熱油泵運行故障分析與狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計摘要熱油泵是煉油化工生產(chǎn)中不可缺少的流體輸送機械。由于熱油泵的傳輸介質(zhì)均為溫度較高的導熱油，或與導熱油物理性質(zhì)相似的石油產(chǎn)品，其最高傳輸介質(zhì)的溫度可高達370，加之連續(xù)運行時間長，因此經(jīng)常會出現(xiàn)各類故障，這些故障會對熱油泵和裝置的正常運行造成不同程度地影響，甚至會造成停車、高溫高壓等嚴重事故。建立一套在線自動監(jiān)測系統(tǒng)，及時發(fā)現(xiàn)異常故障，并進行針對性的分析維修，保證泵具有長周期運行的可靠性、高效性、低能耗等性能，對確保裝置長期平穩(wěn)運行有重要意義。本文以大型離心式熱油泵為例，首先簡要介紹離心油泵的結(jié)構(gòu)、工作原理，并對熱油泵運行過程中出現(xiàn)的典型故障如泵異常振動、汽蝕、不排液或排液中斷、軸承發(fā)熱、流量不足、泵嚴重泄漏等，加以分析總結(jié)；然后根據(jù)熱油泵的實際運行狀況，介紹了七種工程實際常用的傳感器；之后重點闡釋了振動信號常用的分析診斷方法；最后通過比較嵌入式系統(tǒng)、DCS、虛擬儀器、PLC加工控機、工控機加板卡五種計算機測試控制系統(tǒng)，選擇基于PLC和工控機組合形式，設(shè)計熱油泵狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。關(guān)鍵詞熱油泵,典型故障,傳感器,狀態(tài)監(jiān)測,PLCABSTRACTHOTOILPUMPISONEOFFLUIDCONVEYINGMACHINERYWHICHISINDISPENSABLEINTHEPRODUCTIONOFOILREFININGANDCHEMICALPRODUCTSSINCETHETRANSMISSIONMEDIUMOFHOTOILPUMPISHEATCONDUCTIONOILOFHIGHTEMPERATURE,ORSIMILARTOHEATCONDUCTIONOILINPHYSICALPROPERTIES,ANDTHEMAXIMUMTRANSMISSIONMEDIUMTEMPERATURECANBEASHIGHAS370BESIDES,THECONTINUOUSRUNNINGTIMEISLONG,THEREFORE,MANYKINDSOFFAULTOCCURFREQUENTLY,WHICHWILLAFFECTTHENORMALOPERATIONOFTHEHEATPUMPSANDUNITSINDIFFERENTDEGREES,ANDEVENCAUSESERIOUSACCIDENTSSUCHASPARKING,HIGHTEMPERATUREANDHIGHPRESSURE,ETCINORDERTOFINDMINORFAILURESTIMELYANDMAKETARGETEDANALYSISMAINTENANCE,ITISNECESSARYTOESTABLISHASETOFONLINEAUTOMATICCONDITIONMONITORINGSYSTEMTAKINGLARGECENTRIFUGALHEATPUMPSASEXAMPLE,FIRSTLYTHISPAPERGIVESABRIEFINTRODUCTIONOFCENTRIFUGALPUMPSTRUCTURE,WORKINGPRINCIPLE,ANDTYPICALFAULTSSUCHASABNORMALVIBRATION,CAVITATION,FAILURETODRAINORDRAINAGEINTERRUPT,BEARINGHEATING,INSUFFICIENTFLOW,PUMPSERIOUSLEAKS,INTHEPROCESSOFHOTOILPUMPOPERATIONNEXTACCORDINGTOTHEPRACTICALOPERATIONOFHOTOILPUMPCONDITIONS,DESCRIBESSEVENKINDSOFCOMMONLYUSEDSENSORSINENGINEERINGESPECIALLYEXPLAINSSEVERALDIAGNOSISMETHODSOFVIBRATIONSIGNALANALYSISFINALLYBYCOMPARINGFIVECOMPUTERCONTROLSYSTEM,LIKETHEEMBEDDEDSYSTEM,DCS,VIRTUALINSTRUMENT,PLCANDINDUSTRIALCOMPUTER,INDUSTRIALCONTROLBOARD,BASEDONTHECOMBINATIONOFPLCANDINDUSTRIALPERSONALCOMPUTER,HOTOILPUMPCONDITIONMONITORINGSYSTEMISDESIGNEDKEYWORDSHOTOILPUMP,TYPICALFAILURE,SENSORS,CONDITIONMONITORING,PLC目錄1概論111目的、意義及重要地位112應(yīng)用和發(fā)展方向22熱油泵典型故障與特征表現(xiàn)321熱油泵的典型結(jié)構(gòu)工作原理422熱油泵異常振動的類型及原因623熱油泵異常振動機理和特征9231不平衡10232不對中1224熱油泵其他常見典型故障12241汽蝕13242軸承發(fā)熱14243泵嚴重泄漏14244流量不足16245泵不排液或排液中斷1725常用傳感器17251壓電式加速度傳感器18252電渦流式位移傳感器19253熱電偶溫度傳感器20254磁平衡霍爾式傳感器21255光電式轉(zhuǎn)速傳感器22256壓力傳感器23257渦輪流量計243熱油泵典型振動信號分析及診斷方法2531振動信號的時域分析26311波形分析27312示性指標2832振動信號的頻域分析30321離散傅里葉變換31322快速傅里葉變換3333振動信號的幅值域分析33331均方根診斷34332概率密度函數(shù)診斷354熱油泵狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計3641常用計算機控制系統(tǒng)36411基于PLC和工控機的控制系統(tǒng)38412基于PC總線的板卡和工控機的控制系統(tǒng)40413分布式控制系統(tǒng)（DCS）42414嵌入式系統(tǒng)44415虛擬儀器4742基于PLC和工控機的熱油泵狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計47421系統(tǒng)硬件部分48422系統(tǒng)軟件部分525結(jié)論55謝辭56參考文獻571概論11目的、意義及自20世紀60年代以來，隨著科技的不斷進步和發(fā)展，尤其是計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息技術(shù)的迅速發(fā)展和普及，工況監(jiān)測與故障診斷技術(shù)已在工業(yè)界得到推廣與應(yīng)用，并逐步形成一門較為完整的新興的邊緣性綜合工程學科。