设备状态监测与故障诊断技术第6章-设备振动诊断实课件

2024/7/61第六章第六章设备振动诊断实施方法设备振动诊断实施方法学学习目目标：本章将详细介绍设备振振动诊断策略断策略和实施方法施方法：n熟知熟知实施现场振动诊断的6个基本步骤；n掌握掌握振动诊断状态识别的基本方法；n掌握掌握设备劣化趋势分析的方法与应用；n了解了解工厂设备振动诊断方案实践。n 第六章 设备振动诊断实施方法 学习目标：2024/7/62第一第一节实施施现场振振动诊断的断的6个步个步骤n在故障诊断日常工作中，诊断工程师主要采用人、机器、电脑、测振仪四位一体四位一体的方式，沿着“确定确定诊断范围了了解解诊断对象确定确定诊断方案（包括选择测点、频程、测量参数、仪器、传感器等）建立建立监测数据库（包括测点数据库、频率项数据库、报警数据库）设置置巡检路线采集采集数据回放回放数据分析分析数据判断判断故障作出作出诊断决策择时检修检查验证”这条科学有效的途径途径开展工作。n通观振动诊断的全过程，诊断步骤可概括为3个个环节，即：准准备工作工作、诊断断实施施、决策与决策与验证。可归纳为如下6个步骤：n 第一节 实施现场振动诊断的6个步骤 在故障诊断日常工作2024/7/63稀有、昂稀有、昂贵、大型、精密、无、大型、精密、无备台的关台的关键设备；连续化、快速化、自化、快速化、自动化、流程化程度高的化、流程化程度高的设备；一旦一旦发生故障可能造成很大生故障可能造成很大经济损失，或是失，或是环境境污染，或是人染，或是人身身伤亡事故等影响的亡事故等影响的设备；故障率高的故障率高的设备。n 此外，在确定诊断对象时，应尽可能多地覆盖各覆盖各类设备，在每类设备中选定一至两台进行重点重点监测，以便取得关于该类设备的全部运行历程记录，并在生产实践中不断积累诊断经验，完善诊断策略，这样在遇到各类故障甚至是疑难杂症时都可能做到有的放矢有的放矢。n当然当然，对于机器设备的异常状态，应当适当增加增加监测内容内容（包括设备、测点、参数和频次）。一、确定、了解一、确定、了解诊断断对象象 第一节第一节 实施现场振动诊断的实施现场振动诊断的6个步骤个步骤 n 稀有、昂贵、大型、精密、无备台的关键设备；一、确定、了解诊断2024/7/64n在确定了诊断对象的范围后，在实施设备诊断之前，必须对每台诊断对象的各个方面有充分的各个方面有充分的认识了解了解，就像医生治病就像医生治病必必须熟悉人体的构造一熟悉人体的构造一样。n经验表明，诊断人员如果如果对设备没有足够充分的了解，甚至茫然无知，那么那么，即使是信号分析专家也是无能为力的。有很多企业的故障故障诊断从断从业人人员在在对本企本企业设备进行行诊断断时往往往比信号分析往比信号分析专家家更准确，就是因为他们做到了对现场设备了如指掌。第一节第一节 实施现场振动诊断的实施现场振动诊断的6个步骤个步骤 n 在确定了诊断对象的范围后，在实施设备诊断之前，必须对每台诊断2024/7/65设备编号JZ 设备名称 资产原值/净值（万元）所属厂矿 安装地点 所占地位设备结构简图 滚动轴承 =滑动轴承 -联 轴 器 测 点维 修 及 故 障 情 况安装日期年 月 日故障部位投产日期年 月 日故障特征大修周期年故障频率次/年上次大修日期年 月 日易损零件大修费用元/次修复工期天年维修费用元修复费用元维修单位停机损失元正常运行参数项目单位参数值传动工作部件部件名称型号及主要参数设备铭牌型号名称项目填表单位 填表日期 年 月 日 填表人：表表6-1 监诊设备调查表（参考）监诊设备调查表（参考）注：字母JZ为监测与诊断的缩写代号。n 设备编号JZ 2024/7/66表表6-2 监诊设备参数表参数表设备名称：设备位号：设备简图：驱动机器：齿轮箱被驱动机器：制造厂：制造厂：制造厂：出厂编号：出厂编号：出厂编号：转速（r/min）最低：最高：转速（r/min）输入转速：输出转速：转速（r/min）最低：最高：功率（KW）：功率（KW）：功率（KW）：轴承（自由端）型号：轴承（输入）：轴承（输出）：轴承（自由端）型号：轴承（联轴器端）型号：轴承（联轴器端）型号：齿轮齿数主动齿轮：从动齿轮：叶片数目动叶：静叶：备注：备注：备注：设设 备备 状状 态态 检检 修修 系系 统统设设 备备 卡卡 片片n 表6-2 监诊设备参数表设备名称：设备位号：设备简图：驱动2024/7/67 对一台列一台列为诊断断对象的象的设备要要着重掌握着重掌握4个方面的内容：个方面的内容：1设备的的结构构组成成 对设备的结构主要掌握两点主要掌握两点：搞清楚设备的基本组成部分及其联接关系。一台完整的设备一般由三大部分组成，即：原原动机机（大多数采用电动机，也有用内燃机、汽轮机、水轮机的，一般称辅机机）、工作机工作机（也称主主机机）和传动系系统。要分别查明它们的型号、规格、性能参数及联接的形式，画出结构简图。必须查明各主要零部件（特别是运动零件）的型号、规格、结构参数及数量等，并在结构图上标明，或另予说明。