设备状态振动监测与故障诊断课件

设备状状态振振动监测与故障与故障诊断断设备状态振动监测 与故障诊断1目录目录第一章第一章 绪论绪论 第一节第一节:故障诊断的概念故障诊断的概念第二节：故障诊断技术的工作原理第二节：故障诊断技术的工作原理 和工和方法和工和方法 第三节：故障诊断技术的层次第三节：故障诊断技术的层次目录第一章 绪论 2第二章第二章 振动理论振动理论第一节：振动的概念和分类第一节：振动的概念和分类第二节第二节:自由振动自由振动第三章第三章 振动诊断技术振动诊断技术第一节：振动监测系统的组成第一节：振动监测系统的组成第二节：振动诊断技术的实施过程第二节：振动诊断技术的实施过程 目录目录第二章 振动理论目录3第一章第一章绪论绪论第一节第一节:故障诊断的概念故障诊断的概念 一、设备技术状态及监测 设备从投入使用时开始，其工作状态和技术指标（技术状态）就一直发生变化，如任其发展，就会产生故障，甚至造成严重后果。为了避免设备事故，保障人身和设备安全，必须对设备进行测，使人们随时掌握设备的技术状态，从而使设备维修和管理更趋科学化。第一章 绪论第一节:故障诊断的概念 4二、故障与维修故障-一台装置在它应达到的功能上丧失了能力，并非纯指失效或损坏。维修-设备经过运行使用之后，性能将逐渐变差，必须及时将劣化了的性能加以恢复，这就是设备维修。第一章第一章绪论二、故障与维修第一章 绪论5二、故障与维修1，事后维修 没有采用有效的监测手段，通常在设备损坏之后进行修理；适用于造价低的设备，且设备事故对人身不会造成伤害、对生产和工艺没有大影响的情况。第一章第一章绪论二、故障与维修第一章 绪论62,2,定期预防维修定期预防维修 设备按固定的周期进行维修，对保证设备安全运行，减少维修费用能起到一定的作用；但检修周期基本上是凭人的经验加上某些统计资料来制定，它很难预防许多由于随机因素引起的事故，而且会造成过剩维修。第一章第一章绪论2,定期预防维修第一章 绪论7 例：联合航空公司和美国航空公司对235套机械设备作了一个普查，发现只有8%的设备故障率随时间的推移按照一定的规律增加，其余92%的设备故障率近似为一个常数。多数设备故障率并不随时间增加而变大，全部设备都定期进行检修是不科学的，无形中浪费了大量人力和物力，减少了设备可用运行的时间，-过剩维修。第一章第一章绪论 例：联合航空公司和美国航空公司对235套机械设备作了一个83.状态维修 一种新的维修方式，需要预先掌握设备的实际技术状态，据此决定维修工作。基本原则：只有当测量结果表明有必要检修的时候才进行检修。-按“需”维修。定期维修变成定期检测设备的运行状态，根据设备状态劣化的程度，在故障发生前的某个时间内做好检修准备，有针对性地、有计划地安排停工修理。第一章第一章绪论3.状态维修第一章 绪论9三、故障诊断的定义 诊：对设备客观状态作检测；断：确定故障的性质、程度、部位，产生的原因，提出对策。第一章第一章绪论三、故障诊断的定义第一章 绪论10两个特点：1，应用了许多现代化的监测仪器和分析诊断系统。电子技术、计算机技术、信号分析技术从硬件到软件发展达到新的技术水平，现在可供使用的仪器和监测系统，从便携式仪器到成套设备，到人工智能的专家系统均已出现。第一章第一章绪论两个特点：第一章 绪论112，动态诊断。设备故障诊断就是在设备运行中或基本不拆卸设备的情况下，监测设备运行的状态，预测故障的部位和原因以及其对设备未来运行的影响，从而找出对策的一门技术。第一章第一章绪论2，动态诊断。第一章 绪论12一、故障诊断技术的工作原理 在设备监测和故障诊断技术中，异常及故障的表现叫做征兆，征兆的特点叫模式。要将故障征兆进行分类（如振动、噪声、变形、殘留物、松动、斑点、坑、断裂等），弄清故障类别（磨损、裂纹、腐蚀、不平衡、不对中、泄漏等），性质（渐发生、扩展性），程度（局部故障、整机故障等）。在掌握了具体类别后，可根据故障机理预测其发展情况，提出相应对策。第一章第一章绪论第二节第二节:故障诊断技术的工作原理和工和方法故障诊断技术的工作原理和工和方法 一、故障诊断技术的工作原理第一章 绪论第二节:故障13四方面的工作内容：1，信号检测：正确选择测试仪器和测试方法，准确地测量出反映设备实际状态的各种信号温度、应力、振动等）。建立起来的状态信号属于初始模式。2，特征提取：将初始模式的状态信号通过放大或压缩、形式变换、去除噪声干扰等处理，提取故障特征，形成待检模式 第一章第一章绪论四方面的工作内容：第一章 绪论143，状态识别：根据理论分析结合故障案例，采用数据库技术所建立起来的故障档案库为基准模式，把待检模式与基准模式进行比较和分类，即可区别设备的正常与异常。