該學科以設(shè)備的管理、狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷為內(nèi)容，以建立新的維修體制為目標，在世界范圍內(nèi)以不同形式獲得推廣，成為國際上一大熱門學科。任何一個機械設(shè)備，工作中由于疲勞損傷、磨損、腐蝕以及操作不當均會產(chǎn)生故障。這些故障會使機械不能正常工作，造成嚴重的經(jīng)濟損失。以石油煉化企業(yè)為例，機械設(shè)備日趨大型化、連續(xù)化、機電一體化和自動化，其性能與復雜程度不斷提高。一旦形成故障，不僅會造成巨大的經(jīng)濟損失，而且會帶來嚴重的社會危害。機械設(shè)備故障診斷技術(shù)的重要意義就在于它為機械設(shè)備傳統(tǒng)維修制度的改革奠定了基礎(chǔ)，可使合理的預知維修制度代替?zhèn)鹘y(tǒng)的定時維修制度，從而減少事故的發(fā)生率，降低維修費用，確保機械設(shè)備安全運行。在各工程領(lǐng)域中應(yīng)用這一技術(shù)，必將產(chǎn)生巨大的社會效益。12應(yīng)用和發(fā)展方向目前，各種以計算機為主題的自動化診斷系統(tǒng)問世并投入了使用，反應(yīng)當前故障診斷技術(shù)發(fā)展主要有這樣幾個方向診斷裝置系統(tǒng)化、智能化專家系統(tǒng)、機電液一體化的故障診斷技術(shù)、多元信息融合技術(shù)。診斷裝置系統(tǒng)化。為實現(xiàn)真診斷自動化，把分散的故障診斷裝置系統(tǒng)化，與電子計算機相結(jié)合，實現(xiàn)狀態(tài)信號采集、特征提取、狀態(tài)識別自動化，能以顯示、打印繪圖等各種方式自動輸出機器故障的診斷報告。目前，虛擬儀器技術(shù)的開發(fā)為診斷裝置的系統(tǒng)化提供了非常有利的條件。智能化專家系統(tǒng)。機械設(shè)備故障診斷的專家系統(tǒng)是一種擁有人工智能的計算機系統(tǒng)，他不但具有系統(tǒng)診斷的全部功能，而且還將許多專家的經(jīng)驗智慧和思想方法同計算機巨大的存儲、運算和分析能力相結(jié)合，組成共享的知識庫。利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法及專家系統(tǒng)組成的智能化專家系統(tǒng)是故障專斷專家系統(tǒng)的高級形式，是故障診斷發(fā)展的必然趨勢。機電液一體化的故障診斷技術(shù)。在科技高度發(fā)展的今天，先進機械不再是一個簡單的機械物理運動的載體，而是一個集機械、電子、計算機、液壓等于一體的大型復雜機械。由于現(xiàn)代化大型復雜機械高昂的研制代價以及發(fā)生故障后災(zāi)難性的后果，其可靠行的要求非常嚴格，但嚴重事故仍然時常發(fā)生。因此，集機電液一體化的故障診斷技術(shù)受到了機械領(lǐng)域科研人員的高度重視，并得到了迅速發(fā)展。多元信息融合技術(shù)。近年來迅速發(fā)展起來的多元信息融合技術(shù)，是研究對多源不確定性信息進行綜合處理及利用的理論方法。信息融合技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，使基于多傳感器或多方法綜合的故障診斷技術(shù)具備了系統(tǒng)化的理論基礎(chǔ)和智能化的實現(xiàn)手段。以傳感器技術(shù)和現(xiàn)代信號處理技術(shù)為基礎(chǔ)，以信息融合技術(shù)為核心的智能診斷技術(shù)代表了當今故障診斷技術(shù)的發(fā)展方向。2熱油泵的典型故障與特征表現(xiàn)熱油泵作為一種理想的熱載體循環(huán)設(shè)備，在我國載熱體加熱系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)進入石油、化工、橡膠、塑料、制藥、紡織、印染、筑路、食品等各個工業(yè)領(lǐng)域。由于熱油泵的傳輸介質(zhì)均為溫度較高的導熱油，或與導熱油物理性質(zhì)相似的石油產(chǎn)品，其最高傳輸介質(zhì)的溫度可高達370，加之連續(xù)運行時間長，因此經(jīng)常會出現(xiàn)各類故障而影響正常使用。熱油泵是煉油化工生產(chǎn)中不可缺少的流體輸送機械。在運行過程中出現(xiàn)各種故障，如泵不能啟動、不排液或排液中斷，異常振動、噪音過大，軸承發(fā)熱，流量不足，泵嚴重泄漏、電機變頻導致的流量波動等。及時發(fā)現(xiàn)微小故障，分析故障產(chǎn)生原因、部位，并進行針對性的維修，保證泵具有長周期運行的可靠性、高效性、低能耗等性能，對確保裝置長期平穩(wěn)運行有重要意義。本章以大型150Y150離心式油泵為例，介紹了離心泵的結(jié)構(gòu)、工作原理，并對熱油泵運行過程中出現(xiàn)的典型故障如振動、汽蝕、軸承過熱、不排液或排液中斷、氣縛、流量不足以及泵聯(lián)軸器電機組成的系統(tǒng)故障進行分析，加以歸類總結(jié)。21離心泵的典型結(jié)構(gòu)及工作原理離心泵的主要部件有吸入室、葉輪、蝸殼、軸、軸向推力平衡裝置和密封裝置等。結(jié)構(gòu)圖見圖21。1吸入室，2葉輪，3泵體，4取壓閥，5放氣閥，6機械密封，7泵蓋，8泵軸，9擋水圈，10Y系列電動機圖21離心泵結(jié)構(gòu)圖211泵殼泵殼是離心泵的主要部件之一，泵殼內(nèi)腔呈螺旋型液道，用于收集從葉輪中甩出的液體，成為液體的流通通道，隨著蝸殼通道逐漸擴大，也作為能量轉(zhuǎn)換裝置212葉輪圖22離心泵葉輪類型泵通過葉輪對液體做功。葉輪型式有閉式、半開式、開式三種，分別如圖22所示。閉式葉輪適合輸送潔凈液體，效率較高。半閉式葉輪可用于輸送漿液或含網(wǎng)體懸浮物的液體，效率較低。開式葉輪適合輸送含有網(wǎng)體顆粒的液體懸浮物，效率最低。213軸和軸封裝置軸是傳遞轉(zhuǎn)矩的主要部件。中小型泵多采用水平軸，葉輪間距離用軸套定位。大型泵則采用階梯軸，不等孔徑的葉輪用熱套法裝在軸上，并利用剪開線花鍵代替過去的斷鍵。軸封裝置一方面防止高壓液體從泵殼內(nèi)沿軸的四周而泄露，另一方面防止外界空氣漏入泵殼內(nèi)214離心泵的工作原理離心泵運轉(zhuǎn)前，泵內(nèi)先灌滿液體，原動機帶動泵軸和葉輪旋轉(zhuǎn)。液體隨葉輪作圓周運動在離心力的作用下自葉輪中心向外周拋出，液體從葉輪獲得壓力能和動能。