具体地说，必需的数据包括数据包括：第一第一节实施施现场振振动诊断的断的6个步个步骤n 对一台列为诊断对象的设备要着重掌握4个方面的内2024/7/681功率；功率；2转速；速；3轴承承制造厂及型号，它的安装位置（尤其是滚动轴承）；4风机机或泵等流体机械流体机械的转子叶片数目及导流叶片数目（或称静止叶片）（如果是多级流体机械转子，应该尽可能收集每级的数据）；5齿轮箱箱数据包括包括每级齿轮的齿数，多级传动的传动关系数据及它们的支承轴承数据，输入或输出转速；6皮皮带传动应该包括皮带轮直径及转速；7交流感交流感应电动机机，应该包括电机的极对数（P），转子条数目，转速；8同步同步电机机，应该包括定子线圈数目（定子线圈数目=极数目线圈数目/每极）；9直流直流电机机，应该包括全波整流还是半波整流（如果是可控硅整流器整流的话）；10联轴器器型式；11如果设备本身有振动允许值的要求，例如制造厂的指标，请列出具体数列出具体数值（应该尽可能指明使用的振动单位，有效值还是峰值或峰峰值）。第一第一节实施施现场振振动诊断的断的6个步个步骤n 1功率；第一节 实施现场振动诊断的6个步骤 2024/7/69图图6-1 某纸厂制浆车间直流电动机及其齿轮箱和螺杆机某纸厂制浆车间直流电动机及其齿轮箱和螺杆机的总体布置及测点位置示意图的总体布置及测点位置示意图 图图6-2 齿轮箱结构示意及相关数据齿轮箱结构示意及相关数据 第一第一节实施施现场振振动诊断的断的6个步个步骤n 图6-1 某纸厂制浆车间直流电动机及其齿轮箱和螺杆机图6-2024/7/6102机器的工作原理和运行特性机器的工作原理和运行特性 各主要零部件的运运动方式方式：旋转运动还是往复运动；机器的运运动特性特性：平稳运动还是冲击性运动；转子运行速度运行速度：低速（6000r/min）；匀速还是变速；机器平时正常运行时及振动测量时的工况参数工况参数值。3机器的工作条件机器的工作条件 载荷性荷性质：均载、变载还是冲击负荷；工作介工作介质：有无尘埃、颗粒性杂质或腐蚀性气（液）体。周周围环境境：有无严重的干扰（或污染）源存在，如振源、热源、粉尘等。4设备基基础形式及状况形式及状况：刚性or弹性。5主要技主要技术档案档案资料料：主要设计参数等。第一第一节实施施现场振振动诊断的断的6个步个步骤n 2机器的工作原理和运行特性第一节 实施现场振动诊断的6个2024/7/611二、确定二、确定诊断方案断方案 1选择测点点 n对振振动反反应敏感敏感：靠近振源、直线传播；n信息丰富信息丰富：信号比较集中；n适适应诊断目的断目的：哪里故障；n适于安置适于安置传感器感器：足够空间、刚度；n符合安全操作要求符合安全操作要求：设备、人身安全。图图6-3 测点的三个测量方向测点的三个测量方向H水平方向水平方向 V垂直方向垂直方向 A轴向轴向 第一节第一节 实施现场振动诊断的实施现场振动诊断的6个步骤个步骤 n 二、确定诊断方案 1选择测点 图6-3 测点的三个测量方2024/7/612n 在通常情况下，轴承是监测振动最理想的部位轴承是监测振动最理想的部位。此外此外，设备的地脚、基础、机壳、缸体、进出口管道、阀门等部位，也是测振的常设测点。n 每个测点一般有三个测量方位三个测量方位，即水平水平（HHorizontal），垂垂直直（VVertical）和轴向轴向（AAxial），如图6-3所示。水平方向和垂直方向的振动反映径向振动反映径向振动，测量方向垂直于轴线；轴向振动的方向与轴线重合或平行重合或平行。第一第一节实施施现场振振动诊断的断的6个步个步骤n 在通常情况下，轴承是监测振动最理想的部位。此外，设备的地脚2024/7/613选择测量点n在状态监测工作中，应尽量在三个方向三个方向上进行测量，至少在工作的初期应该如此。n低低频振振动常常具有方向性具有方向性（如不平衡在水平方向上，不同轴在轴向上，松动在垂直方向上比较容易发生）。n测定点一经确定之后，就要经常在同一点同一点进行行测定定。这要求在测定点上作出记号（如使用油漆或用钢针打出定位孔）。尤其对于环境条件差的境条件差的场合合，这一点更加重要，在测高频振动时，曾经出现过测定点偏移几毫米后，测定值相差6倍的情况。第一节第一节 实施现场振动诊断的实施现场振动诊断的6个步骤个步骤 n 选择测量点在状态监测工作中，应尽量在三个方向上进行测量，至少2024/7/6142预估估频率和振幅率和振幅 根据长期积累的现场诊断经验，对种类常见多发故障的振动特征频率和振幅作一个基本估基本估计。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故障特征频率率。利用便携式振便携式振动测量量仪，在正式测量前进行分区多点搜索测试，发现一些振振动烈度烈度较大大的部位，再通过改改变测量频段和测量参数进行多次测量，也可以大致确定大致确定其敏感频段和幅值范围。广泛搜集诊断知识，掌握一些常用常用设备的故障特征的故障特征频率率和相相应的幅的幅值大小大小。第一第一节实施施现场振振动诊断的断的6个步个步骤n 2预估频率和振幅第一节 实施现场振动诊断的6个步骤 2024/7/6153确定确定测量参数量参数 人们在诊断实践中总结出一条普遍性原普遍性原则，即即根据诊断断对象振象振动信号的信号的频率特征率特征来选择诊断参数。n低频振动（1000Hz）采用加速度，加速度，压电式传感器；n对大多数机器来说，最佳最佳诊断参数是速度断参数是速度。此外，在诊断滚动轴承故障时，常采用g/SE作为诊断参数。