1、設備狀態檢測與故障診斷設備狀態檢測與故障診斷 2幾個觀點與一個問題1：單純的理論是不能做好現場診斷2：需要掌握那些理論做基礎3：理論是方法與基礎，儀器是工具和手段4：診斷就是現在和過去的比較5：診斷關鍵點是看頻率結構變化6：機器由那幾個關鍵部件組成突破診斷思路障礙n診斷要有一定的理論基礎n現場需要的是通用的解決辦法，不是單純理論n診斷需要現場設備知識與經驗作支撐n不管什么設備，站在診斷的角度來看，軸（轉子，葉輪，皮帶輪）、齒輪、軸承組合而成，因此診斷就是判斷機器軸、齒輪，軸承是否存在隱患如何成為診斷高手或者專家行業n1：測點部位選擇n2：測量定義選擇n3：分析方法選擇n4：事后分析結合n5：制

2、定解決方案避免重復事故n正確是思路正確的方向持久的行動體會總結，交流分享振動診斷能夠做些什么？n1：數據測量n振動測量一般是指位移，速度，加速度波形與能量檢測，一般簡易的儀器不具備波形測量能力，只能測量一個數值，它只能通過趨勢分析，判斷設備是否異常，而具備波形采集的儀器，能夠通過軟件分析設備產生了什么樣的問題，是軸承損壞，還是安裝出現問題，或者是出現了不平衡。振動診斷能夠做些什么？n2：數據分析n通過時域波形，頻譜分析，趨勢分析，瀑布圖，多頻譜，倒譜，包絡解調，軸心軌跡，交差相位，自相關，互相關，小波等分析方法，確定設備產生隱患的原因，部位振動診斷能夠做些什么？n3：分析工具引用nA，通過時域

3、波形指標峭度，裕度指標 ，脈沖指標 等可以判斷設備滾動軸承，齒輪是否存在問題nB通過頻率分析，利用倍頻，邊頻率及頻率結構，確定具體隱患部位振動診斷能夠做些什么？n診斷最終目標就是通過數據采集與分析，確定隱患產生的原因，部位，并拿出解決方案n隱患產生的原因設計缺陷，制造缺陷，安裝缺陷，正常磨損，維護不當，管理不到位等等！ 目目 錄錄n設備狀態監測與診斷技術的基本概念設備狀態監測與診斷技術的基本概念n設備狀態檢測前期準備工作設備狀態檢測前期準備工作n設備狀態檢測的實施設備狀態檢測的實施n故障診斷故障診斷n診斷案例診斷案例10一、設備狀態監測與診斷技術基本概念一、設備狀態監測與診斷技術基本概念 設備

4、狀態監測設備狀態監測 是指用人工或專用儀器，按照規定的監測點(設備及部位)進行間斷或連續的(周期)監測，包括壓力、流量、溫度、振動與噪聲等等來掌握設備運行所處于的狀態(狀態識別) 。設備診斷技術設備診斷技術 是指在設備運行中或基本不拆卸的情況下，根據設備的運行狀態，判斷故障的部位和原因，并預測設備今后的狀態變化。 11 設備狀態監測和診斷技術是兩項既有區別又密切聯系的設備管理技術。設備狀態監測是狀態維修的初級階段，通俗的說，它描述、反應的是設備運行狀態的好與壞，而設備診斷技術是狀態監測后的識別和判斷階段，能夠確定設備“生病”的部位與原因。沒有大量歷史數據是不能保證診斷正確性。 狀態監測與故障診

5、斷關系12設備狀態監測和故障診斷能做什么？n哪些設備有問題? 問題多嚴重? n問題可能發生什么變化? n應采取什么措施？n設備哪有故障？什么原因？n怎樣維修？n維修效果好不好？狀態監測適用于各種旋轉設備 電機 泵 風機 壓縮機 離心機 齒輪箱傳送帶攪拌機滾筒/軋輥汽輪機幾乎所有的重要旋轉設備幾乎所有的重要旋轉設備狀態監測適用于多個行業和領域 汽車 食品飲料 建筑 生命科學 航海 半導體 冶金電力石油化工紙漿及造紙礦山水/污水 故障診斷的基本方法故障診斷的基本方法 n一、按機械故障診斷方法的難易程度分類：簡易診斷法簡易診斷法 精密診斷法精密診斷法n二、按機械故障診斷的測試手段來分類：直接觀察法直

6、接觀察法 振動噪聲測試法振動噪聲測試法 無損檢測法無損檢測法 磨損物測定法磨損物測定法 機器性能參數測定法機器性能參數測定法16故障診斷的基本方法故障診斷的基本方法n簡易診斷法簡易診斷法 采用便攜式的簡易診斷儀器，如測振儀、聲級計、工業內窺鏡、紅外點溫儀對設備進行人工巡回監測，根據設定的標準或人的經驗分析，了解設備是否處于正常狀態。17n精密診斷法精密診斷法 對已產生異常狀態的設備采用精密診斷儀器及其他輔助分析手段(計算機輔助分析軟件、診斷專家系統等)進行綜合分析，了解故障類型、部位、程度和產生原因及故障發展的趨勢等問題。故障診斷的基本方法故障診斷的基本方法18故障診斷的基本方法故障診斷的基本

