设备状态的判定与趋势分析课件

第五章第五章 设备状态的判定设备状态的判定与趋势分析与趋势分析主讲：王林鸿教授、博士机械与汽车工程学院 第五章 设备状态的判定与趋势分析主讲：王林鸿教授、博士5 51 1 设备状态诊断标准设备状态诊断标准判断人是否生病的依据是标准（标准体温、标判断人是否生病的依据是标准（标准体温、标准血压、标准血糖等），同样，判断设备的运准血压、标准血糖等），同样，判断设备的运行状态的依据仍然是标准；行状态的依据仍然是标准；标准就是准则，就是判据；假如没有标准就会标准就是准则，就是判据；假如没有标准就会陷入混乱，就会善恶不分，是非颠倒；陷入混乱，就会善恶不分，是非颠倒；51 设备状态诊断标准判断人是否生病的依据是标准（标准体温5 51 11 1 振动诊断标准的判定参数振动诊断标准的判定参数由于振动部件的疲劳与振动速度成正比，而振动由于振动部件的疲劳与振动速度成正比，而振动能量则是与振动速度的平方成正比，因此，在振能量则是与振动速度的平方成正比，因此，在振动诊断判定标准中，选择速度为判定参数。动诊断判定标准中，选择速度为判定参数。很多诊断标准，如很多诊断标准，如IS02372IS02372、IS03945IS03945及及VDl2056VDl2056（德）等采用振动速度参数；（德）等采用振动速度参数；还有一些标准，根据设备的低、高频工作状态，还有一些标准，根据设备的低、高频工作状态，分别选用振幅分别选用振幅(位移位移)和加速度。和加速度。511 振动诊断标准的判定参数由于振动部件的疲劳与振动速5 51 12 2 状态判定标准的分类状态判定标准的分类1.1.绝对判定标准；绝对判定标准；2.2.相对判定标准；相对判定标准；3.3.类比判定标准。类比判定标准。512 状态判定标准的分类绝对判定标准；1 1）绝对判定标准）绝对判定标准绝对判定标准由某些权威机构颁布实施。绝对判定标准由某些权威机构颁布实施。由国家颁布的国家标准（由国家颁布的国家标准（GBGB）又称为法定标准，具）又称为法定标准，具有强制执行的法律效力。有强制执行的法律效力。还有国际标准还有国际标准(ISO)(ISO)、行业标准、企业集团标准；、行业标准、企业集团标准；这些标准都是绝对判定标准，其适用范围覆盖颁这些标准都是绝对判定标准，其适用范围覆盖颁布机构所管辖的区域。布机构所管辖的区域。ISO 2372 ISO 2372 机器振动的评价标准基础机器振动的评价标准基础ISO 3945 ISO 3945 振动烈度的现场测定与评定振动烈度的现场测定与评定CDA/MS/NVSH 107 CDA/MS/NVSH 107 轴承振动测量的判据轴承振动测量的判据VDI 2056 VDI 2056 振动烈度判据振动烈度判据（德国标准）（德国标准）1）绝对判定标准绝对判定标准由某些权威机构颁布实施。2 2）相对判定标准）相对判定标准相对判定标准是对同一设备，在同一部位定期测相对判定标准是对同一设备，在同一部位定期测试，按某个时刻的正常值作为判定基准，而根据试，按某个时刻的正常值作为判定基准，而根据实测值与基准值的倍数，进行设备状态判定的方实测值与基准值的倍数，进行设备状态判定的方法。法。由于是基于设备自身某时刻的测量值作为判定基由于是基于设备自身某时刻的测量值作为判定基准，所以称为相对判定标准。准，所以称为相对判定标准。2）相对判定标准相对判定标准是对同一设备，在同一部位定期测试3 3）类比判定标准）类比判定标准相对判定标准是建立在长期对某一设备的测量数相对判定标准是建立在长期对某一设备的测量数据的基础上。若某个设备运行时间不长、或没有据的基础上。若某个设备运行时间不长、或没有建立长期测量数据的基础，在对设备进行状态判建立长期测量数据的基础，在对设备进行状态判定时，可以采用类比判定标准。定时，可以采用类比判定标准。类比判定标准是对多台同样设备在相同条件下运类比判定标准是对多台同样设备在相同条件下运行时，通过对各设备的同一部位的测量值进行相行时，通过对各设备的同一部位的测量值进行相互对比，来判定设备状态的方法。互对比，来判定设备状态的方法。