液體進入泵殼之后，由于蝸形泵殼中的流道不斷擴大，流速逐漸降低，一部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，于是液體以較大壓力拋出。同時，葉輪中心處形成真空，貯槽液面上方壓強比葉輪中心處高，吸入管處的液體在壓差作用下進入泵內(nèi)。填補被排出液體的位置于是液體不斷地被吸入，并以一定的壓力排出。只要葉輪不停止轉(zhuǎn)動。液體就連續(xù)不斷地吸入或排出。離心泵如果在啟動前為充滿液體，則泵殼內(nèi)存在空氣。此時，在吸入口出形成的真空不足以將液體吸入泵內(nèi)，雖啟動離心泵，但不能輸送液體，造成氣縛，為便于使泵內(nèi)充滿液體，在吸入管底部安裝帶吸濾網(wǎng)的敵法，底閥為止逆閥，濾網(wǎng)是為了防止固體物質(zhì)進入泵內(nèi)而損壞葉輪的葉片或妨礙泵的正常操作。22熱油泵系統(tǒng)異常振動的類型及原因熱油泵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在正常運轉(zhuǎn)過程中所發(fā)生的磨損、腐蝕、變形或者負荷過大等，都屬于一次性故障類型，這類一次性故障一般都是二次性故障的原因。當熱油泵系統(tǒng)處于二次性故障產(chǎn)生之前的狀態(tài)時，一次性故障通常是伴隨著振動的變化而出現(xiàn)的，而且這種狀態(tài)下的振動，是一種不平衡、不對中、扭矩傳遞以及軸承特性有關(guān)的振動，而引起振動的這些原因的發(fā)生往往又是由于材料。結(jié)構(gòu)、加工、裝配或運轉(zhuǎn)操作不當?shù)仍蚨斐傻摹Ｒ虼丝梢哉J為，熱油泵系統(tǒng)的故障與異常振動密切相關(guān)。221熱油泵異常振動的類型熱油泵系統(tǒng)的故障大多是以各種形式的異常振動表現(xiàn)出來的，表21是熱油泵系統(tǒng)具有代表性的異常振動類型及振動現(xiàn)象的特征。如果把熱油泵系統(tǒng)的異常振動按其產(chǎn)生的形態(tài)來分，則一般可分為兩類，一類是強制振動與共振現(xiàn)象，而另一類是自激振動與不穩(wěn)定現(xiàn)象。在振動系統(tǒng)中當受到外部周期變化的強制外力時，由該外力引起的異常振動，稱為強制振動。如果當強制振動的頻率和振動系統(tǒng)的固有振動頻率一致時，則所產(chǎn)生的相當激烈的振動現(xiàn)象叫做共振。此類振動是由于不平衡產(chǎn)生的離心力，作為一種外力作用于旋轉(zhuǎn)體上而引起的。所謂自激振動是指因振動系統(tǒng)的固有頻率所引起的明顯振動現(xiàn)象。這類振動的頻率數(shù)與旋轉(zhuǎn)速度和外力時無關(guān)的，與強制振動相比較，其發(fā)生的次數(shù)并不多，主要發(fā)生在長跨度的高速旋轉(zhuǎn)體上。一般來說，這種異常振動的再現(xiàn)性差，每次都會由不同的數(shù)據(jù)，其振動波形也不像強制振動那樣正規(guī)，這就是常說的不穩(wěn)定現(xiàn)象。油膜振蕩、高頻振動以及干性摩擦振動等是自激振動的典型例子。為了便于分析熱油泵系統(tǒng)振動機理，現(xiàn)將強制振動和自激振動的特征歸納于表22。表21熱油泵系統(tǒng)的異常振動類型及其特征主要異常振動原因異常振動的特征不平衡由于旋轉(zhuǎn)體軸心周圍的質(zhì)量分布不均，振動頻率一般與旋轉(zhuǎn)頻率相同不對中當兩根旋轉(zhuǎn)軸用聯(lián)軸節(jié)聯(lián)接有偏移時，振動頻率一般為旋轉(zhuǎn)頻率或高頻表22強迫振動和自激振動的特征軸彎曲因旋轉(zhuǎn)軸自身的彎曲變形而引起的振動，一般發(fā)生旋轉(zhuǎn)頻率的高次成分松動因基礎(chǔ)螺栓松動或軸承磨損而引起的振動，一般發(fā)生旋轉(zhuǎn)頻率的高次成分壓力脈動發(fā)生在水泵風機的壓力發(fā)生機構(gòu)和葉輪中，每當流體通過渦輪旋殼體時發(fā)生壓力變動，如壓力發(fā)生機構(gòu)產(chǎn)生異常時，則壓力脈動發(fā)生變化空穴作用在流體機械中，由于局部壓力下降而產(chǎn)生氣泡，到達高壓部分時氣泡破裂，通常會發(fā)生隨機的高頻振動和噪聲流體振動在流體機械中，由于壓力發(fā)生機構(gòu)和密封件的異常而發(fā)生的一種渦流，也會產(chǎn)生隨機的高頻振動和噪聲比較項目強迫振動自激振動典型例子不平衡、不同軸、非線性振動和周期變化的強制力引起的振動潤滑油起泡、干性摩擦振動、中空軸內(nèi)進入流體、高頻振動、蠕動以及隨機振動定性的特征振動和曲線的再現(xiàn)性好；振動的連續(xù)性好；為了抑制振動，需要較大的力；抑振動便立即恢復正常振動的過渡狀態(tài)期短振動的再現(xiàn)性差，每次數(shù)據(jù)不同；狀態(tài)不正常，振動緩慢的增減；加上微小的力即可抑制振動；在相當快的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，保持振幅不變的振動頻率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系振動頻率與旋轉(zhuǎn)頻率相同或為其N倍、1/N倍（N1、2、3）頻率與轉(zhuǎn)速無關(guān)，基本固定振幅與轉(zhuǎn)速的關(guān)系在某一固定轉(zhuǎn)速下振幅出現(xiàn)峰值，多以危險速度及其N倍來表示在某轉(zhuǎn)速下振幅突然增大，隨后即使增大或減小轉(zhuǎn)速，振幅也不減小222熱油泵系統(tǒng)異常振動原因由于同軸度偏差大、對中不良、地腳螺栓松動，各零件間隙不當導致發(fā)生摩擦/管道附加應(yīng)力作用、操作工藝波動、抽空等因素，使離心泵振動和噪音。離心泵的振動原因較多，常見的有熱油泵不平衡、不對中，軸承缺陷、結(jié)構(gòu)共振，汽蝕、轉(zhuǎn)速失穩(wěn)及軸瓦破碎，軸承損壞及機組共振，其中由轉(zhuǎn)子不平衡不對中引起的故障約占80。轉(zhuǎn)子不平衡是由于轉(zhuǎn)子部件質(zhì)量偏心或熱油泵部件出現(xiàn)缺損引起的故障。不平衡包括單一的力不平衡、單一的力偶不平衡和動不平衡。最常見的是單一的力不平衡，其頻率特征是基頻占主導，相位穩(wěn)定，基頻幅值大于等于幅值的80，且與轉(zhuǎn)速平方成正比增大，通常水平方向的幅值大于豎直方向的幅值，一般不會超出2倍。軸承不對中的頻譜特征是會產(chǎn)生基頻2倍頻且振動以軸向為主，因此對離心泵進行頻譜分析時，要結(jié)合典型故障及特征頻率，從中識別出各種故障。23熱油泵異常振動機理和特征一般來說，熱油泵的異常振動多數(shù)是在低頻范圍內(nèi)產(chǎn)生的振動現(xiàn)象，也可見到少數(shù)高頻振動的異常現(xiàn)象。