4，预报决策：经过判别，对属于正常状态的设备可继续监视；对属于异常状态的设备则要查明故障情况，做出趋势分析，估计其发展和可继续运行的时间及提出控制措施和维修决策。第一章第一章绪论3，状态识别：根据理论分析结合故障案例，采用数据库技术所建立15二、故障诊断技术的工作方法 第一章第一章绪论序号 故障征兆工作方法应用场合1振动强度测定、频谱分析、SPM脉冲诊断旋转机械、往复机械、流体机械、转轴、轴承、齿轮等2温度红外测温、红外热象、热电偶热工设备、工业炉窑、电动机、电器、电子设备等3油液油品的理化性能、磨粒的铁谱分析及油液的光谱分析设备润滑系统、有摩擦的传动系统、电子变压器等二、故障诊断技术的工作方法 第一章 绪论序号故障征16第一章第一章绪论4声学噪声、声阻、超声波、声发射等压力容器及管道、流体机械、工业阀门、断路开关等5强度载荷、扭矩、应力、应变等起重运输设备、各种工程结构等6压力压力、压差、压力联动等液压系统、流体机械、内燃机、气压系统等7点蚀和裂纹着色渗透、X射线、磁粉探伤、声发射等设备及零件的表面损伤、交换器及管道内孔等其中以振动、油液、温度、声学应用最多 第一章 绪论4声学噪声、声阻、超声波、声发射等压力17第三节 故障诊断技术的层次 一、简易诊断技术有以下特点：1，由设备维护人员在生产现场进行。2，使用的诊断仪器及检测仪表较简单和便于携带。3，只对设备有无故障、故障的严重程度及其发展趋 势做出定性的初步判断。4，相关的技术知识和经验比较简单。第一章第一章绪论第三节 故障诊断技术的层次 第一章 绪论18 5，采集的故障信号应该储存建档 适宜于安装调试阶段用以检查和排除运输过程及安装施工中的缺陷以及在使用维护价段进行状态监测，发现事故隐患，掌握设备的劣化趋势。第一章第一章绪论 5，采集的故障信号应该储存建档第一章 绪论19 二、精密诊断技术 使用精密仪器，对设备技术状态作出详细评价的技术。有以下特点：1，诊断由具有一定经验的工程技术人员在生产现场或诊断中心完成。2，使用的诊断仪器比较复杂。3，对设备故障的存在部位、发生原因及故障类型进行识别和定量分析。第一章第一章绪论 二、精密诊断技术第一章 绪论204，相关的技术知识和经验比较复杂，需要较多的学科配合。5，对信号进行深入的处理，并根据需要预测设备寿命。一般用于关键机组和诊断比较复杂的故障原因。除用于设备的开发研制过程外，更多用于维修阶段，费用较高，当简易诊断难以确诊时才采用。第一章第一章绪论4，相关的技术知识和经验比较复杂，需要较多的学科配合。第一章21第一节 振动的概念和分类，一、振动的概念 振动是物体运动的一种形式，它是指物体经过平衡位置而往复运动的过程。第二章第二章振动理论概述振动理论概述上限下限平衡位置弹簧振动第一节 振动的概念和分类，第二章 振动理论概述上限下限平22情况可用位移、速度、加速度三个参量表征。1，位移：振动物体离开平衡位置的距离。常用（m）、（mm）作单位。2，振动速度：振动物体离开平衡位置的快慢，用（mm/s）作单位。3，振动加速度：物体振动速度的变化率，位移的二阶导数，用g表示 将振动参数随时间变化的状态画出来，叫振动波形。第二章第二章振动理论概述振动理论概述情况可用位移、速度、加速度三个参量表征。第二章 振动理论23每一振动参量都具有三个基本要素：振幅X、频率f、相位。位移x=Xsin（t+0）0-初始相位，rad。-角频率。第二章第二章振动理论概述振动理论概述每一振动参量都具有三个基本要素：第二章 振动理论概述24二、振动的分类机械振动分为：规则振动，随机振动。若设备故障程度加剧，则随机振动中周期成分加强，从而整台设备振动增大。按产生振动原因分类：自由振动：给系统一定的能量后，系统所产生的振动，若无阻尼，则维持等幅振动，若有阻尼，则为衰减振动。第二章第二章振动理论概述振动理论概述二、振动的分类第二章 振动理论概述25 受迫振动：由周期变化的外力作用所引起的，如不平衡，不对中所引起的。自激振动：在没外力作用下，系统自身的原因所产生的激励而引起的振动。要引起自激振动必须存在初始扰动，它的振幅并不随时间的推移而衰减，一旦出现自激振动，往往难以控制，如不及时处理，常因激烈振动而损坏设备。因机械故障而产生的振动，多属于受迫振动和自激振动。第二章第二章振动理论概述振动理论概述 受迫振动：由周期变化的外力作用所引起的，如不平衡，不对中26 第一节:振动监测系统的组成第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术测振传感器与信号调理器信号记录仪信号分析与处理设备观测对象结果振动测试系统组成 第一节:振动监测系统的组成 第三章 振动诊断技术测振27 一、测振传感器（一）振动加速度传感器050kHz 有静电加速度传感器、激光加速度传感器、电磁加速度传感器、压电加速度传感器等到。