第一第一节实施施现场振振动诊断的断的6个步个步骤n 3确定测量参数第一节 实施现场振动诊断的6个步骤 2024/7/6164选择诊断断仪器器 仪器的频率范率范围要足够宽，要求能记下下信号内所有重要的重要的频率成分率成分，一般在510000Hz或更宽一些。对于预示故障示故障来说，高高频成分成分是一个重要信息；而对于转速极低速极低的机器来说，低低频成分成分则更加重要，建议选用超低频传感器。要考虑仪器的动态范范围。要求测量仪器在一定的频率范围内能对所有可能出现的振振动数数值，从最高到最低最高到最低均能保证一定的显示（或记录）精度。这种能够保证一定精度的数值范围称为仪表的表的动态范范围。第一第一节实施施现场振振动诊断的断的6个步个步骤n 4选择诊断仪器第一节 实施现场振动诊断的6个步骤 2024/7/6175选择与安装与安装传感器感器 由转子交变力激起的轴承的振动称为绝对振振动，又叫瓦瓦振振；在激振力作用下，转子相对于轴承的振动称为相相对振振动，又叫轴振振。在在现场实行行简易振易振动诊断主要是使用断主要是使用压电式加速度式加速度传感器感器测量量轴承的承的绝对振振动。图图6-4 两种测量方式：绝对振动与相对振动两种测量方式：绝对振动与相对振动 第一第一节实施施现场振振动诊断的断的6个步个步骤n 5选择与安装传感器图6-4 两种测量方式：绝对振动与相对2024/7/618传感器常用安装方法及特点磁座使用方便而性能适中，是最常用的方法磁座使用方便而性能适中，是最常用的方法6做好其他相关事项的准备做好其他相关事项的准备充电、模拟测试、记录表格等，“万事俱备万事俱备”。第一节第一节 实施现场振动诊断的实施现场振动诊断的6个步骤个步骤 n 传感器常用安装方法及特点磁座使用方便而性能适中，是最常用的方2024/7/619三、三、进行振行振动测量与信号分析量与信号分析1两种测量系统两种测量系统 模拟式模拟式测振仪所构成的测量系统 以数据采集器为代表的数字式数字式测振仪器所构成的振动诊断测量系统2振动测量与信号分析振动测量与信号分析：三个方向水平H、垂直V、轴向A。3数据记录整理数据记录整理 除了记录仪器显示的参数外，还要记下与测量分析有关的与测量分析有关的其他内容其他内容，如如环境温度、电源参数、仪器型号、仪器的通道数（数采器有单通道、双通道之分），以及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）。如果不及时记录，以后无法补测，将严重影响分析判断的准确性。第一第一节实施施现场振振动诊断的断的6个步个步骤n 三、进行振动测量与信号分析1两种测量系统2振动测量与信号2024/7/620四、四、实施状施状态判判别 根据测量数据和信号分析所得到的信息，对设备状态作出判别。首先首先判断它是否正常，然后然后对存在异常的设备作进一步分析，指出故障的原因、部位和程度。对那些不能用不能用简易易诊断断解决的疑难故障，须动用精密手段去加以确诊。五、作出五、作出诊断决策断决策 通过测量分析、状态识别等几个程序，弄清了设备的实际状态，为处理决策创造了条件。这时应当提出提出处理意理意见：或是或是继续运行，或是或是停机修理。对需要修理的设备，应当指出当指出修理的具体内容，如如待处理的故障部位、所需要更换的零部件等。第一第一节实施施现场振振动诊断的断的6个步个步骤n 四、实施状态判别第一节 实施现场振动诊断的6个步骤 2024/7/621六、六、检查验证n 设备诊断的全过程并不是到作出结论就算结束了，最后最后还有重要一步，必必须检查验证诊断结论及处理决策的结果。n诊断人员应当向用户了解设备拆机检修的详细情况及处理后的效果，如果有条件的话，最好最好亲临现场察看，检查诊断结论与实际情况是否符合，这是是对整个整个诊断断过程最程最权威的威的总结。第一第一节实施施现场振振动诊断的断的6个步个步骤n 六、检查验证第一节 实施现场振动诊断的6个步骤 2024/7/622第二第二节振振动诊断状断状态识别方法方法振动诊断状态识别的中心问题是三“”（这里指“Where”故障部位；“What”什么故障；“When”什么时候发生、发展）一“H”（即“How”故障程度）。一、一、设备有无异常的有无异常的识别（即（即设备总体状体状态的的识别）1标准准识别法：法：绝对标准、相对标准、类比标准。（第3章）2图像像识别法：法：时域波形、频域波形。二、故障二、故障类型型识别（“What”）“定型定型”1振振动形形态识别法法这里所讲的振动“形态”，是专指振指振动信号的信号的时域波形域波形随激励源随激励源的的变化而改化而改变的的势态。n 第二节 振动诊断状态识别方法 振动诊断状态识别的中心问题2024/7/623第二第二节振振动诊断状断状态识别方法方法n常见故障形态：电磁振动电磁振动：当断掉电源后，电动机转速稍有降低时稍有降低时其振动幅值便立即衰减为零。共振共振：振动幅值随转速下降而而迅速下降。不平衡振动不平衡振动：振动幅值随转速下降而而平稳连续地缓慢下降缓慢下降（中间不停滞）。失稳振动失稳振动：振动幅值在转速下降之后的很大一个范围内几乎没有什么改变没有什么改变，过一段时间后才较快地下降较快地下降。