所以，引起異常振動的主要原因是不平振幅與異常程度的關(guān)系振幅的大小隨異常的程度而變，異常大則振幅增大，異常小則振幅變小振幅值一定，振幅的大小與異常程度無關(guān)發(fā)生的頻率為旋轉(zhuǎn)頻率貨為其N倍、1/N倍，或為自然振動頻率為旋轉(zhuǎn)軸的自然振動頻率減振器的效果加減振器可使峰值減小，對于出現(xiàn)峰值的轉(zhuǎn)速無影響加減振器可使造成振幅劇增的轉(zhuǎn)速提高，加大后振幅值不變防止振動的方法使運行轉(zhuǎn)速在危險速度的范圍以外；如必須在危險轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)運轉(zhuǎn)時，則可利用減振器減小危險速度下的振幅；盡可能地減小強制外力將運行轉(zhuǎn)速限制在發(fā)生自激振動的轉(zhuǎn)速以下；或利用減振器使發(fā)生自激振動的轉(zhuǎn)速提高；盡可能地減小不穩(wěn)定的主要因素衡、不對中、松動等。下面逐一敘述各種原因。231不平衡經(jīng)驗表明，最簡單而又最主要的振動起因就是不平衡。有關(guān)統(tǒng)計資料表明，不平衡所造成的振動，約占熱油泵系統(tǒng)振動原因的30。轉(zhuǎn)子不平衡故障包括轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡、轉(zhuǎn)子初始彎曲、轉(zhuǎn)子熱態(tài)不平衡、轉(zhuǎn)子部件脫落、轉(zhuǎn)子部件結(jié)垢、聯(lián)軸器不平衡等，不同原因引起的熱不平衡故障規(guī)律相近，但也各有特點。由轉(zhuǎn)子質(zhì)量中心和旋轉(zhuǎn)中心之間的物理差異所引起的不平衡一般可分為以下三種形式（1）靜不平衡指不平衡力作用在一個方向上的不平衡，其“重點”只存在于一個平面內(nèi)。存在靜不平衡的熱油泵旋轉(zhuǎn)時，產(chǎn)生一個周期作用的離心力，使其形成一階的振動。當軸的轉(zhuǎn)速為時，其振動頻率為N/MIRRFHZ/60RFN不平衡位于熱油泵的中部，在這種情況下，只要在不平衡沿徑向的反方向上加上一個配重就可以消除不平衡。注意靜不平衡的主慣性軸平行于旋轉(zhuǎn)軸。（2）偶不平衡指不平衡力作用在轉(zhuǎn)子相對的兩側(cè)面上的不平衡，其“重點”存在于兩個平面內(nèi)。當熱油泵轉(zhuǎn)動時，由每一側(cè)的不平衡中糧產(chǎn)生相反的離心力，將使熱油泵產(chǎn)生振動。（3）動不平衡轉(zhuǎn)子部分既有靜不平衡又有偶不平衡，是屬于多個平面內(nèi)有不平衡情況，也是最常見的衡平衡形式。偶不平衡與動不平衡的每個平面的不平衡隨機發(fā)的橫向振動與靜不平衡是一樣的，知識在各個平面上產(chǎn)生的振動相位和幅值大小有差異，而其頻率都等于軸頻。RF232不對中轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的另一個重要振源是不對中。所謂轉(zhuǎn)軸不對中，是指用聯(lián)軸節(jié)鏈接起來的兩根軸的中心線存在偏差，如產(chǎn)生軸線平行偏移，軸線成角度偏移或者是兩者的組合偏差。轉(zhuǎn)子不對中可分為聯(lián)軸器不對中和軸承不對中，聯(lián)軸器不對中又可分為平行不對中，偏角不對中和平行偏角不對中三種情況。對中性包括靜止狀態(tài)下的冷對中和運轉(zhuǎn)狀態(tài)下的熱對中。因此，影響對中性的因素有聯(lián)接到機組的管道系統(tǒng)；支座與基礎(chǔ)；機架；應(yīng)對中的各軸之間的熱關(guān)系等。不對中的作用就像轉(zhuǎn)子上有一個不定向的預載，容易引起軸向振動。當不對中性不嚴重時，其振動的頻率成份為旋轉(zhuǎn)基本頻率；如不對中性嚴重RF時，則產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)基本頻率的高次成分，如。2,3RF有關(guān)研究指出如果在二階運轉(zhuǎn)頻率上的振幅是運轉(zhuǎn)頻率上振幅的3075時，此不對中可被聯(lián)軸節(jié)承受相當長的時間；當二階頻率上的振幅是運轉(zhuǎn)頻率振幅的75150時，則某一聯(lián)軸節(jié)可能會發(fā)生故障，應(yīng)加強其狀態(tài)監(jiān)測；當二階運轉(zhuǎn)頻率振幅超過運轉(zhuǎn)頻率振幅150時，不對中會對聯(lián)軸節(jié)產(chǎn)生嚴重作用，聯(lián)軸節(jié)可能已產(chǎn)生加速磨損和極限故障。引起轉(zhuǎn)子不對中故障的原因有（1）初始安裝對中超差；（2）冷態(tài)對中時沒有正確估計各個轉(zhuǎn)子中心線的熱態(tài)升高量，工作時出現(xiàn)主動轉(zhuǎn)子與從動轉(zhuǎn)子動態(tài)對中不良；（3）軸承架熱膨脹不均勻；（4）管道力作用；（5）機殼變形或移位；（6）地基不均勻下沉；（7）基礎(chǔ)變形；（8）轉(zhuǎn)子彎曲，同時產(chǎn)生不平衡和不對中故障。當轉(zhuǎn)子存在不對中故障時，不僅機器振動加大，還會發(fā)生軸承偏磨，聯(lián)軸節(jié)過渡發(fā)熱，齒式聯(lián)軸節(jié)齒面磨損，與半聯(lián)軸節(jié)配合的軸端鍵槽產(chǎn)生裂紋，膜片聯(lián)軸節(jié)疲勞損壞。24熱油泵其他常見典型故障離心泵故障按其產(chǎn)生原因可分為泵本身的機械故障、泵和管道系統(tǒng)組成的工藝系統(tǒng)存在的缺陷導致泵出現(xiàn)振動、噪音等故障。后者故障原因較隱蔽，不易查明。運行過程中機械故障包括電機變速引起的振動，泵軸不對中、密封破壞、軸向推力過大、軸承溫度太高等。軸承溫度太高會引起軸承滾道嚴重點蝕、磨損加快，軸承間隙不斷增大又反過來引起泵劇烈振動，形成惡性循環(huán)，直至泵出現(xiàn)嚴重故障。軸承溫度異常升高的主要原因有潤滑不良、冷卻不夠。其次，泵應(yīng)在額定流量下或接近額定流量下運行，但在實際生產(chǎn)工藝中，由于種種原困，經(jīng)常有部分機泵在低于最高效率的小流量下運行，若時間短，則不會產(chǎn)生大問題，但是如果長時間小流量運行，就會引起噪音、振動、軸彎曲，泵內(nèi)輸送的液體溫度上升和喘振等一系列的問題。此外，熱油泵及管線系統(tǒng)的缺陷會導致泵發(fā)生汽蝕。常見原的因有安裝高度不合理、吸入管路的阻力損失太大、泵選型不當、工作點不合理等。但在復雜系統(tǒng)中，工藝參數(shù)的極端變化也會導致泵的汽蝕，如輸送液體溫度過高、吸入壓力變化引起的汽蝕。241泵的汽蝕常見的引起泵汽蝕的因素主要有泵的安裝高度不合理、吸人管路的阻力損失太大或泵選型不適當、工作點不合理等。