7、方法n直接觀察法直接觀察法 如“聽、摸、看、聞” ，主要依靠人的感覺和經驗，故有較大的局限性。隨著技術的發展和進步，目前出現的便攜式測振儀、泄漏聽診儀、光纖內窺鏡、紅外熱像儀、激光全息攝影等現代手段，大大延長了人的感觀器官，使這種傳統方法又恢復了青春活力，成為一種有效的診斷方法。19n振動噪聲測定法振動噪聲測定法 機械設備在運動狀態下(包括正常和異常狀態)都會產生振動和噪聲。振動和噪聲的強弱及其包含的主要頻率成分和故障的類型、程度、部位和原因等有著密切的聯系。大多數機械設備是定速運轉設備，各零部件的運動規律決定了它的振動頻率。由于是定速運轉，其振動頻率即為該零件的特征頻率，觀測特征頻率的振動幅

8、值變化，可以了解該零部件的運動狀態和劣化程度。因此利用這種信息進行故障診斷是比較有效的方法，也是目前發展比較成熟的方法。其中特別是振動法，由于不受背景噪聲干擾的影響，使信號處理比較容易，因此應用更加普遍。故障診斷的基本方法故障診斷的基本方法故障診斷的基本方法故障診斷的基本方法n無損檢驗無損檢驗 無損檢驗是一種從材料和產品的無損檢驗技術中發展起來的方法，它是在不破壞材料表面及內部結構的情況下檢驗機械零部件缺陷的方法。包括超聲、紅外、x射線、射線、聲發射、摻透染色等，在檢驗由裂紋、砂眼、縮孔等缺陷造成的設備故障時比較有效。n局限性：局限性：部分方法如超聲、射線檢測等不便于在動態下進行。21故障診斷

9、的基本方法故障診斷的基本方法n磨損殘余物測定法磨損殘余物測定法 機器的潤滑系統或液壓系統的循環油路中攜帶著大量的磨損殘余物(磨粒)。它們的數量、大小、幾何形狀及成分反映了機器的磨損部位、程度和性質，根據這些信息可以有效地診斷設備的磨損狀態。目前磨損殘余物測定方法在工程機械及汽車、飛機發動機監測方面已取得了良好的效果 鐵譜分析儀磨損顆粒分析24故障診斷的基本方法故障診斷的基本方法n機器性能參數測定法機器性能參數測定法 機器的性能參數主要包括顯示機器主要功能的一些數據，如泵的揚程，機床的精度，壓縮機的壓力，流量，內燃機的功率、耗油量，破碎機的粒度等。一般這些數據可以直接從機器的儀表上讀出，由此可以

10、判定機器的運行狀態是否離開正常范圍。這種機器性能參數測定方法主要用于狀態監測或作為故障診斷的輔助手段 故障診斷的基本方法故障診斷的基本方法n機器性能參數測定法機器性能參數測定法 機器的性能參數主要包括顯示機器主要功能的一些數據，如泵的揚程，機床的精度，壓縮機的壓力，流量，內燃機的功率、耗油量，破碎機的粒度等。一般這些數據可以直接從機器的儀表上讀出，由此可以判定機器的運行狀態是否離開正常范圍。這種機器性能參數測定方法主要用于狀態監測或作為故障診斷的輔助手段。 總結 當診斷一臺設備的故障部位和原因時，往往需要綜合的運用多種檢測方法。在判定前，要列舉各種可能及該可能的特征參數值，再與檢測得到的數據進

11、行對比驗證，將對比不相符合的可能排除，剩下相符的可能，即為設備的故障部位和原因。這就是故障診斷中所普遍使用的排除法 二、設備狀態檢測前期工作二、設備狀態檢測前期工作n 檢測對象的確定檢測對象的確定 n 檢測對象的技術參數檢測對象的技術參數 n 檢測對象的歷史信息檢測對象的歷史信息n 檢測對象監測部位的確定檢測對象監測部位的確定 n 檢測部位的方向檢測部位的方向 n 檢測工況的選擇檢測工況的選擇n 檢測儀器的選擇檢測儀器的選擇28檢測對象的確定檢測對象的確定 重點設備凡是單機停機，處理比較困難，備品備件難以準備，影響整個生產過程的設備，產品質量的設備即為重點設備。 A類 生產設備關鍵性 指大型、

12、高速、檢修費用昂貴 B類 重要性生產設備 采用離線狀態監測儀器，配置便攜式簡易或精密檢測分析儀器，定期采集數據進行分析 C類 一般性生產設備 采用離線簡易檢測儀器，定一個標準來進行評判，也是比較普遍采用的一種常規做法。29設備管理發展趨勢設備管理發展趨勢 隨著計算機及網絡技術的發展，國外已經把設備管理上升到企業資產管理范疇，不僅重要、關鍵設備進行在線監測方式進行狀態管理，而且一般設備也采用在線監測方式，從而保證設備狀態的準確、及時得到監控，提高設備的使用壽命，提高生產效率，創造更大的經濟效益。30檢測對象的技術參數檢測對象的技術參數 振動參數常用的有A、V、D，三者經積分、微分轉換。低頻振動用