DCBA转速nO振幅V图图6-6 旋转机械的振动形态旋转机械的振动形态A电磁振动 B共振C不平衡振动 D失稳振动n 第二节 振动诊断状态识别方法 常见故障形态：DCBA转速2024/7/6242振振动方向特征方向特征识别法法n在现场诊断中，有时会碰到这样的情形，有些有些设备故障的振故障的振动特征表特征表现出明出明显的方向性的方向性。有实例表明，当设备出现转子不平衡子不平衡时，轴承测点各个方向的振动值表现出这样一种关系：水平振动垂直振动轴向振动。当存在不不对中中时则表现为：轴向振动1/2径向振动。n 还有些故障的振动方向特征也是很明显的，例如机器地脚螺栓松地脚螺栓松动，一般表现出垂直方向振动很大。据诊断文献记载，当滑滑动轴承振裂承振裂时，该轴承部位垂直方向的振动大于水平方向。这是一条很有很有实用价用价值的的经验。n设备振动的方向特征不但不但与故障性质有关，还与与设备的结构特点有密切关系，所以所以在判断时须根据设备的具体情况作具体分析。第二第二节振振动诊断状断状态识别方法方法n 2振动方向特征识别法第二节 振动诊断状态识别方法 2024/7/6254幅值比较识别法幅值比较识别法 若要检测机器上某些连接部件是否存在松动松动，最简单的办法可采用幅值比较法幅值比较法。如图6-7，通过测量测点垂直方向的振动值加以比较，就可以判断是否存在松动，以及松动所在的部位。图图6-7 幅值比较判别松动幅值比较判别松动机器地脚 底座 基础第二第二节振振动诊断状断状态识别方法方法3振振动参数参数动态特征特征识别法法 利用振动参数的动态特征，最容易发现摩擦故障摩擦故障的存在，或其他引或其他引起机器起机器运转不稳定的因素，比如比如电压不稳定、载荷不均匀也会引起振动波动。但是这只有只有采用模模拟式（即式（即电表式）表式）仪表表测量才能实现，若用数字式测振仪器必须采用其它分析方法才能作出判断。n 4幅值比较识别法图6-7 幅值比较判别松动第二节 振动2024/7/6265相位比相位比较识别法：法：联轴器径向相位或器径向相位或轴向相位向相位,判断不平衡等故障判断不平衡等故障6主主频率（特征率（特征频率）率）识别法法 频率特征率特征是大多数振动故障的首要标志。7共共变法法 从某种意义上说，设备状态的识别过程，是一个查明故障与特征的因果联系的过程。但有些不同性质的故障却会出现相同的特征，为了区别这种情况，形式逻辑上用于求因果联系的“共变法”为我们提供了思路。它它的基本判的基本判别准准则是：如果当某一是：如果当某一现象象发生一定程度的生一定程度的变化化时，另一，另一现象也象也随之随之发生一定程度的生一定程度的变化，那么化，那么这两个两个现象之象之间就有因果就有因果联系。系。例如，转子不平衡故障子不平衡故障的显著特点是振动频率等于等于转子的转速频率。但这与共振或不共振或不对中中容易混淆。因为发生共振时也表现为转速频率峰值突出，不对中故障也存在转速频率成分。这时如果采用改变转速的方法进行振动测量就使问题容易得到解决了。如果是转子不平衡故障，则应有两个显著特点：机器的转速改变，主要主要激振频率也改变，且始终保持与转速频率一致；转频幅值随随转速升高而而增加。而如果机器存在共振或不对中，那么就不存在激振频率、转频幅值都随转速同步变化的关系。8时域波形域波形识别法：法：第第4章内容章内容第二第二节振振动诊断状断状态识别方法方法n 5相位比较识别法：联轴器径向相位或轴向相位,判断不平衡等故2024/7/6271特征特征频率率识别法法2分区搜索法分区搜索法 振振动测量有一条基本的原量有一条基本的原则，即，即测点点越靠近振源越靠近振源，振，振动反反映故障越敏感，得到的信息越可靠，判断越准确。映故障越敏感，得到的信息越可靠，判断越准确。因此根据机器的结构特点和故障特性，合理选布测点，进行分区搜索测试，从测值大小和分布特点分析振源来确定故障的部位，也是现场常用的简易方法。多数情况下，分区搜索法分区搜索法尚不能做到将故障的部位具体到某个零件，但在许多场合这已经足够了。三、故障部位三、故障部位识别（“Where”）“定位定位”第二节第二节 振动诊断状态识别方法振动诊断状态识别方法 n 1特征频率识别法三、故障部位识别（“Where”）“2024/7/6283变速法和空档法速法和空档法 用冲冲击脉冲法脉冲法诊断滚动轴承故障时，有时会采取变速法和空档法，以排除来自其他轴承或冲击源的干扰。对于那些可以实现变速的设备（例如金属切削机床），可以采用变速法速法和和空空档法档法对轴承实施定位判断，与前述共变法的原理相似相似。4类比法比法 类比法是最常用的简易方法。在生产现场我们经常遇到这样一类设备，它们具有结构完全相同或者相似的部件结构完全相同或者相似的部件，在进行故障诊断时，就可以采用类比法确定故障部位类比法确定故障部位。第二节第二节 振动诊断状态识别方法振动诊断状态识别方法 n 3变速法和空档法4类比法 类比法2024/7/629案例一：案例一：2005年12月笔者在对一台紧张热定型机测试时发现其振振动异常异常，与此同时，润滑油过滤器开始频繁繁报警警，清洗时发现大量金属切削金属切削，事实表明该设备存在故障存在故障。如图6-8所示，该设备共有六组结构完全一样的辊轴部件，受结构限制，测点均距3#辊、4#辊较远（约1.5米）。测试结果显示4个测点的频谱特征一致，均反映为辊前轴承外环故障频率（13.93Hz）之谐频成份，如图6-9所示。