其中压电加速度传感器具有很多优点：体积小、质量轻、灵敏度高、测量范围大、频响范围宽、线性度好、安装简便等。第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术 一、测振传感器第三章 振动诊断技术28 此处重点介绍压电加速度传器：压电效应：某些介质，如石英、钛酸钡等，当沿着一定的方向对其施加压力而使之变形时，其内部发生极化现象，同时在它的两个表面上产生符号相反的电荷；当外力去除后，电介质又重新恢复到不带电的状态。介质的压电效应是可逆的，即在电介质的极化方向施加电场，这些电介质也会产生变形，这种由电能转换为机械能的现象称为逆压电效应第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术 此处重点介绍压电加速度传器：第三章 振动诊断技术29电介质在外力作用下产生压电效应时，有如下关系式：q=A=Fq压电元件表面的电荷量，C；F压电元件表面所受的压力，N；压电元件表面的压强，N/m2；A压电元件的工作表面积，m2；压电材料的压电系数，C/N；第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术电介质在外力作用下产生压电效应时，有如下关系式：q=30 压电材料：具有压电效应的材料称为压电材料；具有如下性能：机械性能：压电元件是受力元件，因而它应有机械强度高，刚度大的特点。转换性能：压电常数应较大。电性能：具有较高电阻率和较大介电常数，以减弱外部环境的影响并获得良好低频特性。时间稳定性：要求压电性能具有一定的稳定性。环境适应性：要求温度、湿度稳定性好 第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术 压电材料：具有压电效应的材料称为压电材料；具有如下性能：31 压电加速度传感器的工作原理：如图是一个纵效应型的一种；第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术 m kCXrxs=xosint 压电加速度传感器的工作原理：如图是一个纵效应型的一种；32 压电加速度传感器的工作原理：如图是一个纵效应型的一种；第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术 压电加速度传感器的工作原理：如图是一个纵效应型的一种；33 等效电路如图：第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术 等效电路如图：第三章 振动诊断技术34 由等效电路可知，压电式传感器不适合于静态量测量。因为只有当传感器内部信号电荷没有泄漏，且外电路负载非常大时，压电传感器受力后产生的电压或电荷才能长期保存下来，否则将以其时间常数按指数规律放电。第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术 由等效电路可知，压电式传感器不35 加速度传感器使用注意事项：（1）湿度影响：环境的湿度增大，会使传感器的绝缘电阻（泄漏电阻）减少，从而使传感器的低频响应特性变坏。因此传感器的有关部份的绝缘一定要有保证。对长期在潮湿环境或水下工作的传感器，应采取防潮密封措施，易进水的线接头要加以密封。第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术 加速度传感器使用注意事项：第三章 振动诊断技术36（2）温度影响：石英常用于标准传感器是因为石英晶体对温度不敏感，而温度对压电陶瓷的压电系数和介电常数的影响则大得多，采用压电陶瓷作为传感器，一般要进行人工老化处理。第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术（2）温度影响：第三章 振动诊断技术37（3）电缆噪声：电缆受到突然的扰动或振动时，自身会产生噪声由于压电式传感器电电容性的，在低频时其内阻抗极高，电缆里产生的噪声不会很快消失，成为一种干扰信号。为减少电缆噪声常采用以下办法：一是选用特制的低噪声电缆，二是在测量过程中将电缆固定以避免相对运动。第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术（3）电缆噪声：第三章 振动诊断技术38如图所示:第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术不正确正确如图所示:第三章 振动诊断技术不正确正确39（4）接地回路噪声：不同接地点之间易存在电位差U，该电位差会在接地回路中形成回路电流，在测量系统中就产生了噪声。