13、D（小于10Hz）；高頻振動用A（大于1KHz）；中頻振動用V（101KHz）度量。 單位：D-mm、m； V-cm/s、mm/s； A-m/s2、1 g=9.8m/s2 31 檢測對象的歷史信息檢測對象的歷史信息 歷史信息包括安裝精度要求，檢修及故障處理信息。 做設備診斷的必要條件_輸入軸轉速、齒輪的齒數、軸承的型號（節徑、滾動體個數、接觸角、滾動體直徑）32 檢測對象監測部位的確定檢測對象監測部位的確定 1：故障發生部位 2：軸承定位部位 3：連接鋼性好的部位。33檢測部位的方向檢測部位的方向n對傳動鏈不是非常復雜的設備，如風機，盡量采集水平、垂直、軸向三個方向的數據，從而方便我們分析故障

14、的類型。n對采用滾動軸承支撐的，非常有必要加上加速度參數的檢測，因為滾動軸承故障特征一般在高頻率區域。n對傳動鏈復雜，機構特殊的設備，原則上要保證傳感器安置在設備易發故障的軸承定位部位，一般取軸向。34對于單純的旋轉機械，每一個不同的檢測方向，對應著不同的故障特征水平方向工頻大，一般對應不平衡故障；轉子自身隱患與故障垂直方向工頻大，一般對應松動故障；基礎及部件松動剛性不足軸向振動大，一般對應不對中故障；安裝隱患 檢測方向與故障關系35 檢測工況的選擇檢測工況的選擇機器運行有不同工況，如輕載與重載、快速與慢速、空載與負載、啟動與制動等。通常在給機器作定期狀態監測與趨勢分析時，我們一般選擇機器的穩

15、態工況、即機器在正常運行時的工況為振動測量工況，若要給機器作故障診斷時，應在現場的條件許可下，我們一般選擇能暴露機器故障的工況作為振動測量工況，因為這時記錄下來包含有故障信息的振動信號，對以后的頻譜分析會有幫助。36經驗建議經驗建議 低速重載設備，建議在無載荷狀態下進行數據采集與保存，這樣能夠讓故障信息“自由釋放”出來，特別是時域無量綱分析時，信息更加真實，對高速輕載設備，盡量保證分析數據是在工作狀態下采集，這個時候的高頻信息反映真實。針對可逆式軋機，我們應該選擇無負荷，單方向連續轉動時做數據采集。 37檢測儀器的選擇 瞬態常指開/停車過程，也包括變負荷操作。一般來說，滿足開、停車過程數據采集

16、是至關重要的。要具備等時間或者等轉速采樣功能，在現場，儀器要具備“應變”能力不管需要什么形式的數據，都能夠準確采集，這個要求并不是每一個儀器廠家都能夠做到的，因此，許多商家 可以輕描淡寫地介紹自己的系統具有穩態和瞬態數據采集的能力及其響應的分析方法，而回避數據采集的實現方式和具體的指標。38檢測儀器的選擇-性能指標 要儀器廠家提供詳細的技術指標，特別是開、停車過程數據采集的密度（多少組），波特圖和極坐標圖的分辨率（由多少點組成），1X矢量的獲取方式，穩態下頻譜的分辨率（多少線），這些可以幫助我們了解產品的內在質量，這也是滿足正確故障診斷的基本要求39檢測儀器的選擇-性能指標n譜線數-400、8

17、00、1600、3200、6400n采樣點數-1024、2048、4096、8192nA/D轉換位數12、16、18n頻率范圍是否能夠柔性設置n數據精度-傳感器的精度和儀器能力有關系n參數能夠自由設置，從而滿足各類設備數據采集與診斷的需要40檢測儀器的選擇-軟件系統n檢測儀器配套的系統（軟件）必須具備數據兼容性與開放性n系統必須同時具備分析及管理功能n分析方法、手段實用，針對性、目的性強n具備方便接入ERP、EAM等系統的能力41采樣點數與頻率分辨率的關系 采樣點數的多少與要求多大的頻率分辨率有關。當最高分析頻率已經確定，要考慮診斷中頻譜的頻率分辨率是多少，然后由N采樣點數=2.56M 線數=

18、2.56 fm分析頻率/f分辨率計算采樣點數，并將采樣點數設置為最接近計算值的2倍的n次冪。使用較多的有512、1024、2048、4096等。這樣f = fs / 2.56M =2.56 fm/ N （1/200、1/400、1/800、1/1600）fm。這就常說的200線、400線、800線等分辨率的意思。42頻率計算案例 機器轉速R=3000r/min=50Hz,欲分析8倍頻以下振動信號，要求頻率分辨率f=1Hz,則采樣頻率和采樣點數設置如下：最高分析頻率fm=8R=850Hz=400Hz; 采樣頻率fs=2.56fm=2.56400Hz=1024Hz;采樣點數N=2.56fm/f=2

19、.56400Hz/1Hz=1024,譜線數M=N/2.56=1024/2.56=400（條）。 為了取得比較高的頻率分辨率，在分析頻率一定的前提下，采樣點數和譜線數越高，頻率的分辨率就越高，這樣我們計算出來的理論轉速與實際轉速間的誤差越小。 43頻率分辨率f 、譜線數為M、采樣點數N頻率分辨率f與譜線數為M關系： 設最高分析頻率為fm f= fm ， （1） M采樣點數N與譜線數M有以下關系： N=2.56M =2.56 fm/f （2）或 f =2.56 fm/ N 又 fs=2.56fm f = fs/ N （3）計算公式與關系44 博士、教授大多數是學者，不是專家，專家和學者是兩個完全不