那么，究竟是哪只那么，究竟是哪只轴承存在故障呢？承存在故障呢？1#辊 3#辊 5#辊 2#辊 4#辊 6#辊 图图6-8 定型机测点布置示意图定型机测点布置示意图 图图6-9 定型机定型机g/SE谱图谱图 第二第二节振振动诊断状断状态识别方法方法n 案例一：2005年12月笔者在对一台紧张热定型机测试时发现其2024/7/630 见表6-4，比较4个测点的振动幅值，显见测点测点大于测点大于测点，说明振源应位于机器下部机器下部。再有测点的振动幅值相差不大，假如是2#辊或6#辊出现故障应该不可能出现这一情况，这样就可以将故障源锁定在4#辊前轴承。2006年1月27日利用停车机会打开箱体检查，发现4#辊前轴承外环轴承外环已存在裂纹已存在裂纹。案例二：案例二：电动机是应用极广的原动机，转子支承轴承故障转子支承轴承故障是其常见的失效形式。由于大多数电动机的前端前端（负荷端）、后端后端（自由端）两轴承型号一样，故障频率相同，为了避免误换正常的轴承，这就存在一个如何判断哪只轴承如何判断哪只轴承存在故障存在故障的问题，特别是对于那些大功率的电动机而言尤为重要。可采取在在电动机地脚螺栓位置进行测试电动机地脚螺栓位置进行测试的方法（注意测前应先检查确认地脚螺栓无松动），因为该处基本可以等效地反映两轴承的振动情况。表6-5列出了某电动机的测试数据，采用类比法可知是后端轴承后端轴承存在故障。测点标识振动幅值（mm/s）0.32530.58580.31070.544测试部位后端北后端南前端北前端南振动幅值（mm/s）4.06514.26852.54142.0548表表6-4 定型机测试数据一览表定型机测试数据一览表 表表6-5 某电动机地脚螺栓位置测试数据某电动机地脚螺栓位置测试数据 第二第二节振振动诊断状断状态识别方法方法n 见表6-4，比较4个测点的振动幅值，2024/7/6315剩余法（排除法）剩余法（排除法）任何一台机器，不管结构多么简单，其振源都不止一个。只要掌握了产生振动的各种因素，又判定其中某几个部分与振动异常无关，那么那么振源就可能出在余下的部位上了。由此作进一步分析，就可以确定故障产生的部位。这个方法在形式逻辑上称为判断因果联系的剩余法判断因果联系的剩余法。四、故障程度识别（四、故障程度识别（“How”）1标准识别法标准识别法 ISO2372振动标准中，把设备状态分为“良好良好”、“允许允许”、“较较差差”和和“不允许不允许”4个等级个等级，当设备处于“允许”状态时就意味着存在早期故障了，当达到“不允许”时，说明故障已经十分严重，需停机检查处理。再如，有些诊断系统将设备故障等级分别用“绿绿”、“黄黄”、“橙橙”、“红红”灯灯指示，形象而直观。振动标准的建立，为故障诊断从定性判断发展到定量判断创造了必要的条件，是设备诊断技术发展过程中的一次飞跃。一个好的故障诊断从业人员，应该致力于研究并制定本企业乃至本行业的本企业乃至本行业的机器设备振动机器设备振动判别标准判别标准。第二第二节振振动诊断状断状态识别方法方法n 5剩余法（排除法）第二节 振动诊断状态识别方法 2024/7/6322频率识别法频率识别法 通过频率来识别故障的严重程度，首先首先必须建立“基准谱”，即设备在一定的运行条件下处于“良好”状态时所测得的振动频谱，如果再作细一点，最好还能建立在各种故障状态下的“故障谱”。这种“基准谱基准谱”、“故障谱故障谱”就相当于“标准标准”，在作判别时，将测得的振动频谱振动频谱与标准谱标准谱比较，不但不但能知道设备有无故障，而且而且可以大概知道故障的严重程度，也就是诊断人员常说的“看图识谱看图识谱”。当然当然，要达到这一步需要做许多艰苦细致的工作，应当作为设备故障诊断从业应当作为设备故障诊断从业人员追求的目标人员追求的目标。3冲击脉冲法冲击脉冲法4峰值因数峰值因数C法法 下列规则下列规则可以判别轴承的故障程度：C1020表示轴承故障已发展到严重程度。如果C值上升后又从20跌落下来到跌落下来到3左右左右时，说明轴承故障已经扩展，甚至可能损坏。第二第二节振振动诊断状断状态识别方法方法n 2频率识别法第二节 振动诊断状态识别方法 2024/7/633五、设备状态发展趋势识别（五、设备状态发展趋势识别（“When”）从趋势图中，可以看出机器状态是突变还是渐变。从趋势图中，可以看出机器状态是突变还是渐变。对特征频率分量的幅值变化作趋势管理，除了监视总体状态变化外，还有助于对特征频率分量的幅值变化作趋势管理，除了监视总体状态变化外，还有助于诊断故障的原因。诊断故障的原因。对渐变性故障实行趋势管理，可以预测设备状态未来的发展趋势。对渐变性故障实行趋势管理，可以预测设备状态未来的发展趋势。利用趋势管理图判断设备的状态，还必须注意一个问题，我们不我们不但要关注每次测值的大小，尤其要注重参数值变化的速率但要关注每次测值的大小，尤其要注重参数值变化的速率。图6-11中，曲线1尽管监测参数x的绝对值并不很大，或者或者还没有超过允许范围，然而然而幅值的变化率x1/t很大，这往往预示着设备在加速劣化加速劣化，或者有突发性突发性事故发生的可能。曲线2所代表的另一台设备，其振动参数的变化率x2/t要小得多，说明设备状态变化是渐进性渐进性的。