防止接地回路中产生噪声信号的办法是整个测量系统在一点接地。接地点最好选在记录设备的输入端。安装时要将传感器和放大器对地隔离。第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术（4）接地回路噪声：第三章 振动诊断技术40第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术防止措施第三章 振动诊断技术防止措施41（5)传感器横向灵敏度的影响：加速度传感器只有当振动沿其主轴方向发生时才会有信号输出，也就是说，传感器最大灵敏度的方向应该与传感受器的主轴重合。如果使传感器的最小横向灵敏度方向与被测物体的横向振动方向一致，则可最大限度地降低横向灵敏度的影响，使测量误差减为最少。第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术（5)传感器横向灵敏度的影响：第三章 振动诊断技术42（6)传感器安装方式的影响：第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术序号 安装方式安装示意图特点1钢制双头螺栓安装频响特性最好,基本不降低传感器的频响性能.负荷加速度最大,是最好的安装方法,适合于冲击测量.2绝缘螺栓加云母垫片频响特性近似于没加云母片的双头螺栓安装,负荷加速度大,适合于需要电器绝缘的场合.3用胶黏剂固定用黏胶剂固定,和绝缘法一样,频响特性良好,可达10Hz（6)传感器安装方式的影响：第三章 振动诊断技术序号安装43第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术序号 安装方式安装示意图特点4用钢性高的蜡固定频率特性好,但不耐温5永久磁铁安装只适用于12kHz的测量,负荷加速度中等(200g),使用温度一般150.6手持用手按住,频响特性最差,负荷加速度小,只适用于1kHz的测量,其最大优点是使用方便.第三章 振动诊断技术序号安装方式安装示意图特点4用钢性高44第二节:振动诊断技术的实施过程一、诊断对象的确定必须经过充分的调查研究，有重点地选定用作监测对象的设备(1)一般是连续作业和流程作业中设备。(2)停机或存在故障会造成很大损失的设备。(3)故障发生后，会就成环境污染的设备。第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术第二节:振动诊断技术的实施过程 第三章 振动诊断技术45（4）维修费用高的设备。（5）设有备用机组的关键设备。（6）价格昂贵的大型精密和成套设备。（7）容易造成人身安全事故的设备。（8）容易发生故障的设备。第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术（4）维修费用高的设备。第三章 振动诊断技术46二、诊断方案的确定1，选择测点 选择最隹的测量点并采用合适的检测方法是获取设备运行状态的重要条件。测量点选择的正确与否，关系到能否对设备故障作出正确的诊断。确定测量点数量及方向的总原则是：能对设备振动状态作出全面的描述；应是设备振动的敏感点；应是离机械设备核心部位最近的关键点；应是容易产生劣化现象的易损点。第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术二、诊断方案的确定第三章 振动诊断技术47对于一般的旋转机械，测轴振动和测轴承的振动是两种常见的振动测定方法。一般而言，对于非高速旋转体，以测定轴承的振动为主；对于高速旋转体，则以测定轴的振动位移居多。在测轴承的振动时，测量点应尽量靠近轴承的承载区；与被监测的转动部件最好只有一个界面，测量点必须要有足够的刚度。第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术对于一般的旋转机械，测轴振动和测轴承的振动是两种常见的振动测48对于低频振动，应在水平和垂直两个方向同时进行测量，必要时，还应在轴向进行测量；而对于高频振动，则只需在一个方向进行测量。因高频信号对方向不敏感，低频信号的方向性强。尽可能地避免选择高温、高湿、出风口和温度变化剧烈的地方作为测量点，以保证测量结果的有效性。