20、同的概念，專家只能出自現場，職責是解決實際問題，是將理論實踐化；學者出自實驗室，任務是學術研究，進行理論創新，將實踐理論化。專家要求對具體對象特性非常熟悉，特別是對象影響其正常運行的特性，更是要求掌握特別詳細，學者要求將諸多特性歸納為共性，最后形成一套理論體系。現場技術人員整天和設備打交道，對設備最了解，因此解決問題的希望在于自己合理使用儀器/系統提供的信息，不能寄托在不了解設備的人身上。儀器/系統只能提供在常規條件下無法獲取的設備信息，而不能提供完整的解決方案，雖然目前有輔助診斷系統，但當前要達到實用程度還有一定差距，如果過分夸大或者依賴儀器的能力，而忽視人的主觀能動性，是不正確的故障診斷思

21、路專家和學者的關系、作用專家和學者的關系、作用45三、設備狀態檢測的實施三、設備狀態檢測的實施 A：“定周期”B： “定人”C： “定部位”D： “定參數”E：設備狀態評估46A：“定周期定周期” 任何事物的變化過程都是由量變到質變的，設備的狀態檢測，貴在堅持，因此檢測“周期周期”必須保證。在狀態檢測前期，我們應該適當把檢測周期縮短，對比較關鍵、易發故障的設備，盡量保證一周2次，其監測過程大約一年。數據采集器應該采用帶數據數據庫管理功能，頻譜記錄分析軟件的儀器。47B： “定人定人” 設備狀態檢測，一般都采用離線數據采集器，因此數據的真實性，在很大程度上也取決于檢測人員的綜合素質，從事該工作應

22、該有比較強的責任心，因為離線檢測儀器的傳感器與被檢測的設備是分離的，其位置發生改變，得到的數據會有很大區別，為了保證分析結果的可信度，數據檢測應該由“專人”負責，即“定人定人”。我們做過這樣的實驗，在加速度測量的時候，傳感器位置改變5mm，其振動能量會相差很大48C： “定部位定部位” 現在做設備診斷工作的同志，往往認為對一臺設備檢測部位越多越好，通過幾年工作的積累，我認為在該工作剛剛起步階段，這個觀點是成立，但是當數據積累到一定時候，我們就可以找出最能反應該設備運行狀態的參數與部位，從而合理的選擇檢測“部位”，能夠“定部位定部位”。為什么現在很多同志對在線監測失去信心，很大程度上是因為監測“

23、部位部位”與監測“參數參數”選擇不合理，造成分析可信度降低，投入了比較大的投資，沒有預期的效果。49D:定參數 參數設置原則上是應保證機器振動的所有特征頻率信號都能記錄下來 1、 必須通過計算，了解被測設備的特征頻率，包括轉頻、倍 頻，以及發生故障時的特征頻率、葉頻、齒輪嚙合頻率、滾動軸承固有頻率等。 2、合理選擇傳感器和檢測儀器，注意它們的頻響范圍是否與被測機器特征頻率相匹配。 例：有時一臺機器特征頻率在1KHz以下低頻段，但其滾動軸承或齒輪的故障信號又在1KHz的高頻段。為了頻譜分析時的需要，對這些測點頻帶可分兩次設置。一次設在1KHz內。另一次設在5KHz，這樣我們就可得到兩次測試結果的

24、頻譜圖，可以分別看出它在不同頻帶上的特征頻率信號。50E：設備狀態評估：設備狀態評估設備狀態評估，是設備故障診斷的基礎。 我們對設備進行定期、定人、定部位檢測，唯一的目的就是為了了解與掌握其運行狀態正常、異常，有序的對設備進行維護處理。在現階段，我們應該通過簡單的趨勢分析、瀑布圖等手段，大力推進設設備狀態評估備狀態評估基礎工作。設備狀態監測所用的儀器比較簡單便宜，易于掌握，對人員素質要求不高，適合車間基層一級來組織實施，能夠實現全員性，從而帶動整個行業水平的提高。趨勢分析是量的變化，瀑布圖反應的是譜圖結構的變化，如果我們日常工作能夠準確掌握，就能夠避免突發性事故。51四、故障診斷四、故障診斷

25、故障診斷不僅要檢查設備是否正常還要對設備故障的原因，部位以及嚴重程度進行深入分析做出判斷，故它又稱為精密診斷。52如何保證故障診斷準確性n長期現場診斷實踐表明，對機器設備實施振動診斷，必須遵循正確的診斷程序，才能使診斷工作有條不紊地進行，并取得良好的效果。反之，如果方法步驟不合理，或因考慮不周而造成某些環節上的缺漏，則將影響診斷工作的順利進行，甚至中途遇挫，無果而終。n診斷步驟3個環節：準備工作、診斷實施、決策與驗證。53（1）了解診斷對象）了解診斷對象n了解設備的主要手段是開展設備調查。在調查前應作出一張調查表，它由設備結構參數子表、設備運行參數子表、設備狀況子表組成。n設備結構參數子表有下