但在復雜的工藝系統(tǒng)中，一臺原本選型正確、工作穩(wěn)定的離心泵也會因為工藝參數(shù)的極端變化發(fā)生汽蝕。2411吸入壓力變化引發(fā)汽蝕從泵的吸人液面到葉輪流道低壓區(qū)列伯努利方程，可以看到當吸人液面上的壓力減小時，葉輪人口的壓力就降低，反之則上升。也就是說泵的抗汽蝕能力隨液面壓力增大而提高，隨液面壓力減小而降低。2412液體溫度變化引發(fā)汽蝕在泵送液體溫度升高時，液體的飽和蒸汽壓隨之上升，從而越接近泵葉輪人口處的實際壓力，汽蝕也就越易發(fā)生。總之，在離心泵的檢修工作中，除了對泵可能存在的機械故障進行檢查外，應(yīng)把泵放在整個工藝系統(tǒng)中通過分析整個工藝系統(tǒng)的變化尤其開停車過程等來查找導致設(shè)備故障的原因。242軸承發(fā)熱熱油泵作為轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，長時間高速運作，不可避免造成軸承發(fā)熱，工程實際運行表明，軸承發(fā)熱的主要原因為軸承本身精度很差，軸承工作面配合精度很差，軸承環(huán)境溫度所致。滾動軸承發(fā)熱的原因及其排除方法如下（1）原因軸承精度低；方法選用規(guī)定精度等級的軸承。（2）原因主軸彎曲或箱體孔不同心；方法修復主軸或箱體。（3）原因皮帶過緊；方法調(diào)整皮帶使松緊適當。（4）原因潤滑不良；方法選用規(guī)定牌號的潤滑材料并適當清潔。（5）原因裝配質(zhì)量低；方法提高裝配質(zhì)量。（6）原因軸承內(nèi)外殼跑圈；方法更換軸承及相關(guān)磨損部件。（7）原因軸向力太大；方法清洗、調(diào)正密封口環(huán)間隙要求0203MM之間,更正葉輪平衡孔直徑及校驗靜平衡值。（8）原因軸承損壞；方法更換軸承。243泵嚴重泄漏2431機械密封機械密封是一種要求較高的精密部件，對設(shè)計、機械加工、裝配質(zhì)量都有很高的要求，所以在密封要求較高的泵生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。工程實際表明機械密封是離心泵油泵泄漏的主要原因，機械密封結(jié)構(gòu)如圖23所示，泄漏原因如下（1）軸套與軸間的密封不良造成泄露；（2）動環(huán)與軸套間的密封不良造成泄露；（3）動、靜環(huán)間密封不良造成泄露；（4）靜環(huán)與靜環(huán)座間的密封不良造成泄露；（5）密封端蓋與泵體間的密封不良造成泄露；圖23機械密封的結(jié)構(gòu)示意圖2432正常運轉(zhuǎn)中突然泄漏離心泵在運轉(zhuǎn)中突然泄漏少數(shù)是因正常磨損或已達到使用壽命，而大多數(shù)是由于工況變化較大或操作、維護不當引起的。具體原因如下（1）抽空、氣蝕或較長時間憋壓，導致密封破壞；（2）對泵實際輸出量偏小，大量介質(zhì)泵內(nèi)循環(huán)，熱量積聚，引起介質(zhì)氣化，導致密封失效；（3）回流量偏大，導致吸人管側(cè)容器（塔、釜、罐等）底部沉渣泛起，損壞密封；（4）對較長時間停運，重新起動時沒有手動盤車，摩擦副因粘連而扯壞密封面；（5）介質(zhì)中腐蝕性、聚合性、結(jié)膠性物質(zhì)增多；（6）環(huán)境溫度急劇變化；（7）工況頻繁變化或調(diào)整；（8）突然停電或故障停機等。244流量不足應(yīng)在額定流量下或接近額定流量下運行，但在實際生產(chǎn)工藝中，由于系統(tǒng)靜揚程增加、殼體和葉輪耐磨環(huán)磨損、泵葉輪堵塞、腐蝕、其它部位漏液等原困，經(jīng)常有部分機泵在低于最高效率的小流量下運行，若時間短，則不會產(chǎn)生大問題，但是如果長時間小流量運行，就會引起噪音、振動、軸彎曲，泵內(nèi)輸送的液體溫度上升和喘振等一系列的問題。2441泵的溫度上升泵所消耗的功率及其所發(fā)出的水力功率之間的差值，就是損失功率。這部分損失除機械摩擦損耗很少量外，其它都轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽鬟f給泵輸送的介質(zhì)，引起泵的溫度上升。泵在封閉運轉(zhuǎn)時的損失功率，就等于封閉軸功率，而且由于完全沒有介質(zhì)流過泵，所以全部功率都轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽⒔o泵殼內(nèi)的少量流體進行加熱，泵的溫度隨之迅速上升，吸入的部分液體的蒸汽壓將增高，導致汽蝕的發(fā)生。2442徑向推力單蝸殼泵在最高效率點運轉(zhuǎn)時，作用在葉輪周圍的壓力幾乎相等，但在其它流量下則并非均等，徑向具有反作用合力。長期在極小的流量下連續(xù)運行軸彎曲撓度過大，軸套很快磨損，甚至閑疲勞而導致軸折斷。軸的斷裂主要發(fā)生在遠離原動機一側(cè)的葉輪邊緣，也即油泵軸頭斷裂、軸套經(jīng)常磨損的主要原因。可以采取以下方法解決上述問題（1）進行葉輪切割，如果泵的流量長期不增大時可采用該方法。（2）使用變頻技術(shù)。245泵不排液或排液中斷2451泵不排液泵不排液原因及處理方法如下（1）灌泵不足（或泵內(nèi)氣體未排完）。處理方法是重新灌泵。（2）泵轉(zhuǎn)向不對。處理方法是檢查旋轉(zhuǎn)方向。（3）泵轉(zhuǎn)速太低。處理方法是檢查轉(zhuǎn)速，提高轉(zhuǎn)速。（4）濾網(wǎng)堵塞，底閥不靈。處理方法是檢查濾網(wǎng)，消除雜物。（5）吸上高度太高，或吸液槽出現(xiàn)真空。處理方法是減低吸上高度；檢查吸液槽壓力。2452泵排液中斷泵排液原因及處理方法如下（1）吸入管路漏氣。處理方法是檢查吸入側(cè)管道連接處及填料函密封情況。（2）灌泵時吸入側(cè)氣體未排完。處理方法是要求重新灌泵。（3）吸入側(cè)突然被異物堵住。處理方法是停泵處理異物。（4）吸入大量氣體。處理方法是檢查吸入口有否旋渦，淹沒深度是否太淺。25常用傳感器251壓電式加速度傳感器2511工作原理壓電式加速度傳感器是基于壓電效應(yīng)的慣性式傳感器，它的敏感元件由壓電材料制成，壓電材料受力后表面產(chǎn)生電荷。此電荷經(jīng)電荷放大器和測量電路放大和變換阻抗后就成為正比于所受外力的電量輸出。壓電原理、加速度傳感器結(jié)構(gòu)模型分別見圖24，25圖24壓電原理圖圖25加速度傳感器結(jié)構(gòu)模型某些晶體，當沿著一定的方向受到外力的作用的時候，其內(nèi)部的晶格會發(fā)生變化，產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在晶體的兩個表面上便產(chǎn)生了符號相反的電荷；當外力去掉以后，就又恢復到原來的不帶電狀態(tài)；當作用力方向改變時，所產(chǎn)生的電荷的極性也隨之改變；晶體受力所產(chǎn)生的電荷量與外力的大小成正比，而力的大小與物體的運動加速度大小成正比，上述現(xiàn)象FMA稱為正壓電效應(yīng)。