,全息谱图可以丰富旋转机械 故障诊断系统知识库中的振动特征信息 ,对于更准确地诊断发电设备中的故障具有一定意义 。 关键词 : 汽轮发电机 ;全息谱 ;旋转机械 ;故障诊断 中图分类号 : TH 113　　　文献标识码 : A 　　机械设备中大部分是旋转机械 ,它覆盖着动力 、电 (2) 椭 圆的长轴 、偏心率 以及长轴与坐标轴 的 力 、化工 、冶金及机械制造等重要领域 ,是工厂的关键 夹角 ; 设备 ,而转子系统则是旋转机械的重中之重部件 ,其工 ( 3) 各振动分量轨迹的旋转方向是正进动还是反 况不仅影响机器设备本身的运行 ,而且还会给后续生 进动 ; 产造成损失 ,严重时将会对国民经济造成重大损失 ,甚 (4) 各振动分量的初始相位 ; 至导致机毁人亡事故 。为保证机组安全运行 , 降低机 ( 5) 各振动分量长轴之间的夹角 、形状是否相似 组维修费用和提高机组利用率 ,大型旋转机械故障诊 等各振动分量的相互关系 。 断的研究受到了研究者和工业部门的重视 [ 1 - 5 ] 。 12　三维全息谱提供的转子振动信息 目前国外对大型旋转机械比较广泛应用的监测方 三维全息谱提供了转子在工作转速下的混合振 法仍然是 FFT幅值谱 、轴心轨迹 、瀑布图、趋势图等 [ 8 ] 。 型 。不仅如此 ,它还可以提供转子振动的全貌 、轴承的 上述方法的缺点是分析结果不直观 ; 幅值谱和相位谱 刚性 、振动最大的环节 、转子受力的情况 ,这样丰富的 分离 ;相位谱误差太大 ;孤立考虑转子在垂直和水平方 信息是其他方法所无法取得的。 向的振动 ;时域中 ,轴心轨迹受很大噪声干扰 ; 复杂轨 [ 9 - 10 ] 2　算例应用 迹 ,不能提取故障特征等 。而全息谱能够很好地 反映转子一个支承面的振动情况 ,精确又直观 。 本文以大型汽轮发电机主要部件 - 转子系统为例 进行研究 ,在方程分析法相似原则的基础上建立了实 1　全息谱介绍 际转子系统和多功能模拟转子试验台的关系 ,搭建起 全息谱是从傅里叶谱的基础上发展获得的。将傅 多功能模拟试验台 ,并且在满足各方面要求的情况下 里叶谱在频域中按一定规则合成 ,就可以获得二维 、三 在该实验台上进行了转子系统的强迫动力响应 。 维全息谱 。也就是说 ,全息谱是一种将机组的振动信 2 1　方程分析法的相似原则 号在完成频域转换后 ,进一步将频域上的谱线加 以集 对于转子系统 ,其动力学方程为 [ 11 ] : 成而形成的谱图或轴心轨迹 。