第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术对于低频振动，应在水平和垂直两个方向同时进行测量，必要时，还49 测量点一经选定，就必须进行标记，如打上样冲眼或加工出固定传感器的螺孔，以保证在同一点进行测量。研究表明，在测高频振动时，微小的偏移（几毫米），将会造成测量值相差几倍（高达6倍）。第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术 测量点一经选定，就必须进行标记502预估频率和振幅 振动测量前，应估计一下所测振动信号的频率范围和幅值的大小，对于选择传感器、测量仪器和测量参数非常必要，同时防止漏检某些可能存在的故障信号。采用以下几种方法。（1）根据积累的现场诊断经验，对设备常见故障的振动特征频率和振幅作一个基本估计。第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术2预估频率和振幅 第三章 振动诊断技术51（2）根据设备的结构特点、性能参数和工作原理计算出某些可能发生的故障特征频率。（3）广泛搜集诊断知识，掌握一些常用设备的故障特征频率和相应的幅值大小。（4）利用便携式振动测量仪，在正式测量前对设备进行重点分块测试，找到一些振动烈度较大的部位，通过改变测量频段和测量参数进一步测量，也可以大致确定其敏感频段和幅值范围。第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术（2）根据设备的结构特点、性能参数和工作原理计算出某些可能发52（3）测量参数的确定 在机械设备振动诊断工作中，位移、速度和加速度是三种可测量的幅值参数。选择时应考虑两方面的因素：一是振动频率的构成；二是主要的振动表象。从频率角度看，高频信号常选加速度作为测量参数，低频信号选位移作为测量参数，居于其间选速度作为参数。第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术（3）测量参数的确定 第三章 振动诊断技术53加速度、速度v和位移x三者之间存在如下关系式 =v=2x简谐振动的频率，Hz。按频带选定测量参数：位移010Hz，速度10HzkHz，加速度1kHz。第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术加速度、速度v和位移x三者之间存在如下关系式第三章 振54 对振动检测最重要的要求之一，就是测量范围应能包含所有主要频率分量的全部信息，包括不平衡、不对中、滚动体损坏、齿轮啮合、叶片共振、轴承元件径向共振、油膜涡动和油膜振荡等有关的频率成分，其频率范围往往超过1kHz。很多典型的测试结果表明，在机器内部损坏还没有影响到机器的实际工作能力之前，高频分量就已包含了缺损的信息。为了预测机器是否损坏，高频信息是非常重要的。因此，测量加速度值的变化及其频率分析常常成为设备故障诊断的重要手段。第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术 对振动检测最重要的要求之一，就是测55 应根据不同的应用场合选择相应的振动监测参数：第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术测量参数 振动表象 应用场合 位移位移量或活动量异常加工机床的振动、旋转轴的摆动 速度 振动能量异常旋转机械的振动 加速度 冲击力异常轴承和齿轮的缺陷引起的振动 应根据不同的应用场合选择相应的振动监测参数：第三章 56 在大多数情况下，评定机械设备的振动量级和诊断机械故障，主要采用速度和加速度的有效值，只有在测量变形破坏时，才采用位移峰值。4.选择诊断仪器：考虑如下两方面。（1）仪器应有足够宽的频率范围，能覆盖所有重要的振动频率成分，一般范围是10Hz10kHz。（2）仪器要有好的动态范围，在一定的频率内能保证对所有可能出现的振动数值有一定的显示精度。第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术 在大多数情况下，评定机械设备的振动量级57 5.传感器的选择与安装 测量位移采用涡流式位移传感器；测量速度采用磁电式速度传感器；测量加速度采用压电式加速度传感器。6做好其他相关事项的准备 为可靠地进行工作，最好在正式测量前做一次模拟测试，以检验仪器的状态和准备工作的充分程度。第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术 5.传感器的选择与安装第三章 振动诊断技术58三、振动信号的测量 在确定了诊断方案之后，要根据诊断目的对设备进行各项相关参数测量。