可解释旋转机械故障诊断分析

引言：旋转机械在长期运行中个，容易出现转子不平衡、滑动轴承等方面的故障，这些故障的出现，就会出现停机、维修成本提升等现象，对生产过程造成严重的影响。为了保证旋转机械稳定运行，那么就要对旋转机械的故障进行诊断，通过故障诊断，就可以识别出机械内潜在的问题，提高设备的使用寿命，让设备能够在最佳状态下运行。

1. 旋转机械概述

如今工业领域迅速发展，在各类应用设备中，旋转机械是应用高频且广泛的一种设备，一般包含泵类、风力发电机等装置。在旋转机械中，提供动力作用的重点部件称为转子系统，它的运行主要依靠轴承部位的支撑，支持以高速水平完成旋转操作，同时为一些工作部件如叶轮、叶片等提供动力。当旋转机械投入使用后，可能承载流体作用力，还可能面临热压力、机械应力等作用，加上一些环境因素，机械系统中的重要部件如轴承、转子难以保持原本正常的工作状态，出现故障问题 [1]。为确保整体工业系统处于可靠的运行状态，要在机械中精准落实诊断方法，最大化排除故障，降低风险干扰。

2. 可解释旋转机械故障诊断

2.1 转子不平衡故障诊断

旋转机械故障问题是一类重要的问题，会引起设备的非正常振动情况。当前，转子不平衡的故障问题形成频率较高，技术人员要精准判断，以免故障影响扩展。分析此种故障情况的形成机理，其中的影响因素较多，可能由于材料分布未能达到均衡的效果，或者加工阶段偏差大于要求标准，设备运行期间部件遭受较大的摩擦作用等。受到不同因素的干扰，转子质心受到影响，同旋转轴线形成一定距离，如果存在旋转行为时，离心作用增强，进一步引发明显的振动现象。

为了诊断故障问题可针对性分析。（1）技术人员以振动信号为切入口，获得分析依据。选择利用机壳上部的位置，或者利用轴承座区域，引进具有敏锐感知作用的加速度传感器，当形成振动信号后支持实时采集，面对取得的时域信号，选择借助傅里叶变换手段，为了直观分析信号信息，获得清晰的频域图谱。技术人员可探寻其中存在的典型特征，一方面分析 1 倍转频（1X），另一方面要探究 2X、3X 等高阶谐波的实际幅值，其特征表现为前者幅值快速升高，而后者的幅值趋于偏低的水平。

（2）技术人员还可借助键相器作为辅助工具，准确收集转子旋转基准信号，通过对键相信号的把握，同时获得足量的振动信号，两者比较后确定存在的相位差。如果出现不平衡故障问题，那么分析相位差可知其处于不变的效果。（3）技术人员参与故障诊断工作时，选择全息谱技术也是一项重要的举措。在同一时间段中，围绕水平、垂直方向，细致采集形成的振动信号，这一过程中要用到极坐标图，清晰查看转子的轴心轨迹情况，进而判断是否出现故障问题。当产生不平衡故障情况，将呈现圆形或者椭圆状态的轴心轨迹，为了提升诊断的可靠性，还应查看轨迹半径，故障情况下其半径会在转速增长的过程中也逐渐呈现增长的趋势。