3）类比判定标准相对判定标准是建立在长期对某一设备的测量数据5 51 13 3 振动判定标准介绍振动判定标准介绍教材列举标准很多便于以后查阅，课堂讲授仅教材列举标准很多便于以后查阅，课堂讲授仅选几个有代表性的标准，目的在于了解振动标选几个有代表性的标准，目的在于了解振动标准的格式、内容、适用范围和特点；准的格式、内容、适用范围和特点；绝对标准选讲表绝对标准选讲表5-15-1、5-25-2、5-35-3、5-45-4、5-65-6；相；相对标准表对标准表5-55-5；类比判断标准。；类比判断标准。513 振动判定标准介绍教材列举标准很多便于以后查阅，课1 1旋转机械振动绝对标准旋转机械振动绝对标准旋转机械常用的振动诊断标准有国际标准化组织旋转机械常用的振动诊断标准有国际标准化组织颁布的颁布的ISO 2372ISO 2372和和ISO 3945ISO 3945，德国标准，德国标准VDI 12056VDI 12056，英国标准，英国标准BS4675BS4675，我国国家标准，我国国家标准GBGBT1l347T1l347一一19891989等。等。这些标准在数值级别上大同小异。这些标准在数值级别上大同小异。1旋转机械振动绝对标准旋转机械常用的振动诊断标准有国际标准 表表5 51 ISO 23721 ISO 2372和和ISO 3945ISO 3945机械振动诊断标准机械振动诊断标准振动强度ISO 2372ISO 3945分级范围速度有效值mm/s级级级级刚性基础柔性基础0.280.280.450.711.121.802.804.507.1011.2182845AAAA优优0.450.711.12B1.80B2.80CB良4.50CB良7.10DC可11.2DC可18D不可28D不可4571 表51 ISO 2372和ISO 表表5-15-1解读解读看表格，更看表注；看表格，更看表注；两个标准合一表，千万别弄混；两个标准合一表，千万别弄混；诊断参数为速度有效值（诊断参数为速度有效值（V Vrmsrms）；）；适用范围：适用范围：ISO2372ISO2372：分小型、中型、大刚、大柔；：分小型、中型、大刚、大柔；ISO3945ISO3945：分刚性基础、柔性基础；：分刚性基础、柔性基础；评价等级：四级（评价等级：四级（A A、B B、C C、D D或优、良、可、不或优、良、可、不可）。可）。表5-1解读看表格，更看表注；2.2.旋转机械相对标准旋转机械相对标准 注：注：1 1本标准的判断依据有二：本标准的判断依据有二：(1)(1)实际测量振动值与其初始值之比；实际测量振动值与其初始值之比；(2)(2)所测振动信号的所测振动信号的 频率范围。频率范围。2 2标准将设备状态评判分为三个等级：标准将设备状态评判分为三个等级：“良好良好”、“注意注意”、“危危险险”。振动频率1234567低频振动（1000Hz）良好注意危险高频振动（1000Hz）良好注意危险实测值与初值之 比表表5 55 5 旋转机械振动诊断的相对标准旋转机械振动诊断的相对标准2.旋转机械相对标准振动频率1234567低频振动（1003.3.类比判断标准类比判断标准1.1.在低频段在低频段(1000Hz)1000Hz)测量，其振动值大于其它大测量，其振动值大于其它大多数设备振动值的多数设备振动值的l l 倍以上时，判为异常；在高倍以上时，判为异常；在高频段频段(1000 Hz)(1000 Hz)实测振动值大于正常值的实测振动值大于正常值的2 2倍以倍以上时，判为异常；上时，判为异常；2.2.在低频段测量，若其振动值大于其他设备的在低频段测量，若其振动值大于其他设备的2 2倍倍以上；或高频段的振动测值大于其他设备以上；或高频段的振动测值大于其他设备4 4倍以倍以上时，一般判为故障严重，应考虑停机修理。上时，一般判为故障严重，应考虑停机修理。3.类比判断标准在低频段(1000Hz)测量，其振动值大于5 52 2 设备状态劣化趋势分析设备状态劣化趋势分析趋势分析属于预测技术。其目标是从过去和现在趋势分析属于预测技术。其目标是从过去和现在的已知情况出发，分析设备的正常、异常和故障的已知情况出发，分析设备的正常、异常和故障三种状态，推测故障的发展过程，有利维修决策三种状态，推测故障的发展过程，有利维修决策和过程控制。和过程控制。52 设备状态劣化趋势分析趋势分析属于预测技术。其目标是从两类设备诊断模式两类设备诊断模式1.1.一类是在线故障监测诊断系统，对重要设备进一类是在线故障监测诊断系统，对重要设备进行行2424小时的连续监测分析。小时的连续监测分析。2.2.