反之，如對晶體施加一個交變電場，晶體本身將產(chǎn)生機械變形，這稱為逆壓電效應(yīng)，亦稱電致伸縮效應(yīng)。2512特點優(yōu)點頻帶寬、靈敏度高、信噪比高、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、重量輕等。缺點某些壓電材料需要防潮措施，而且輸出的電流響應(yīng)差，需要采用高輸入阻抗電路或電荷放大器來克服這一缺陷。因此，許多壓電加速度傳感器將電荷放大器做在統(tǒng)一殼體中，傳感器輸出電壓信號，同時用重力加速度作為加速度單位，故靈敏度單位為，通常為。G/MVG10/MVG252電渦流式位移傳感器2521工作原理電渦流式傳感器是基于電磁學中的渦流效應(yīng)工作的，主要用于動態(tài)非接觸測量。結(jié)構(gòu)圖見圖26。圖26電渦流傳感器結(jié)構(gòu)圖圖27電渦流傳感器原理圖如圖27所示，由前置放大器的高頻振蕩器向傳感器的頭部線圈供給一個高頻電流，線圈所產(chǎn)生的交變磁場在具有鐵磁性能的被測物體的表面就會產(chǎn)生電渦流，由該電渦流所產(chǎn)生的磁場在方向上與傳感器的磁場相反，因而對傳感器具有阻抗。當傳感器與被測物體的表面間隙較小的時候，電渦流也較強，阻抗較大，傳感器最終的輸出電壓變小；當傳感器與被測物體的表面間隙變大的時候，電渦流會變?nèi)酰杩棺冃。瑐鞲衅髯罱K的輸出電壓變大。渦流的強弱與間隙的大小成正比，因而，傳感器的輸出與振動位移成正比。2522特點優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便，靈敏度較高、抗干擾能力較強，不受油污等介質(zhì)的影響。渦流式傳感器對原始間隔要求不嚴格，因而調(diào)整方便。2523應(yīng)用渦流傳感器主要用于動態(tài)非接觸式測量，測量范圍隨傳感器的結(jié)構(gòu)尺寸、線圈匝數(shù)、激勵電源頻率等因素而異，測量范圍約為，其中測量250M線性范圍為，非線性小于3，用于動態(tài)非接觸式測量，分辨率科達15M。P253熱電偶溫度傳感器2531工作原理熱電偶是基于熱電效應(yīng)的一種測溫傳感器，它是一個由兩種不同材質(zhì)的導體組成的閉合回路。原理圖見圖28兩種不同材質(zhì)的導體，如在某點互相連接在一起，對這個連接點加熱，在它們不加熱的部位就會出現(xiàn)電位差。這個電位差的數(shù)值與不加熱部位的溫度及這兩種導體的材質(zhì)有關(guān)。這種現(xiàn)象可以在很寬的溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)。如果精確測量這個電位差及不加溫部位的環(huán)境溫度，就可以知道準確知道加熱點的溫度。由于它必須有兩種不同材質(zhì)的導體，所以稱為熱電偶。圖28熱電偶工作原理圖2532特點對于大多數(shù)金屬材料支撐的熱電偶而言，熱電偶的靈敏度大約在之間。不同材質(zhì)的熱電偶適用于不同的溫度范圍，其靈敏度也各540/UVC不相同。優(yōu)點熱電偶溫度傳感器的靈敏度與材料的粗細無關(guān)，可節(jié)約材料；測溫元件由極高的響應(yīng)速度，可以測量快速變化的過程。缺點靈敏度比較低，容易受到環(huán)境干擾信號的影響，也容易受到前置放大器溫度漂移的影響，不適合測量微小的溫度變化。254磁平衡霍爾式傳感器2541工作原理當電流流過導線時，將在導線周圍產(chǎn)生磁場，磁場大小與流過導線的電流大小成正比，這一磁場可以通過軟磁材料來聚集，然后用霍爾元件進行檢測。磁平衡霍爾式傳感器又可分為磁平衡霍爾式電流傳感器、磁平衡霍爾式電壓傳感器兩種。一次電路產(chǎn)生的磁場通過一個二次線圈的電流所產(chǎn)生的磁場進行補償，使霍爾元件始終處于檢測零磁通的條件下工作。由于測量電流補償了一次磁通，它能真實反映一次電感電流的波形，而且一次電路和測量電路時完全絕緣的。磁平衡霍爾式傳感器是閉環(huán)控制器，其輸出方式都是電流輸出。更具體的來說，磁平衡式霍爾電流傳感器的工作原理是一次電流產(chǎn)生的磁通量與霍爾電壓經(jīng)放大產(chǎn)生的二次電流通過二次線圈產(chǎn)生的磁PISI通量相平衡。因此，二次電流精確反映出一次電流。SI磁平衡式霍爾電壓傳感器工作原理是一次電壓UP通過一次電阻R1轉(zhuǎn)換為一次電流，產(chǎn)生的磁通量與霍爾電壓經(jīng)放大產(chǎn)生的二次電流通PISI過二次線圈所產(chǎn)生的磁通量相平衡。因此，二次電流精確反映出一次電壓。SI255光電式轉(zhuǎn)速傳感器2551工作原理光電開關(guān)是一種紅外調(diào)制型非接觸式光電傳感器。具有線性度好、分辨率高，使用簡便等優(yōu)點。產(chǎn)生的信號為數(shù)字脈沖信號，方便與控制系統(tǒng)接口。當有被撿物體經(jīng)過時，將光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)射的光線反射到接收器，于是光電開關(guān)產(chǎn)生開關(guān)信號。在本次設(shè)計中，在電動機轉(zhuǎn)軸等間距地粘有6條反光貼片，這樣電機一周可產(chǎn)生6個脈沖信號。轉(zhuǎn)速脈沖信號經(jīng)過濾波、整形處理，作為開關(guān)量信號輸入PLC進行數(shù)據(jù)采集，用于轉(zhuǎn)速測量、顯示。原理圖見圖29圖29轉(zhuǎn)速測量原理框圖256壓力傳感器2561工作原理液壓傳感器的工作原理是壓力直接作用在傳感器的膜片上，使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻發(fā)生變化，和用電子線路檢測這一變化，并轉(zhuǎn)換輸出一個對應(yīng)于這個壓力的標準信號。液體介質(zhì)流過一體化傳感器時，流體壓力作用到安裝在傳感器殼體上的不銹鋼上，再經(jīng)密封硅油傳輸?shù)綌U散硅膜片上，同時參考端的壓力作用于膜片的另一側(cè)。這樣在膜片的兩側(cè)加上的壓差產(chǎn)生一個應(yīng)力，使膜片的一側(cè)受壓，另一側(cè)受拉，一對應(yīng)變片位于壓縮區(qū)內(nèi)，另一對應(yīng)變片位于拉伸區(qū)內(nèi)，將兩對應(yīng)變片接成一個全動態(tài)電橋，以增大輸出信號。該電橋采用恒流源供電，以減小環(huán)境溫度的影響。