现代高速列车用旋转类设备机械故障预判技术研究

摘 要 介绍了旋转类设备机械故障诊断的意义及其理论基础。以NR6317ASW-02型牵引电机冷却风机为例论证了诊断技术的可行性。

关键词 旋转机械；故障诊断；离心通风机；噪声

Abstract this paper introduces the significance of rotating machinery fault diagnosis such equipment and its theoretical basis.NR6317ASW - 02 type traction motor cooling fan for example demonstrates the feasibility of diagnosis technology.

Key words rotating machinery；Fault diagnosis；Centrifugal fan；noise

引言

旋转类设备机械故障预判技术是随着現代工业大生产的发展而发展起来的一项设备诊断技术。它是研究设备运行中或停机时基本不拆卸的情况下，掌握设备的运行状态，判定设备是否存在故障及故障严重程度和状态，预测设备可靠性和寿命，并提出解决方案的技术。对旋转类设备进行诊断包括对设备的性能进行诊断和对设备的故障进行预判两方面内容。随着我国高铁技术的迅猛发展及大批量的高速列车投入运营，高速列车用旋转类设备的正常工作是保障高速列车正常运营的关键设备，对这些设备开展性能监测与故障预判工作，具有重要的意义。

1 现实要求

当前我国对该类设备的维护仍采用传统的计划、定期维修。而这种方法带有很大的盲目性，设备有无故障、故障类型、故障部位及故障程度难以准确把握；另外，由于良好部位的反复拆卸，机械性能往往不理想，甚至低于检修前；易造成设备过修或欠修，设备的故障率无法掌控，从而影响EMU的正常行车秩序。故障诊断仪器的广泛应用，使对机械设备的维护由计划、定期检修走向状态、预知检修变为现实，使机械设备的维护方式发生了根本性革命。使得能够及时准备维修部件，安排维修计划，克服了定期维修带来的不必要的经济损失和设备性能的下降；完善的诊断能力可准确指出故障类型和故障部位，避免维修的盲目性，使监测简单易行，大大缩短了维修工期；完善的设备管理软件，又可使EMU设备管理自动化。由此可见，状态检测给EMU检修带来的经济效益是十分显著的[1]。

2 旋转类设备机械故障诊断技术理论基础

旋转机械的主要功能是由旋转部件来完成的，转子是其最主要的部件。旋转机械常见的故障表现主要为异常噪声及异常振动，其噪声信号从幅域、频域和时域反映了机器的故障信息。因此，了解旋转机械在故障状态下的异常噪声，对于监测机器的运行状态和提高诊断故障的准确率都非常重要。利用噪声检测系统对异常噪声检测分析，及时判断设备状态，避免发生重大事故。

3 在旋转机械运行中噪声产生机理

离心式通风机正常工作时，产生的噪声主要包括机械噪声、气动噪声等。

3.1 通风机机械噪声

风机在经过一段时间的运转后会产生多种噪声：a、叶轮磨损不均匀或因风压导致零件的变形，使转子不平衡而产生的噪声；b、轴承运转一段时间后又与磨损产生的噪声；c、又与安装不良或各零部件连接松动而产生的噪声；d、叶轮高速旋转产生振动，导致机体某部分共振产生的噪声。

3.2 气动噪声

气动噪声包含旋转噪声和涡流噪声。旋转噪声就是叶片每分钟击打空气质点，引起空气压力脉动而产生的，属于偶极子声源，其频率与叶片数和转速有关；涡流噪声是气流流经风机叶片时，产生紊流跗面及旋涡与旋涡分裂脱体，而引起叶片上压力的脉动所造成的。风机工作时产生的涡流噪声是一种宽频带的连续谱。

4 旋转类设备机械故障诊断技术的应用

通过对离心式通风机噪声产生的机理分析，机械噪声与风机故障关联性较强；以轨道车辆用NR6317ASW-02型离心式通风机为例进行分析。该型风机主要技术参数：额定频率为50Hz；额定电压为3Ф4AC00V；通过对该型正常风机与故障风机的噪声频谱图对比分析（见图1、2），可从频谱图中清晰看出两者之间的差异，从图中可明显看出故障风机噪声频谱幅值明显增大，在10倍频区域噪声幅值变化尤为明显，可判定该故障风机为轴承故障引起的（该型风机采用的轴承滚子数量为10个）；利用噪声检测系统对运营一段时间后的风机噪声形成噪声频谱，通过与该型正常风机的噪声频谱对比分析，可对运营一段时间后的风机状态进行判断，及时判断风机状态，实现对故障的预判，避免重大事故的发生。

5 结束语

通过以上分析验证，可通过采集同一型号的正常风机噪声频谱，形成正常噪声频谱包络线样板图，通过对运营一段时间的风机的噪声频谱与样板图的对比，可判定该风机状态，实现故障预判，降低故障发生。

参考文献

[1] 俱利锋，席德科.离心式通风机噪声机理及设计与改造中的降噪方法综述[J].机械科学与技术，2002，21（3）：465-467.

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