然后将测量到的振动信号进行校验，把真实数据储存起来。2.振动的测量（1）转轴的振动测量 测量转轴时,一般是测量轴颈的径向振动。通常是在一个平面内正交的两个方向分别安装一个探头,即两个测点相差90度。第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术三、振动信号的测量第三章 振动诊断技术59第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术第三章 振动诊断技术60 实际应用中，只要安装位置可行，两个探头可安装在轴承圆周的任何位置，只要能够保证其905的间隔，都能够准确测量轴的径向振动。探头的安装位置应尽量靠近轴承，否则由于轴的挠度，得到的测量值将包含附加的误码差。径向振动探头的安装位置与轴承的距离要在76mm之内。第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术 实际应用中，只要安装位61注意:如下图所示,探头中心线应与轴心线正交，探头监测的轴表面1.5倍探头直径宽度范围内,整个圆周面应无刻痕迹或其他任何不连续的表面(如油孔或者说键槽等),且在这个范围内不能有喷镀金属或电镀,表面粗糙度应在0.40.8m之间。第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术注意:第三章 振动诊断技术62第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术第三章 振动诊断技术63（2）机壳（轴承座）的振动测量 一般需要测量三个互相垂直方向的振动，因为不同的故障在不同的测量方向上有不同的确反映。如不平衡故障在水平方向振动较为明显；而不对中故障常伴有明显的轴向振动。第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术（2）机壳（轴承座）的振动测量 一般需要测量三个互相垂直64（3）转子绝对振动检测 一般是大型汽轮机组的转子的测量，要对转子的绝对振动进行测量；一般采用非接触式电涡流传感器测量轴的相对振动，用磁电式速度传感器测量轴承座的绝对振动，并将振动速度信号通过积分放大电路转换为振动位移信号，然后在合成线路中按时域代数相加，便得到轴的绝对振动。第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术（3）转子绝对振动检测 一般是大型汽轮机组的转子的测量，65第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术第三章 振动诊断技术66（4）旋转机械轴向位移测量 测量面应该与轴是一个整体，这个测量面以探头中心线为中心，宽度为1.5倍探头头部直径（在停机时，探头只对正了这个圆环的一部分，机器启动后，整个圆环都会成为被测面），整顿秩序个被测面应该满足前面所述的对被测面的要求。通常采用两套传感器对推力轴承同时进行监测，两个优点：一是可以实现联锁停机，一旦有一套传感受器失效，不会造成误动作停机；二是即使有一套传感器损坏失效，也可以通过另一套传感器有效地对转子的轴向位移进行监测。第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术（4）旋转机械轴向位移测量 测量面应该与轴是一个整体，67第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术第三章 振动诊断技术68 探头安装位置距离止推盘不应超过305mm,否则测出的结果不仅包括轴向位置的变化,而且也包括了热胀冷缩的变化,不能真实地反映轴向位移量 在安装传感器探头时,由于停机状态下止推盘没有紧贴止推轴承工作面,因而探头的安装间隙应该偏大,原则上应保证当机器启动后,转子处于其轴向窜动量的中心位置时,传感器应工作在其线性工作范围的中点第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术 探头安装位置距离止推盘不应超过305mm,否则测692.信号分析对于初次测量的信号，要进行信号重放和直观分析，检查测得的信号是否真实。有可参考的资料，操作者对所测得的信号比较熟透，那么在现场就可以大致判断所测得信号的幅值及时域波形的真实性。如缺少资料和经验，应进行多次复测和试分析，确认测试无误后再作记录。第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术2.信号分析第三章 振动诊断技术704.