第二第二节振振动诊断状断状态识别方法方法n 五、设备状态发展趋势识别（“When”）第二节 振动诊断状2024/7/634x121tx2图图6-10 设备状态趋势管理示例设备状态趋势管理示例 图图6-11 趋势管理曲线（两种幅值变化率比较）趋势管理曲线（两种幅值变化率比较）1、2两台设备的趋势管理曲线x1，x2幅值增量 t时间增量 第二第二节振振动诊断状断状态识别方法方法n x121tx2图6-10 设备状态趋势管理示例 图62024/7/635第三第三节设备劣化劣化趋势分析的方法与分析的方法与应用用一、一、设备劣化劣化趋势分析的目的分析的目的n其目目标是从过去和现在已知情况出发，利用一定技术方法，去分析设备的正常、异常和故障三种状态，推测故障的发展过程，有利维修决策和过程控制。n设备劣化趋势分析与管理的目的目的有：检查设备状状态是否是否处于控制范于控制范围以内，以内，观测设备状状态的的变化化趋向或向或现实状况，状况，预测设备状状态发展到危展到危险水平的水平的时间，早期早期发现设备异常，及异常，及时采取采取对策，策，及及时找出有找出有问题的的设备（提交精密（提交精密诊断）。断）。n 第三节 设备劣化趋势分析的方法与应用 一、设备劣化趋势2024/7/636第三第三节设备劣化劣化趋势分析的方法与分析的方法与应用用二、二、趋势管理的分管理的分类n趋势管理一般分为量量值趋势管理和数次管理和数次趋势管理管理两种，如图6-12所示。性能监测 量值趋势管理 劣化趋势管理 二次效应 数次趋势管理事件监测图6-12 设备趋势管理分管理分类1量值趋势管理量值趋势管理 它是对振动、噪声、温度、压力等连续变化的物理量所进行的趋势管理，是一般工厂中常用的，量值趋势管理又分为性能监测性能监测或一次效应一次效应，即即设备的主要功能参数如功率输出、泵压性能、燃料消耗等。二次效应二次效应则是对设备在运行中所产生的振动、噪声、温度等进行趋势管理，常根据正态分布原理，用3法计算控制限值。以振动为征兆参数的趋势管理又有3种，如图6-13所示。n 第三节 设备劣化趋势分析的方法与应用 二、趋势管理的分2024/7/637 总振值趋势管理（测振表等的值的趋势管理）振动值的趋势管理劣化指标趋势管理（如波形因数、峰值因数的趋势管理）图谱的趋势管理（如频谱等图谱的趋势管理）图图6-13 振动值的趋势管理振动值的趋势管理2数次趋势管理数次趋势管理 它是对故障次数、质量缺陷数等离散数量所进行的趋势管理，有时也叫做“事项监测事项监测”（event monitoring）。通常是把一定时间内的故障或不良状态所引起的停机次数停机次数绘成图表，用来了解工厂全部设备的管理状况，也能用于单台设备的管理。第三第三节设备劣化劣化趋势分析的方法与分析的方法与应用用n 第三节 设备劣化趋势分析的方法与应用 2024/7/638三、预测设备状态到达危险极值时间三、预测设备状态到达危险极值时间 预测极值时间有两种简便方法，一种一种是采用两点异常状态的方法，另一种另一种是正确的预测统计方法，如用最小二乘法的方法。图图6-15 按照最小二乘法的预测按照最小二乘法的预测 图图6-15 根据两点法的预测根据两点法的预测 第三第三节设备劣化劣化趋势分析的方法与分析的方法与应用用n 三、预测设备状态到达危险极值时间图6-15 按照最小二乘法2024/7/639第四第四节工厂工厂设备振振动诊断方案断方案实践践一、一、设备振振动诊断断标准的制准的制订1背景背景资料料 2003年7月，该化纤公司某分厂九万吨直接纺涤纶短纤维项目建成投产，设备投入正常运行。2实施步施步骤、方法、方法 一套新装置如同一名初生的一套新装置如同一名初生的婴儿儿，我们必须自其试车伊始同步开始信号采集工作，并贯穿试车、投、投产、优化、升化、升负荷到荷到稳定生定生产的每个阶段。然后，通过对大量即得数据进行系统科学的整理、统计与分析，制定出符合新装置实际情况且可操作性强的振动诊断标准。n 第四节 工厂设备振动诊断方案实践 一、设备振动诊断标2024/7/640第四第四节工厂工厂设备振振动诊断方案断方案实践践选择机器机器设备、测点位置及点位置及测量方向量方向n 首先首先，在充分了解新装置工艺流程、设备概况的基础上，根据各台设备的性能用途和运行特性（特别是可能引起振动的原因）确定实施数采的范围。考虑到在试车、投产阶段力求数据的广泛性，我们采取了全面撒网全面撒网的方式，以对尽可能多的设备采集其初始运行信息。n 测点位置及测量方向的选择，则依据这五项原则五项原则：A.机器设备构造；B.信号尽可能丰富、敏感处，如如轴承座部位；C.测量方向尽可能全面（HVA），至少至少在数采初期应该如此，之后可重点考虑振动方向特征和载荷方向实际以减轻工作量；D.传感器探头便于安装；E.确保测试人员人身安全。建立状态监测数据库，设置巡检路线建立状态监测数据库，设置巡检路线 n 第四节 工厂设备振动诊断方案实践 选择机器设备、测2024/7/641n运用状态监测与故障诊断系统软件的强大数据库功能建立状态监测建立状态监测数据库数据库，内容包括三级树状结构（工厂、车间、机器）、设备位号、测点标识、测量方向（水平、径向、轴向）、测量参数（位移、速度、加速度、峰值能量）、数据类型（幅值、频谱、波形），频程等等，然后然后，根据现场工艺、装置布置情况设置最优巡检路线设置最优巡检路线。