2.2 转子不对中故障诊断

转子不对中主要是旋转机械运行中容易出现的一种故障类型，主要是转子轴心线与轴承、联轴器等其他部件的轴心线出现了不重合等问题，最终导致机械运行并不稳定，降低旋转机械运行的稳定性。在对这一故障问题进行诊断的时候，人员可以利用加速度传感器或者是速度传感器，有效的采集转子在运行时所产生的振动信号。一般在出现转子不对中故障的时候，会导致特定频率的振动增加，振动信号增加到 2 倍，根据所采集的振动信号，就可以有效了解设备转子是否出现了不对中的故障。转子不对中故障也会导致，频谱中出现明显的倍频成分，所以人员在进行诊断时，就要对采集到的振动信号进行频谱分析，进而有效识别出不对中的故障特征频率，提升诊断效果。同时，一旦出现转子不对中故障，那么相位变化更加显著，尤其是联轴器两端的相位差异更加明显。所以在故障诊断的时候，就要测量振动信号的相位差，判断转子不对中程度。可以使用相位图，来明确的了解相位变化情况，有效诊断出转子不对中故障发生的具体位置和严重程度。转子不对中会导致轴承承受异常载荷，出现出异常振动的现象。那么就要监测轴承处的振动情况，一旦出现轴承振动过高，或者振动温度升高，那么就表明出现转子不对中故障。通过对旋转机械的转子振动信号、振动温度进行分析，就可以及时诊断出转子不对中的故障现象，及时对故障进行修复，保证设备能够稳定运行[2]。

2.3 滑动轴承故障诊断

滑动轴承是旋转机械中的主要关键部件，一旦滑动轴承出现故障，那么就会导致设备运行不稳定，甚至出现损坏等现象。所以为了保证旋转机械正常运行，那么就要对滑动轴承故障进行诊断，可以采用油膜厚度监测的方法，通过测量油膜的电容变化，进而充分监测轴承的间隙和油膜厚度，以诊断出润滑状态以及磨损的情况。也可以利用超声波技术，来测量出油膜厚度，识别油膜不足或磨损过度等故障。在进行故障诊断的时候，也可以分析润滑油中的磨损颗粒种类和数量，通过磨损颗粒的数量，来判断滑动轴承的磨损程度。定期检测润滑油的粘度、酸值和水分含量，这样就能保证润滑油的质量是符合要求的，从而判断滑动轴承的润滑状态，了解其是否出现故障。在对滑动轴承进行故障诊断时，可以从温度入手，收集轴承上温度传感器的数据，实时了解轴承的工作温度，一旦温度出现异常升高等现象，那么就表示滑动轴承润滑不良，轴承出现磨损故障。

2.4 浮环密封故障诊断

对于旋转机械浮环密封来说，一旦密封失效，就会降低设备性能，影响旋转机械的运行状态。在设备长时间运行的时候，会导致浮环与轴之间出现摩擦磨损，进而严重影响了其密封效果。在一些高温条件下，浮环也有一定的几率发生热变形，这样的问题就会导致密封间隙出现变化，导致密封失效。为了减少密封故障，那么就要对故障进行诊断，可以使用泄漏检测设备，有效的监测密封处的泄漏情况，量化泄漏的速率。为了能够了解浮环是否出现裂纹，那么就可以利用声发射技术，捕捉浮环密封运行时的高频声波信号，如果声波信号出现异常波动，那么就表示浮环出现了磨损或裂纹，其密封性能大幅下降。在进行故障诊断的时候，也可以采用物理检查的方法，使用内窥镜等设备，观察浮环密封是否出现腐蚀、磨损等故障，通过物理检查等方法，能够直观的了解浮环密封的故障，以提升故障诊断效果，保证旋转机械可以安全运行。

结论：综上所述，对旋转机械故障进行诊断，不仅能够提升设备的可靠性，还能降低设备维护成本，保证生产的安全。在对旋转机械故障进行诊断时，主要是从转子、轴承、浮环密封等故障入手，保证故障诊断更加全面，让设备可以可靠运行，优化生产效率。

参考文献：

[1] 张昊, 王海茹, 马继东. 基于数据增强的可解释旋转机械故障诊断[J].电子测量技术 ,2025,48(08):105-115.

[2] 张志鹏 . 基于子空间特征提取的旋转机械故障诊断方法研究 [D]. 安徽理工大学 ,2024.

作者简介：

作者一姓名：王宪鹏；性别：男；出生年月：1995 年12 月；籍贯：赤峰市；民族：汉族；最高学历：本科；目前职称：助理工程师；研究方向：机械