26、列項目：n清楚設備的基本組成部分及其聯接關系。n一臺完整的設備一般由三大部分組成，即：原動機(大多數采用電動機，也有用內燃機、汽輪機、水輪機的，一般稱輔機)、工作機(也稱主機)和傳動系統。要分別查明它們的型號、規格、性能參數及聯接的形式，畫出結構簡圖，n 必須查明各主要零部件（特別是運動零件）的型號、規格、結構參數及數量等，并在結構圖上標明，或另予說明。這些零件包括：軸承型式、滾動軸承型號、齒輪的齒數、葉輪的葉片數、帶輪直徑、聯軸器型式等。54設備運行參數子表包括以下內容 n 各主要零部件的運動方式：旋轉運動還是往復運動；n 機器的運動特性：平穩運動還是沖擊性運動；n 轉子運行速度：低速(60

27、00rmin)；勻速還是變速；n 機器平時正常運行時及振動測量時的工況參數值，如：排出壓力、流量、轉速、溫度、電流、電壓等。n 載荷性質：均載、變載還是沖擊負荷；n 工作介質：有無塵埃、顆粒性雜質或腐蝕性氣(液)體。n 周圍環境：有無嚴重的干擾(或污染)源存在，如強電磁場、振源、熱源、粉塵等。設備狀況子表包括以下內容 n 設備基礎型式及狀況，搞清楚是剛性基礎還是彈性基礎。n 有關設備的主要設計參數，質量檢驗標準和性能指標，出廠檢驗記錄，廠家n 有關設備常見故障分析處理的資料(一般以表格形式列出)，以及投產日期，運行記錄，事故分析記錄，大修記錄等 （2）確定診斷方案）確定診斷方案 在對診斷對象全

28、面了解的基礎上，接著就要確定具體的診斷方案。診斷方案正確與否，關系到能否獲得必要充分的診斷信息，必須慎重對待。一個比較完整的現場振動診斷方案應包括下列內容 選擇測點 預估頻率和振幅 確定測量參數 選擇診斷儀器 選擇與安裝傳感器 做好其他相關事項的準備（2）確定診斷方案）確定診斷方案（3 ） 進行振動測量與信號分析進行振動測量與信號分析 （4） 實施狀態判別實施狀態判別（5） 作出診斷決策作出診斷決策 設備診斷的全過程并不是到作出結論就算結束了，最后還有重要的一步，必須檢查驗證診斷結論及處理決策的結果。診斷人員應當向用戶了解設備拆機檢修的詳細情況及處理后的效果，如果有條件的話，最好親臨現場察看，

29、檢查診斷結論與實際情況是否符合（6 ） 檢查驗證檢查驗證 在設備故障診斷中，應用最多的技術是振動分析方法。其原因主要是：1. 在設備管理過程中，振動是設備的一項主要性能指標，振動強弱直接和故障相關，大型機組尤其如此，機組振動超標對安全生產和企業經濟效益影響很大。2. 在診斷技術上振動監測相對易于實現，且振動信息量大，檢測技術比較成熟、監測手段比較多，易于得到故障診斷結論。選擇振動檢測的理由61振動形式的描述振動形式的描述 機械設備總是不可避免地會產生振動，除特殊需要，過大的振動是有害的。為了說明振動的特點，采用了多種描述方式。 62xn振幅振幅 (Amplitude) 偏離平衡位置的最大值，記

30、作A。描述振動的規模。n圓頻率圓頻率 (Angular frequency) 描述振動的快慢，記作 ,單位為弧度/秒。 頻率頻率 f = /2 為每秒鐘的振動次數，單位為次/秒(Hz)。 周期周期 T = 1/f = 2/ 為每振動一次所需的時間，單位為秒。n初相角初相角 (Initial phase) 描述振動在起始瞬間的狀態，記作。簡諧振動的三要素 時域描述： 有兩種表示方式，即振動波形和軸心運動軌跡。其中時域描述，可直觀地了解振動隨時間的變化情況，而軸心運動軌跡則反映轉軸在軸承中的橫向運動情況，能粗略地估量振動平穩與否及對稱程度。大家注意，當我們要做軸心軌跡的時候，一定是建立在時域采集的

31、基礎上，后面我們講到倒譜及共振解調也必須有時域的數據。64xrms 有效值xp 峰值xav 平均絕對值 平均值無量綱時域參數 n波形指標波形指標 (Shape factor) 波形與正弦波比較的偏移和歪斜。n峰值指標峰值指標 (Peak factor) 波形是否有沖擊。n脈沖指標脈沖指標 (Crest factor) 波形高度的指標。n歪度指標歪度指標 (Skewness) 以平均值為中心，波形的對稱性。n峭度指標峭度指標 (Kurtosis) 波形的尖峭程度、有無沖擊。rmspxxI avrmsxxSfxxCfp3rms13111xNxxNii)( 4rms14211xNxxNii)( x振