注：注：以上两项工作必须在新装置进入调试开车阶段之前完成。采集、回放数据采集、回放数据n 新装置进入空载调试阶段后，我们便开始数据采集工作。在试车、投产到逐渐优化的一个月时间内，按照35次的频次进行；之后逐逐步延长测试周期步延长测试周期，直至过渡到正常频次；本次数据采集工作，贯穿了试车、投产、优化、升负荷到稳定生产的全过程。采集好的数据回放至计算机。第四第四节工厂工厂设备振振动诊断方案断方案实践践n 运用状态监测与故障诊断系统软件的强大数据库功能建立状态监测数2024/7/642统计、分析数据，制定诊断标准统计、分析数据，制定诊断标准n面对大量枯燥的数据，我们运用统计学原理进行全面、细致、科学的归归纳纳，并综合考虑测试工况（负荷、转速等）、测试仪器误差以及操作方法等方面因素影响，剔除可疑数据、无用数据，从而计算出振动标准振动标准值（取平均值法）、振动值正常范围（取最大、最小值法）和第一报警值（取平均值法）、振动值正常范围（取最大、最小值法）和第一报警限、第二报警限（报警因子法：标准值乘以报警因子；报警因子分别取限、第二报警限（报警因子法：标准值乘以报警因子；报警因子分别取“2”、“3”、“5”），形成两套新装置的振动诊断标准（暂行），同型设备采用同一标准。3纳入常规状态监测工作纳入常规状态监测工作n当新装置进入稳定生产阶段并且初始数据积累到一定程度（至少4组）后，为提高工作效率，根据生产实际情况确定出需要日常监测的主关键设备根据生产实际情况确定出需要日常监测的主关键设备及测点位置，开始对新装置实行定人员、定设备、定测点、定周期、定及测点位置，开始对新装置实行定人员、定设备、定测点、定周期、定标准的状态监测工作标准的状态监测工作“五定五定”管理管理。二、工厂设备振动诊断标准样本二、工厂设备振动诊断标准样本 本书给出了该化纤公司某生产中心设备状态监测与故障诊断标准（试行）作为样本，见表6-6。第四第四节工厂工厂设备振振动诊断方案断方案实践践n 统计、分析数据，制定诊断标准第四节 工厂设备振动诊断方案2024/7/643设备名称台数测点位置测量方向大致转速正常值ALARM1ALARM2临界值备注增压泵18电机前轴承Vertical1300rpm0.802.404.00待定1-18K减速机高速部Vertical700rpm0.801.602.40待定喂入机18电机前轴承Vertical1700rpm0.601.803.00待定传动箱低速部Axial850rpm0.802.404.0012.00长边轴BG215输出端Vertical900rpm2.006.0010.0020.001-4K6-16K长边轴BG315输出端Vertical1050rpm2.006.0010.0020.00二牵伸15过桥轴Axial450rpm1.002.003.006.00三牵伸15输入轴Axial700rpm1.002.003.005.00过桥轴Axial400rpm0.901.802.703.00长边轴BG23输出端Vertical650rpm1.504.507.50待定5K17-18K长边轴BG33输出端Vertical650rpm1.504.507.50待定二牵伸3过桥轴Axial300rpm0.801.602.40待定三牵伸 3输入轴Axial450rpm0.701.402.10待定过桥轴Axial250rpm0.601.201.80待定大容量定型机 6电机前轴承Vertical1350rpm0.501.502.50待定21-22K外置减速箱输出端Vertical350rpm1.003.005.00待定过桥轴Axial150rpm0.601.201.80待定定型辊前轴承Horizontal100rpm0.200.400.602.00表表6-6 该化纤公司某生产中心设备状态监测与故障诊断标准（试行）该化纤公司某生产中心设备状态监测与故障诊断标准（试行）单位：mm/s峰值 n 设备名称台数测点位置测量方向大致转速正常值ALARM1ALA2024/7/644设备名称台数测点位置测量方向大致转速正常值ALARM1ALARM2临界值备注大容量增压泵 2电机前轴承Vertical1200rpm0.401.202.00待定21-22K 齿轮箱高速部Vertical1200rpm0.401.202.00待定大容量喂入机2 电机前轴承Vertical1550rpm0.300.901.50待定传动箱Axial0.300.901.50待定传动箱Horizontal0.401.202.00待定大容量一牵伸2电机前轴承Vertical1000rpm0.501.502.506.000过桥轴Axial250rpm0.801.602.40待定大容量二牵伸2电机前轴承Vertical1250rpm0.802.404.0010.00过桥轴Axial650rpm1.503.004.50待定大容量三牵伸2电机前轴承Vertical1400rpm0.501.502.508.0过桥轴Axial850rpm1.003.005.00待定计算公式：计算公式：1.ALARM1、ALARM2采用报警因子法（正常值乘以因子）；2.当测点部位转速800rpm时，ALARM1、ALARM2因子分别取2、3；3.