當壓力改變時，橋臂阻值發(fā)生變化引起輸出電壓變化，經(jīng)過差分歸一化放大器放大轉(zhuǎn)換后，再變換成相應(yīng)的電流信號，該電流經(jīng)非線性矯正環(huán)路補償后，即產(chǎn)生輸入壓力信號成近似線性關(guān)系的直流的標準輸出信號。420MA257渦輪流量計2571工作原理渦輪式流量計是一種速度式流量計，其結(jié)構(gòu)主要由渦輪、導流器、殼體和磁電式傳感器等組成，渦輪轉(zhuǎn)軸的軸承由固定在殼體上的導流器所支撐，結(jié)構(gòu)圖見圖210。殼體由不導磁的不銹鋼制成，渦輪為導磁的不銹鋼，它通常有片螺旋形葉片。48圖210渦輪流量計結(jié)構(gòu)圖工作原理是置于流體中的葉輪旋轉(zhuǎn)角速度與流體流速成正比，通過流速求得流量。當流體通過流量計時，推動渦輪使其以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，此轉(zhuǎn)速是液體流量的函數(shù)。而裝在殼體外的非接觸式磁電轉(zhuǎn)速傳感器輸出脈沖信號的頻率與渦輪的轉(zhuǎn)速成正比。因此，測定傳感器的輸出頻率即可確定流體的流量。2572特點（1）準確度高、重復性好、線性好、測量范圍寬；（2）輸出脈沖信號、抗干擾能力強、無零點漂移、信號分辨能力強、便于與計算機接口；（3）儀表表體可不開孔，適應(yīng)于高壓測量（4）對流體的清潔度要求高，流體密度、溫度、粘度影響測量結(jié)果。（5）由于摩擦、磨損等問題，渦輪式流量計須定期校準。3熱油泵典型振動信號分析及診斷方法統(tǒng)計資料表明，由于振動而引起的設(shè)備故障，在各類故障中占60以上。熱油泵系統(tǒng)在運行過程中的振動及其特征信息是反應(yīng)系統(tǒng)狀態(tài)及其變化規(guī)律的主要信號。通過各種動態(tài)測試儀器拾取、記錄和分析動態(tài)信號，是進行系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的主要途徑。本章重點闡釋了常用的振動信號的分析方法與診斷方法。利用振動檢測和分析技術(shù)進行故障診斷的信息類型多，量值變化范圍大，而且是多維的，便于進行識別和決策。例如頻率范圍可以從001赫茲到幾萬赫茲，加速度可以從001G到成百上千個G，這就為診斷不同類型的故障提供了基礎(chǔ)。隨著近代傳感技術(shù)、電子技術(shù)、微處理技術(shù)和測試分析技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外已制造了各種專門的振動診斷儀器系列，在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測中發(fā)揮了主要作用。振動檢測方法便于自動化、集成化和遙感化，便于在線診斷、工況監(jiān)測、工況監(jiān)測、故障預報和控制，是一種無損檢驗方法，因而在工程實際中得到廣泛應(yīng)用。振動信號的分析方法，可按信號處理方式的不同分為幅域分析、時域分析以及頻域分析。信號的早期分析只在波形的幅值上進行，如計算波形的最大值、最小值、平均值、有效值等，后又進而研究波形的幅值的概率分布。在幅值上的各種處理通常稱為幅域分析。信號波形是某種物理量隨時間變化的關(guān)系，研究信號在時間域內(nèi)的變化或分布稱為時域分析。頻域分析是確定信號的頻域結(jié)構(gòu)，即信號中包含哪些頻率成分，分析的結(jié)果是以頻率為自變量的各種物理量的譜線或曲線。不同的分析方法是從不同的角度觀察、分析信號，使信號處理的結(jié)果更加豐富。31振動信號的時域分析幅域分析盡管也是用樣本時間的波形來計算，但他不關(guān)心數(shù)據(jù)產(chǎn)生的先后順序，將數(shù)據(jù)次序任意排序，所得結(jié)果一樣。在這里提出的時域分析，主要是指波形分析、軸心軌跡分析、相關(guān)分析和時序分析。311波形分析時間波形是最原始的振動信息源。由傳感器輸出的振動信號一般都是時間波形。對于具有明顯特征的波形，可直接用來對設(shè)備故障作出初步判斷。例如，大約等距離的尖脈沖是沖擊的特征，削波表示有摩擦，正弦波主要是不平衡等。波形分析具有簡潔、直觀的特點，是波形分析法的一大優(yōu)勢。分析波形有助于區(qū)分不同故障。一般來說，單純的不平衡的振動波形基本上是正弦式的；單純不對中的振動波形比較穩(wěn)定、光滑、重復性好；轉(zhuǎn)子組件松動及干摩擦產(chǎn)生的振動波形比較毛糙、不光滑、不穩(wěn)定，還可能出現(xiàn)削波現(xiàn)象；自激振動，如油膜渦動、油膜振蕩等，振動波形比較雜亂，重復性差，波動大。圖31不平衡的時域波形圖31所示的波形基本上為一正弦波，這是比較典型的不平衡故障；圖32所示的波形在一個周期內(nèi)，比轉(zhuǎn)動頻率高一倍的頻率成分明顯加大，即一周波動兩次，表示轉(zhuǎn)軸存在不對中現(xiàn)象。圖32不對中的時域波形312示性指標3121時域故障診斷的概率分析法對于各態(tài)歷經(jīng)的隨機過程可用其時間歷程的概率分布來描述。圖33示出某一信號的時間歷程及其概率密度函數(shù)PX,PX可由下列關(guān)系式計算（31）0001LIMLIMLIXXXTPTPX圖33信號及其概率密度函數(shù)式中是在總的觀測時間T中信號XT位于區(qū)間內(nèi)的所有時間XT,X之和。圖34為一高速滾動軸承工作是振動和加速度幅值的概率密度函數(shù)PX圖，其中上圖為正常軸承，虛線為某故障軸承的PX圖。由于磨損、腐蝕、壓痕等使振幅增大，諧波增多，反映到PX圖上使其變峭，兩旁展寬。圖34滾動軸承振動信號的概率密度3122作為故障診斷特征量的一些示性指標峰值MAXXT平均幅值01TPD均方根幅值20TRMSXT方根幅值1201TRXTDT偏斜度指標（簡稱偏度）33XP峭度指標（簡稱峭度）44D式中為系統(tǒng)中某特征點的振動響應(yīng)，T為采樣時間；為的概率XTPXXT密度函數(shù)。（1）在旋轉(zhuǎn)機械振動監(jiān)測和故障診斷中，對波形復雜的振動信號，常常采用其峰峰值（雙振幅），記為即最大峰值與其相鄰的最低谷值之間的PX幅值作為振動大小的特征量，稱為振動的“通頻幅值”。峰峰值的提取十分方便。（2）利用系統(tǒng)中某些特征點的振動響應(yīng)的均方根幅值作為故障診斷的判斷依據(jù)是最簡單、最常用的方法。均方根值診斷法多適用作穩(wěn)態(tài)振動的情況，當機器振動不平穩(wěn)，振動響應(yīng)隨時間變化時，可用振幅時間圖診斷法。該方法在研究系統(tǒng)的過渡過程（開機和停機）中是有效的，根據(jù)曲線的變化可判斷系統(tǒng)的狀態(tài)和故障。