32、 動 的 時 域 波 形名 稱 波 形 名 稱 波 形 0 x正峰值負峰值平均絕對值有效值平均值峰峰值振動的時域參數簡諧振動為例 x=Asin( t+/2)n峰值峰值 xp=A; 峰峰值峰峰值 xp-p=2An平均絕對值平均絕對值 xav=0.637An有效值有效值 xrms=0.707An平均值平均值頻域描述： 將振動幅值、相位、能量情況按頻率排列，有利于分析故障原因。 68幅值描述： 現場主要采用峰值、峰峰值、有效值等概念來反映振動幅值的大小，其中又有位移、速度、加速度等不同振動量之分。位移峰峰值主要用來考核設備間隙的安全性。速度有效值用以反映振動能量的大小或破壞能力，是判斷振動狀態的主要

33、指標。加速度峰值則和沖擊相關聯。 69振型： 即按軸向位置將同一方位的同頻振幅相連獲得的振型曲線，用以估算轉子與固定部件之間的內部間隙并估算轉軸的“節點”位置。 70瀑布圖： 將頻譜按采集時間的順序排列而成，用以觀測開停車振動成分的變化情況。71極坐標圖（奈魁斯特圖）及波德圖： 描述振幅相位隨轉速變化過程以極坐標表示即極坐標圖，以直角坐標表示即波德圖。其作用和瀑布圖類似，主要用以確認共振頻率。72波德圖和極坐標圖n波德圖(Bode Plot)和極坐標圖(Polar Plot)兩者所含信息相同，都表示基頻振動的幅值和相位隨機器轉速的變化規律。n三維頻譜圖是頻譜的集合頻譜的集合。n第三個坐標可以是

34、轉速轉速、時間時間(日期)、其他工藝參其他工藝參數數等。n本圖第三坐標是轉速，機器升速過程中發生了油膜渦動和油膜振蕩。三維頻譜圖 Cascade全息譜圖： 即將在空間相距 90 度的二同頻率振動合成的軌跡按頻率順序排列得到的圖形，用以全面了解設備振動情況，對故障診斷能起到很好作用 75 要做好設備診斷工作，我們非常有要做好設備診斷工作，我們非常有必要對必要對 頻譜結構與故障特性之間的關頻譜結構與故障特性之間的關系有一個明確的界定：系有一個明確的界定：頻率譜圖與故障類型76滑雪坡狀譜線 n特征特征: 波峰位于波峰位于0 Hz附近附近,頻譜曲線逐漸衰減頻譜曲線逐漸衰減n如果在頻譜圖上低頻處出現高幅

35、波峰，隨著頻率的增大其強度逐漸衰減，說明傳感器可能出現了問題，或者是傳感器在測量過程中受到了振動或其他瞬態的外在干擾。這種瞬態的外在干擾可能是機械的（比如：傳感器遭到碰撞，或劇烈的振動）、熱力的（傳感器被安放在一個很熱或者相對較熱的表面上）或者電子干擾。77滑雪坡狀譜線滑雪坡狀譜線n如果傳感器“飽和”，會在其頻譜上出現滑雪坡曲線和凸起的背景噪音。最典型的情況是存在高頻振動源。78高強度的背景噪音高強度的背景噪音n特征：頻譜的底部上升特征：頻譜的底部上升n如果出現背景噪音整體升高，很有可能是由于齒輪嚴重磨損所引起的。如果噪音偏向于高頻端，那么很可能是流動噪音以及氣穴所致。n小的“峰丘”可能源于共

36、振或間隔很小的邊頻帶。高分辨率的測量或許可以分辨出振源是邊頻帶還是共振。如果可以改變機器的轉速，會發現其共振頻率不變，而其它的波峰則會發生移動。邊頻帶將在一個主峰（例如1X, 2X, 100/120 Hz等）的兩邊成對稱分布。79靜態不平衡靜態不平衡n特征特征:徑向徑向1X波峰（垂直或水平方向上）波峰（垂直或水平方向上）n如果機器失去平衡我們將得到頻率等于轉速的正弦時域波形，在轉速頻率（1X）處有一個高峰。n最簡單的不平衡模型是將轉動軸的重心簡化到一個點。這種不平衡稱為靜態不平衡，因為即使是在旋轉體不旋轉的情況下也能夠表現出來，如果將其放在沒有摩擦的軸承中間，重心位置將自動回轉到最低位置。n靜

37、態不平衡將會在旋轉軸的兩個承載軸承上產生一個1X頻率的作用力，作用于兩個軸承上的作用力的方向總是相同。從這兩個軸承上采集到的振動信號同相。80轉子不平衡故障的診斷 n波形為簡諧波，少毛刺。n軸心軌跡為圓或橢圓。n1X頻率為主。n軸向振動不大。n振幅隨轉速升高而增大。n過臨界轉速有共振峰。透平風機TOTI齒輪箱1X頻率(水平)1X頻率(水平)1X頻率(鉛垂)1X頻率(鉛垂)軸向很小軸向很小偶不平衡偶不平衡n特征：徑向特征：徑向1X波峰（垂直或水平方向上）波峰（垂直或水平方向上）n如果機器出現不平衡我們將得到頻率等于旋轉速度的正弦時域波形，頻譜上在轉速頻率（1X）處會產生一個高峰。n一個旋轉體如果