另一类模式称为点巡检制度，是采用便携式仪另一类模式称为点巡检制度，是采用便携式仪器，对设备进行定期的巡检，记录所测定的参器，对设备进行定期的巡检，记录所测定的参数，根据在时间历程的数据进行故障判断、劣数，根据在时间历程的数据进行故障判断、劣化趋势分析。化趋势分析。五定作业制度：五定作业制度：定人员、定时间、定测点参数、定测点部位、定测量定人员、定时间、定测点参数、定测点部位、定测量仪器。仪器。两类设备诊断模式一类是在线故障监测诊断系统，对重要设备进行25 52 21 1 状态趋势分析的作用状态趋势分析的作用 l l）检查设备状态是否处于控制范围以内（判定）；检查设备状态是否处于控制范围以内（判定）；2 2）观测设备状态的变化趋向或现实状况（预报）；）观测设备状态的变化趋向或现实状况（预报）；3 3）预测设备状态发展到危险水平的时间（报警）；）预测设备状态发展到危险水平的时间（报警）；4 4）早期发现设备异常，及时采取对策（决策）；）早期发现设备异常，及时采取对策（决策）；5 5）及时找出有问题的设备）及时找出有问题的设备(确诊确诊)。521 状态趋势分析的作用 l）检查设备状态是否处于控趋势分析图例趋势分析图例 图图5 55 5 时域指标的趋势分析图例时域指标的趋势分析图例趋势分析图例 图55 时域指标的趋势分析图例趋势分析管理图趋势分析管理图实例实例1.图表上部：绘出图表上部：绘出诊断设备简图，诊断设备简图，并注明测点位置。并注明测点位置。2.图表中部：记录图表中部：记录的是振动速度。的是振动速度。3.图表下部：记录图表下部：记录的是振动加速度。的是振动加速度。趋势分析管理图实例图表上部：绘出诊断设备简图，并注明测点位绘制趋势管理图的步骤绘制趋势管理图的步骤第第1 1步步 制作图表格式制作图表格式首先要编制如图首先要编制如图5 56 6所示的表，在左上栏绘出设备简所示的表，在左上栏绘出设备简图，标明测点。设备的规格参数是诊断的重要依据，必须图，标明测点。设备的规格参数是诊断的重要依据，必须从实填写。从实填写。第第2 2步步 标明刻度标明刻度低频领域以振动速度表示，选择合适的计量单位，如低频领域以振动速度表示，选择合适的计量单位，如图所示的范围在图所示的范围在0.010.0110cm10cms s之间，每格为之间，每格为0.1cm/s0.1cm/s。中频领域中频领域H Hd d及高频领域及高频领域HiHi以加速度以加速度g g为计量单位。为计量单位。第第3 3步步 填入标准值填入标准值把设备在正常状态下的振值作为标准值把设备在正常状态下的振值作为标准值 记入图表。当记入图表。当无历史数据或经验数据以确定标准值时，可用正常状态下无历史数据或经验数据以确定标准值时，可用正常状态下的振动平均值取代。的振动平均值取代。绘制趋势管理图的步骤第1步 制作图表格式第第4 4步步 填入判断标准填入判断标准需填入报警需填入报警(Caution)(Caution)值值XcXc及危险及危险(Danger)(Danger)值值XdXd，当，当无历史数据或经验数据时，可利用第无历史数据或经验数据时，可利用第3 3步中在正常状态下步中在正常状态下测得的测得的N N个振值，首先计算出标准方差个振值，首先计算出标准方差，然后再利用，然后再利用计算出报警值计算出报警值XcXc及危险值及危险值XdXd。以上报警值和危险值都必须。以上报警值和危险值都必须记入图中。记入图中。第第5 5步步 按时间序列填写测定值按时间序列填写测定值按规定的点检测定周期，对被监测的设备各规定测点按规定的点检测定周期，对被监测的设备各规定测点进行设备状态参数的测取，然后将测得的值按时间序列的进行设备状态参数的测取，然后将测得的值按时间序列的先后填入表格，用曲线或折线将这些数据点连接起来，构先后填入表格，用曲线或折线将这些数据点连接起来，构成了设备状态参数的趋势曲线。成了设备状态参数的趋势曲线。第4步 填入判断标准图图5-65-6承载信息承载信息1 1月月2323日振动速度值突然升高日振动速度值突然升高故障；故障；措施：措施：2 2月月2727日紧固松动的螺栓；日紧固松动的螺栓；3 3月月1 1日更换轧辊轴承；日更换轧辊轴承；结论：故障原因主要是轴承损坏，其次是螺栓松结论：故障原因主要是轴承损坏，其次是螺栓松动（动（1 1号测点信号变化远高于号测点信号变化远高于2 2号测点）；号测点）；低速机械加速度信号反应迟钝。