数据记录整理应详细记录所测得的数据。除了记录仪器显示的参数外，还要记下与测量分析有关的其他内容，如环境温度、电源参数、仪器型号、仪器的通道数，以及测量时设备运行的工况参数（如负荷、转速、进出口压力、轴承温度、声音、润滑等）。第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术4.数据记录整理第三章 振动诊断技术71四、设备状态分析与故障诊断(一)设备总体状态分析一般可以采用标准判别法和图象判别法。1.标准判别法:常采用的有三种类型：绝对标准、相对标准、和类比标准。（1）绝对标准 把设备状态分为“良好”、“允许”、“较差”、“不允许”等几个级别。分析时，只需将实测参数与标准规定值进行比较，就可以把设备状态归入某一个级别，作出判断结论。较常用的诊断标准有ISO2372、ISO3945及GB/T113471989等机械振动标准。第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术四、设备状态分析与故障诊断第三章 振动诊断技术72（2）相对标准 采用相同的测试方案把机器在良好状态下测得的振动值作为初始值（原始值），将机器运行中实测得的值与初始值比较，按实测值达到初始值的倍数来判别设备的状态。标准一般是由用户根据设备的具体情况自已建立的。第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术（2）相对标准 第三章 振动诊断技术73例如某单位的旋转机械振动诊断相对标准：第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术 实测值与初始值之比123 4567 低频振动（1000Hz）良好注意危险 高频振动（1000Hz）良好注意危险例如某单位的旋转机械振动诊断相对标准：第三章 振动诊74（3）类比标准:将数台同型号、同规格的设备，在相同的测试条件下，用相同的测试方法测得的振动值互相比较，依据它们之间的差别对设备的状态进行判别。一般情况下在低频段（1kHz）测量时，若振动值大于其他大多数设备振动值的1倍以上，就判为异常；在高频段（1kHz）若实测值大于其他设备的2倍以上时，判设备状态为异常。在低频段测量，若振动值大于其他设备的2倍以上；或高频段的振动测值大于其他设备4倍以上时，一般判为故障严重，应考虑停机修理 第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术（3）类比标准:将数台同型号、同规格的设备，在相同的测试条件75如图是三台型号相同的水泵,判断C泵状态异常.第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术如图是三台型号相同的水泵,判断C泵状态异常.第三章 振动762.图像分析法利用平时积累的设备在正常运行状态下的标准振动频谱（或时域波形），把同一条件下测得的频谱（或波形）与标准频谱（或波形）进行比较，通过分析它们的差别可以大致判断设备状态的好坏。第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术2.图像分析法第三章 振动诊断技术77(二)故障类型分析1,瞬间信号分析法通常将开机、停机过程的振动信号称为瞬态信号，是转子系统对速度变化的响应，是转子动态特性和故障征兆的反映。振动瞬态信号的变化是随着激励源的变化而变化的，不同的激励源产生不同的振动瞬态信号。在振动分析中，通过作波特图可以分析振动瞬态信号的形态。第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术(二)故障类型分析第三章 振动诊断技术78 波特图是描述某一频带下振幅和相位随过程的变化的两组曲线。图中标示了4种故障类型：第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术 波特图是描述某一频带下振幅和相位随过程的变化的两组79(1)电磁振动 关掉电源后，电机转速刚降低，其振动幅值便立即衰减为零。(2)共振 振动幅值随转速降低而迅速下降。(3)不平衡振动 速度降低时，振动幅值也平稳连续地缓慢地下降。(4)失稳振动 在转速下降很大幅度之后，振动幅值才较快地下降。第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术(1)电磁振动 关掉电源后，电机转速刚降低，其振动幅值便立80 实际上的瞬态信号曲线不会这样规范，当有几种故障同时存在时，各种振动的共同作用必然使瞬态信号曲线变得复杂。