（3）比值稱為偏態(tài)函數(shù)（簡稱偏態(tài)），此處為標準偏差，偏差3XX是概率密度函數(shù)不對稱性程度的度量。比值或稱為峰態(tài)函數(shù)（簡4X43X稱峰態(tài)），是概率密度函數(shù)峭度程度的度量。對于正態(tài)分布來說，其偏態(tài)等于零，對于一般的實際信號來說，偏態(tài)也接近于零。高階偶次矩對信號中的沖擊特性較敏感，而峭度是不夠敏感的低階矩與較敏感的高階矩之間的一個折中特征量，他可以用作滾動軸承故障診斷用。如軸承圈出現(xiàn)裂紋，滾動元件或滾珠軸承邊緣剝裂等在時域波形中都可能引起相當大的脈沖，用峭度作為故障診斷特征量是很有效的，但用于滑動軸承的故障診斷就不靈敏了。（4）當時間信號中包含的信息不是來自一個零件或部件，而是屬于多個元件時，例如在多級齒輪的振動信號中往往包含有來自高速齒輪、低速齒輪以及軸承等部件的信息，在這種情況下，可利用下列的一些無量綱示性指標進行故障診斷或趨勢分析。波形因數(shù)RMSPXK脈沖因數(shù)PI峰值因數(shù)RMSXC裕度因數(shù)RL在選擇上述各示性指標時，按其診斷能力由大到小順序排列，大體上為峰態(tài)因數(shù)裕度因數(shù)脈沖因數(shù)峰值因數(shù)波形因數(shù)。32振動信號的頻域分析信號的頻域特性有著具體的物理意義。頻率特性是信號的客觀性質(zhì)，在很多情況下，它比時域分析更能反映信號的基本特性。因此，常常需要將信號的時域描述（即信號是時間變量的函數(shù)）通過數(shù)學處理方法變換為頻域描述（即信號以頻率為獨立變量），然后進行信號分析，這種方法稱為頻譜分析。對于周期信號，可用傅里葉級數(shù)展開的方法將時域信號變換為頻域信號，以幅值來表示的稱為幅值譜，以相位來表示的稱為相位譜，以能量來表示的稱為功率譜。對于非周期信號，信號的變換采用傅里葉變換方法，變換后的信號相應(yīng)地稱為幅值譜密度、相位譜密度、功率譜密度。321離散傅里葉變換在工程實際中，使用最多的是離散傅里葉變換和快速傅里葉變換。離散傅里葉變換（DISCRETEFOURIERTRANSFORM，簡稱DFT）一詞并非泛指對任意離散信號取傅里葉變換或者傅里葉級數(shù)，而是為適應(yīng)計算機福利他也變換而引出的一個專用名詞，在計算機上實現(xiàn)這一運算必須做到把連續(xù)信號（包括時域、頻域）改造為離散數(shù)據(jù)；把計算范圍收縮到一個有限區(qū)間；實現(xiàn)正、逆傅里葉變換。在這種條件下所構(gòu)成的變換對稱為離散傅里葉變換對，其特點是，在時域和頻域中都只取有限個離散數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)分別構(gòu)成周期性的離散時間函數(shù)和頻率函數(shù)。離散信號的傅里葉變換表達式為XN，12/0NJKNNNXKXE0,12,KN，/JKK,或者令2/JNWE那么上面兩式可分別寫成，（32）10NNKNXKX0,1,，（33）KK,2,N此式物理意義是十分明顯的，在變換過程中，都僅僅涉及了處理區(qū)間（0NN1；0KN1）的N個和值，其中，時域序列可以XNXKXN分解為N個諧波復指數(shù)序列，每個諧波分量的頻率為或，復振幅為0K。同樣，被分解為N復指數(shù)序列之和，每個分量的復振幅是1/NXKXK，頻率是。XN0N322快速傅里葉變換式（34）、（35）建立了離散信號的時、頻域關(guān)系，為離散信號的頻域分析在理論上提供了變換工具，但在實際上難實現(xiàn)，因為計算時間太長，例如，對采樣點N1000，DFT運算量約需200萬次。為了解決這一難題，美國的庫利（JWCOOLEY）和圖基（JWTUKEY）在1965年提出了快速傅里葉變換（FASTFOURIERTRANSFORM，簡稱FFT）的計算方法，從此開創(chuàng)了信號分析的新時代。同樣是采樣點N1000的離散信號，F(xiàn)FT運算量僅需15萬次。FFT算法有多種，并且還在不斷發(fā)展中。常見的FFT算法有兩種，一種是以逐次分解成較短序列的方法，稱為時間抽算法，另一種是以逐XNXK次分解成短序列的方法，稱為頻率抽算法。由于TTF一般都是由計算機軟件實現(xiàn)，且已有許多現(xiàn)成的工具，這里不再介紹FFT具體算法，而只討論計算時涉及到的一些參數(shù)的選擇。（1）采樣頻率采樣時間間隔的倒數(shù)稱為采樣頻率。在采樣過程中合理確定采樣頻TSF率，是保證采樣得到的離散信號能夠真實地反映原信號的基本條件。采XT樣頻率越高，采樣的點數(shù)越多，信號的復原性越好，通常可取采樣頻率為SF信號最高頻率的10倍。但由于有些信號分析設(shè)備的采樣點數(shù)有一定的限CF制，采樣頻率高，所采用的信號記錄長度就短，會影響信號的完整性，還會導致頻率分析時，頻率軸上的頻率間隔太大，頻率分辨率太低，一些低頻F成分就分析不出來，兩個頻率很接近的分量也很難分辨出來。進行頻域分析時，為了避免混疊，采樣頻率最小必須大于或等于信號SF中最高頻率的2倍，即滿足采樣原理CF（34）2SCF應(yīng)用于頻譜分析儀，當采樣點數(shù)為N1024時，頻譜圖上從零點到最高分析頻率之間有400條譜線，則取（35）256SCFF（2）采樣點數(shù)時域分析時，采樣點數(shù)越多，越接近原始信號。采樣頻率確定后，信號中最低頻率越低，所需采樣點數(shù)就越多，反過來說，采樣頻率和采樣點數(shù)確定后，所能分析的最低信號頻率也就確定了，這就是下面描述的頻率的分辨率。進行頻率分析時，為了FFT算法的方便，采樣點數(shù)一般取2的冪數(shù)。（3）信號的記錄長度和頻率分辨率當采樣頻率和采樣點數(shù)N確定之后，分析信號的記錄長度（時間）就SF確定了，每一段樣本的長度為（36）1/STTF同時還可以確定頻譜圖上的頻率分辨率，因為最高分頻率可以根據(jù)采樣頻率確定，頻譜圖上的離散譜線數(shù)則為采樣點數(shù)的一般，因此分辨率就可以確SF定為（37）/2/1SFNT33振動信號的幅值域分析幅值域分析時研究信號瞬時幅值最大值和最小值、幅值的平均值和波動程度、平均能量以及幅值瞬時值的大小及其出現(xiàn)的次數(shù)。331均方根診斷均方根（RMS）診斷是根據(jù)機械的某些特征點上振動響應(yīng)的均方根值與標準均方值的比較來判斷機械內(nèi)部狀態(tài)、進行故障診斷的一種方法。信號的均方值與信號的均值、方差之間有如下關(guān)系2X2XM2X（38）2X信號的均方根（信號的有效值）既反映了信號振動的平均信息，又反2X應(yīng)了信號的波動和離散程度。因此它可比較完整地反映機械內(nèi)部狀態(tài)，可用來作為判斷機械內(nèi)部狀態(tài)異常與否的依據(jù)。均方根診斷簡單易行，是一種實用性很強的診斷方法，它可適用于各種信號定期或永久