低速机械加速度信号反应迟钝。图5-6承载信息1月23日振动速度值突然升高故障；5 52 22 2 趋势分析应用方法趋势分析应用方法即是趋势管理图中的总体测量值都是位于注意范即是趋势管理图中的总体测量值都是位于注意范围之内，也必须经常注意有无任何特殊的趋势。围之内，也必须经常注意有无任何特殊的趋势。因为设备如在正常状态下，其测点值是中间多两因为设备如在正常状态下，其测点值是中间多两端少，在标准线端少，在标准线 的上下均等，并且应是随机分布的上下均等，并且应是随机分布因此，在采用了理论性的统计方法之后，对数据因此，在采用了理论性的统计方法之后，对数据的不规则性的检查很有必要。的不规则性的检查很有必要。522 趋势分析应用方法测点值分布五项检查测点值分布五项检查1.1.测点值的连接链是否够长；测点值的连接链是否够长；2.2.测点值是否偏向标准值测点值是否偏向标准值()()的一侧；的一侧；3.3.测点值是否多分布于注意线测点值是否多分布于注意线()()的近旁；的近旁；4.4.测点值是否具有一定的倾向性；测点值是否具有一定的倾向性；5.5.测点值是否具有一定的周期性。测点值是否具有一定的周期性。链的概念：链是由连续出现在标准值的某一侧的测链的概念：链是由连续出现在标准值的某一侧的测点值所构成的。链的长度为连续出现在标准值点值所构成的。链的长度为连续出现在标准值一侧测点值的个数。一侧测点值的个数。测点值分布五项检查测点值的连接链是否够长；丰田利夫数据不规则检验方法丰田利夫数据不规则检验方法1.1.当测定值跑出上下管理线外时，设备一定异常。当测定值跑出上下管理线外时，设备一定异常。2.2.当测定值处在上下管理线内时，未必绝对正常。当测定值处在上下管理线内时，未必绝对正常。3.3.利用利用“链链”进行判断时的几种情况：进行判断时的几种情况：1.1.测点值是否在标准值中心线一侧连续出现：测点值是否在标准值中心线一侧连续出现：5 5点注意，点注意，7 7点异常点异常（图（图5-7a5-7a）；）；2.2.测点值是否在偏向标准值中心线一侧有数值偏多现象：测点值是否在偏向标准值中心线一侧有数值偏多现象：10/1110/11，16/2016/20为异常（图为异常（图5-7a5-7a）；）；3.3.测点值的链是否表现出时而上升，时而下降的倾向：测点值的链是否表现出时而上升，时而下降的倾向：5 5点注意，点注意，7 7点异常（图点异常（图5-7b5-7b）；）；4.4.测点值的链是否具有周期性变化，注意周期长度和振幅变化。测点值的链是否具有周期性变化，注意周期长度和振幅变化。（图（图5-7c5-7c）；）；丰田利夫数据不规则检验方法当测定值跑出上下管理线外时，设备一三个不同形式三个不同形式的趋势管理图的趋势管理图a)a)偏向一侧偏向一侧b)b)有倾向性有倾向性c)c)周期变化周期变化三个不同形式的趋势管理图点巡检模式下的趋势预报分析点巡检模式下的趋势预报分析 利用利用ExcelExcel电子表格电子表格对点巡检模式下的测对点巡检模式下的测量数据进行趋势预报量数据进行趋势预报分析。分析。图58 从测量数据拟合抛物线趋势公式点巡检模式下的趋势预报分析 利用Excel电子表格对点巡检模本章习题：本章习题：5-15-1，5-25-2，5-45-4，5-6.5-6.本章习题：5-1，5-2，5-4，5-6.28、举一而反三，闻一而知十，及学者用功之深，穷理之熟，然后能融会贯通，以至于此。朱熹29、读书之乐乐陶陶，起并明月霜天高。朱熹30、读书之法无他，惟是笃志虚心，反复详玩，为有功耳。朱熹31、读书无疑者须教有疑，有疑者却要无疑，到这里方是长进。朱熹32、为学之道，莫先于穷理；穷理之要，必先于读书。朱熹33、读书譬如饮食，从容咀嚼，其味必长；大嚼大咀，终不知味也。朱熹34、读书无疑者，须教有疑，有疑者，却要无疑，到这里方是长进。朱熹35、举一而反三，闻一而知十，及学者用功之深，穷理之熟，然后能融会贯通，以至于此。朱熹36、我从未知道过有什么苦恼是不能为一小时的读书所排遣的。孟德斯鸠37、喜爱读书，就等于把生活中寂寞无聊的时光换成巨大享受的时刻。孟德斯鸠38、有时间读书，有时间又有书读，这是幸福；没有时间读书，有时间又没书读，这是苦恼。莫耶39、读书人不一定有知识，真正的常识是懂得知识，会思想，能工作。徐特立28、举一而反三，闻一而知十，及学者用功之深，穷理之熟，然后