在设备诊断中，通过分析振动瞬态信号来识别故障的方法有一定的局限性。一是因为测量机器的振动瞬态信号只有在机器停止或启动的时候才能进行，故比较麻烦。第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术 实际上的瞬态信号曲线不会这样规81 2.方向特征分析法有些设备故障的振动特征表现出明显的方向性，即在同一测点不同方向振动值呈现规律性的差异。实例表明，当设备出现转子不平衡时，轴承测点各个方向的振动值表现这样一种关系：水平振动垂直振动轴向振动。当存在不对中时则表现为：轴向振动1/2径向振动。第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术 2.方向特征分析法第三章 振动诊断技术82 还有些故障可用振动方向特征来进行判别，如机器底部垂直方向振值很大，一般是地脚螺栓松动造成的；当轴承部位垂直方向的振值大于水平方向振值，很可能是滑动轴承已失效。有一台振动异常的汽轮机，其轴承的垂直振动约为水平振动的3倍，当拆机检查时发现轴瓦的巴氏合金已经碎裂。第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术 还有些故障可用振动方向特征来进行判别，如机器底833.振幅变动特征分析法 设备在承载均匀，没有冲击，转速稳定的状态下运行时，振动值基本上是稳定的，此时用模拟式振动测量仪进行测量，指针基本上没有异常摆动，振幅变动小，这说明设备运行正常。如果出现仪表指针大范围的频繁摆动，说明可能是转子的某个部位发生径向或轴向碰擦或者是滚动轴承由于连接松动而与相邻部件发生了不均匀摩擦。在这种情况下，一般要拆开机器才能找到故障源。第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术3.振幅变动特征分析法第三章 振动诊断技术844.幅值比较分析法 连接部件松动是机器常见故障，幅值比较分析法是最简单、最有效的检测办法。如图:测量点、垂直方向的振动值，比较三个振动值的大小，若数值相差很大，说明存在松动故障，且可判定松动部位。第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术4.幅值比较分析法第三章 振动诊断技术85第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术第三章 振动诊断技术865.主要频率分析法 机械的每一个运动构件都有各自的运动频率，而大多数机械故障引发的振动也有自已的振动频率，称为特征频率，且少数故障的振动频率具有唯一性。机械故障的振动频率，常常是很复杂的，很少以单个频率出现。在这个频率群体中，各个频率对故障判断所起作用的程度是不一样的，其中必有一个主要频率（即主频率）所起作用最大。如齿轮的啮合频率，滚动轴承的通过频率，油膜振荡的半倍转频，不平衡振动的1倍转频等，都是发生故障的主要频率。第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术5.主要频率分析法第三章 振动诊断技术87几种常见故障的主要特征频率 第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术故障种类特征频率/Hz符号含义 不平衡fr fr为转子旋转频率 不对中fr、2fr及其谐波 齿轮故障fc、2fc、3 fc及其边频 fc为齿轮啮合频率 滚动轴承故障fi、fo、fb、fc、fn及其谐波fi、fo、fb、fc分别为内圈、外圈、滚动体、保持架通过频率油膜振荡（0.430.48)fr工作叶轮叶片通过频率z frZ为叶轮叶片数电磁振动fs、2fsFs为电源频率几种常见故障的主要特征频率 第三章 振动诊断技术故障种类88 例:某钢厂的风机,电机功率800kW,转速750r/min,中修后机组运行过程中振动逐渐增强,四月后,测点(1)水平方向振动值Vrms达到15.15mm/s.在现场作了频谱分析,测点(1)最大峰值频率为12.65Hz,与转频基本一致.由于频谱中1倍频分量是主要成分且水平方向振动最强,且测点靠近风机叶轮,综合分析,判断机机存在较严重的不平衡.通过拆机验证,发现叶轮周边存在严重的不均匀磨蚀,使转子产生了不平故障.第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术 例:某钢厂的风机,电机功率800kW,转速750r/min89 例第三章第三章振动诊断技术振动诊断技术 例第三章 振动诊断技术90