38、存在偶不平衡，就有可能形成靜態平衡（放置在無摩擦的軸承上旋轉體看起來好象剛好平衡）。但當旋轉體發生旋轉的時候，就會在它的兩個承載軸承上產生離心作用力，并且它們的相位相反。82不平衡不平衡: 懸吊式機器懸吊式機器n特性：軸向和徑向上高強度特性：軸向和徑向上高強度1X波峰（垂波峰（垂直或水平方向上）直或水平方向上）n在外懸或懸臂式機器中，可以檢測到在水平、垂直和軸向上的高幅1X振動。n我們能夠檢測到高幅1X振動是因為不平衡使軸發生彎曲，使得軸承座在軸向發生移動。常見的懸吊式旋轉體有短聯軸器泵、軸向排風的風扇和小型渦輪機。83不平衡：垂直安裝的機器不平衡：垂直安裝的機器n特征：徑向特征：徑向1X波峰

39、（水平方向上）波峰（水平方向上）n當在徑向（水平或切線方向）測量時，頻譜又將顯示出強一倍頻（1X）波峰。n為了從泵的不平衡中分離出馬達不平衡，可能需要將兩者拆解開來，單獨使馬達旋轉，檢測其1X頻譜。如果1X處的振幅依然很高，那么故障就出在馬達上，否則故障就出在泵上面 84現場動平衡技術1、轉子不平衡及其產生的振動. . 轉子不平衡的概念轉子不平衡的概念不平衡: 轉子質量分布不均勻. 轉子質量中心與其旋轉中心 線不重合 出現偏心距 周期性離心力干擾 軸承動載荷 機器振動. 不平衡是損壞的起因。統計資料表明：不平衡是機器損壞最常見的原因，約有50的故障停車可直接或間接歸因于不平衡，軸承損壞、軸承座

40、開裂、軸變形、基礎松動等.851、轉子不平衡及其產生的振動. . 由轉子不平衡導致的振動由轉子不平衡導致的振動 tmFxxxsin2200 Ae222212()() 轉子產生的離心力 Fm eGgen2226 0()tg2120 振幅 與 , 有關；當 時，發生共振現象。 放放 大大 系系 數數A 10km 其中: , Fm e2 e86. . 臨界轉速問題臨界轉速問題l 當 ，即 時, 振動幅值(動撓度)最大, 此轉速稱為臨界轉速。 10l 當 時, 振動幅值恰恰等于偏心距; 工程上以此為界限: 工作轉速 的轉子稱為 撓性轉子撓性轉子; 工作轉速 的轉子稱為 剛性轉子剛性轉子.12 0 70

41、70. 0 7070.872 轉子質量不平衡的原因轉子質量不平衡的原因使用過程中造成的不平衡使用過程中造成的不平衡: : s轉子附著沉積物s腐蝕、磨損s熱變形；長期擱置的轉子，由于自重而彎曲變形 設計問題設計問題: : s在轉子內部或外部有未加工表面s零件在轉子上的配合面粗糙和公差不合適s配合鍵短于鍵槽, 造成局部金屬空缺材料缺陷材料缺陷: : s鑄造有氣孔, 造成材料內部組織不均勻s材質較差, 易于磨損、變形加工與裝配誤差加工與裝配誤差: : s切削加工中的切削誤差，焊接缺陷與變形s轉子熱處理造成的殘余應力未消除s配合鍵短于鍵槽, 造成局部金屬空缺s裝配零件不一致造成的質量不對稱（螺栓等）s

42、聯軸節安裝不對中l力不平衡是最基本的一種不平衡但通常不會出現l力不平衡也稱為靜不平衡，高點在軸的中央位置l力不平衡主要出現在軸的長度比直徑短的轉子上l這種不平衡可以在兩個軸承上施加同一方向的力消除3 不 平 衡 類 型 與 其 故 障 特 征A A力力 不不 平平 衡衡89l 同頻占主導，相位穩定。如果只有不平衡，1X 幅值大于等于通頻幅值的80，且按轉速平方增大。l 通常水平方向的幅值大于垂直方向的幅值，但通常不應超過兩倍。l 同一設備的兩個軸承處相位接近。l 水平方向和垂直方向的相位相差接近90度。 典型的頻譜 相位關系徑向3 不 平 衡 類 型 與 其 故 障 特 征A A力力 不不 平

43、平 衡衡90 典型的頻譜 相位關系l同頻占主導，相位穩定。振幅按轉速平方增大。需進行雙平面動平衡。l偶不平衡在機器兩端支承處均產生振動，有時一側比另一側大l較大的偶不平衡有時可產生較大的軸向振動。l兩支承徑向同方向振動相位相差180。徑向3 不 平 衡 類 型 與 其 故 障 特 征B B力力偶偶 不不 平平 衡衡91l動不平衡是發生最普遍的一種不平衡狀況l動不平衡的不平衡質量分布在可能的軸的任何位置l動不平衡在兩個軸承處的相位處于0180之間3 不 平 衡 類 型 與 其 故 障 特 征C C 動動不不 平平 衡衡92l 動不平衡是前兩種不平衡的合成結果。l 仍是同頻占主導，相位穩定。 l