当测点部位转速800rpm时，ALARM1、ALARM2因子分别取3、5；4.特别地对于中空纤维生产线上的长边轴BG2、BG3及大容量定型机的外置减速箱，ALARM1、ALARM2因子分别取3、5。本诊断标准依据仪化公司短纤生产中心运行保障室（原涤纶二厂设备科）长期积累的测试数据制定（测试仪器采用IRD FAST TRACK数据采集器配970加速度传感器）。该标准有一定局限性，仅供各装置参考执行。表表6-6（续）（续）该化纤公司某生产中心设备状态监测与故障诊断标准（试行）该化纤公司某生产中心设备状态监测与故障诊断标准（试行）单位：mm/s峰值 n 设备名称台数测点位置测量方向大致转速正常值ALARM1ALA2024/7/645三、设备状态识别与劣化趋势分析三、设备状态识别与劣化趋势分析 有了设备振动诊断标准后，我们就可以它作为依据来进行设备状态识别与劣化趋势分析。这里需要说明的是，在在进行状态识别与劣化趋势分析时，必须综合考虑进行状态识别与劣化趋势分析时，必须综合考虑实际工作实际工作转速转速、实际、实际工作负荷工作负荷以及设备以及设备历史维修档案历史维修档案等因素等因素。在日常工作中，我们可以采取“主要转动设备运行晴雨表主要转动设备运行晴雨表”的形式进行描述和判定，并给出维修策略，如表6-7和表6-8。第四第四节工厂工厂设备振振动诊断方案断方案实践践n 三、设备状态识别与劣化趋势分析第四节 工厂设备振动诊断方案2024/7/646小小结（一）（一）n通观振动诊断的全过程，诊断步骤可归纳为6个步骤：确定确定、了解诊断对象；确定确定诊断方案；进行行振动测量与信号分析；实施施状态判别；作出作出诊断决策；检查验证。其中，确定诊断方案包括包括选择测点、预估频率和振幅、确定测量参数、选择诊断仪器、选择与安装传感器及做好其他相关事项的准备等内容。n振动诊断状态识别的中心中心问题是三“”（这里指“Where”故障部位；“What”什么故障；“When”什么时候发生、发展）一“H”（即“How”故障程度）。n 小 结（一）通观振动诊断的全过程，诊断步骤可归纳为6个步骤2024/7/647小小结（二）（二）n设备有无异常的无异常的识别有标准识别法、图像识别法；故障故障类型型识别（“What”）有振动形态识别法、振动方向特征识别法、振动参数动态特征识别法、幅值比较识别法、相位比较识别法、主频率识别法、共变法、时域波形识别法；故障部位故障部位识别（“Where”）有特征频率识别法、分区搜索法、变速法和空档法、类比法、排除法；故障程度故障程度识别（“How”）有标准识别法、频率识别法、冲击脉冲法、峰值因数C法；设备状态发展展趋势识别（“When”）有趋势管理图法。n趋势分析属于预测技术，其目目标是从过去和现在已知情况出发，利用一定技术方法，去分析设备的正常、异常和故障三种状态，推测故障的发展过程，有利维修决策和过程控制。趋势管理管理一般分为量值趋势管理和和数次趋势管理两种。预测设备状态到达危险极值时间的方法有两点法和最小二乘法。n工厂设备振动诊断标准的制订过程和“主要转动设备运行晴雨表”。n 小 结（二）设备有无异常的识别有标准识别法、图像识别法；故2024/7/648问 题 与 回 答互动时间n 问 题 与 回 答互动时间2024/7/649一、一、单项选择题（在备选答案中选出一个正确答案，并将其号码填在题干中的横线上）1实施现场振动诊断的第一个步骤是 。A、确定、了解诊断对象 B、确定诊断方案 C、进行振动测量与信号分析 D、实施状态判别2一般情况下，的设备不会作为诊断对象的首选。A、稀有 B、昂贵 C、大型 D、有备台3对一台列为诊断对象的设备可以不了解其 。A、结构 B、工作原理 C、生产厂家 D、工作条件4评定机械振动水平时的测点位置通常是确定在 上。A、基础 B、轴 C、基座 D、管子5常用的振动测量参数有加速度、速度和位移，一般低频振动（1000Hz）采用位移。（）5对大多数机器来说，最佳诊断参数是速度。（）6在激振力作用下，转子相对于轴承的振动称为绝对振动。（）7在现场实行简易振动诊断主要是使用压电式加速度传感器测量轴承的相对振动。（）8设备诊断的全过程到作出诊断决策为止就算结束了。（）n 二、判断题（在括号内选择打“”或“”）1测点离振源越2024/7/6529共振的形态特征是振动幅值随转速下降而迅速下降。（）10测量机器的振动形态是在机器运行时进行的。（）11机器地脚螺栓松动，一般表现出水平方向振动很大。（）12若要检测机器上某些连接部件是否存在松动，最简单的办法可采用幅值比较法。（）13当设备具有结构相同或近似的部件时，常采用类比法确定故障部位。（）14“共变法”和“剩余法”的思路都是求因果联系。（）15应用频率识别法进行故障程度识别即我们平常所说的“看图识谱”。（）16在趋势图中，测量值的变化率没有其大小本身更重要。（）17趋势管理一般分为量值趋势管理和数次趋势管理两种。（）18振动值的趋势管理包括总振值趋势管理、劣化指标趋势管理及图谱的趋势管理。（）19预测设备状态到达危险极值时间有两点法和最小二乘法。（）20一般来说，对于新装置应从满负荷运转后才开始数据采集工作。（）n 9共振的形态特征是振动幅值随转速下降而迅速下降。