44、兩支承處同方向振動相位差接近 典型的頻譜 相位關系徑向3 不 平 衡 類 型 與 其 故 障 特 征C C動動 不不 平平 衡衡93l懸臂轉子不平衡會在遠端軸承處產生軸向力l懸臂轉子不平衡軸心振動軌跡是一個圓形3 不 平 衡 類 型 與 其 故 障 特 征C C懸懸臂臂轉轉子子 不不 平平 衡衡94l 懸臂轉子不平衡在軸向和徑向都會引起較大 1X 振動。l 軸向相位穩定，而徑向相位會有變化。l 懸臂式轉子可產生較大的軸向振動，軸向振動有時甚至超過徑向振動。l 兩支承處軸向振動相位接近。l 往往是力不平衡和偶不平衡同時出現。 典型的頻譜 相位關系軸向和徑向3 不 平 衡 類 型 與 其 故 障

45、特 征C C懸懸臂臂轉轉子子 不不 平平 衡衡95 4 轉子不平衡量的評定方法轉子不平衡量的評定方法. . 不平衡的表示方法不平衡的表示方法s不平衡力:s重徑積(不平衡量):s不平衡度: . . 平衡精度的衡量平衡精度的衡量s對殘余不平衡量是怎樣要求的呢?s大量統計數據及實際經驗表明, 對于同類型轉子, 允許的殘余不平衡量: 常 數, s對于 G 從物理概念上理解, 它是轉子重心的線速度. 國際標準化組織所定的 “剛性轉子平衡精度” 標準，就是以 G 值劃分精度等級的，G 值從 0.164000 mm/s, 共分 11 級FMe2UM eeUMeG1 0 0 0e96 5 轉子的平衡技術及方法

46、轉子的平衡技術及方法. . 轉子平衡方法轉子平衡方法平衡機法平衡機法: : 使轉子本身整體達到平衡的方法現場平衡法現場平衡法: : 轉子裝配好以后, 在實際運行狀況條件下使振動降低的方法靜平衡法靜平衡法: : 滾動平衡法、天平試驗法.動平衡法動平衡法: : l平衡機法、現場平衡法l剛性轉子動平衡、柔性轉子動平衡l單平面動平衡、雙平面動平衡、多平面動平衡l影響系數法、振型平衡法l矢量作圖、三點平衡法.97. . 影響系數平衡方法介紹影響系數平衡方法介紹 u動平衡步驟 l單平面 (測量振動停機, 加試重測量振動停機,加配重)l雙平面 (測量振動 停機, 平面1加試重測量振動 停機, 平面2加試重測

47、量振動 停機,加配重)u平衡試重的估算其中: m- 試重, g; M- 轉子質量, kg; n- 機器平衡轉速, rpm; X- 初始振幅值, um; r- 試重安裝半徑, mmmM Xrnt021 01 53 0 0 0()()影響系數法n現代動平衡儀普遍采用影響系數法，又叫測相平衡法，其步驟為（以單面平衡為例）：1) 首先測轉頻的振幅和相位；2) 加試重;3) 測取加試重后的振幅和相位；4) 計算出應加重量和位置如設備做過平衡，影響系數已知則不必再加試重測轉頻的振幅和相位；輸入影響系數，儀器直接給出應加重量和位置綜述100雙面動平衡 當轉子的長度(不含軸)大于半徑時，可能要進行雙面平衡才能

48、達到滿意的效果。aba bn 雙面動平衡時，需選兩個加重平面及兩個測振點。在其中一個面加試重時，需同時對兩個測點的振動進行測量，即要考慮所謂交叉效應。其步驟大致如下： 測點4測點3校正平面相位測量 a、 測量兩個測點的初始振動 b、第1面加試重，測量兩個測點的振動 c、第2面加試重，測量兩個測點的振動 d、儀器自動計算出影響系數、兩個面上的應加重量和位置動平衡操作過程中的注意事項n確認是否動平衡問題： 看頻譜和相位n相位的計量方向： 迎著旋轉方向看 反光片相位角偏心轉子或齒輪偏心轉子或齒輪n特征：徑向特征：徑向1X波峰（水平和垂直方向上）波峰（水平和垂直方向上）n偏心發生在旋轉體（齒輪、軸承、

49、轉子等）旋轉中心和幾何中心線相分離的情況下。n偏心的轉子/軸承將產生高強度的徑向1X分量，特別是在平行于轉子/齒輪的方向上。這種現象非常常見，類似于不平衡的情況。104偏心槽輪偏心槽輪n特征：徑向特征：徑向1X波峰（垂直和水平方向上）波峰（垂直和水平方向上）n偏心發生在皮帶輪（包括槽輪和滑輪）的旋轉中心和它的幾何中心線相分離的情況下。n偏心槽輪將在徑向上產生高強度的1X分量，特別是在平行于皮帶的方向上。這種現象非常常見，類似于不平衡的情況。n在皮帶傳動的機器上，在兩個組件（如馬達和風扇）上會有高強度的1X振動，但是由于轉速的變化，兩個振動會在不同的頻率處。n檢測帶傳動機器是否偏心的方法是將皮帶

50、取掉后重新檢查電動機的1X波峰。105轉子不對中故障的診斷 n出現2X頻率成分。n軸心軌跡成香蕉形或8字形。n振動有方向性。n軸向振動一般較大。n本例中，出現葉片通過頻率。電機水泵POPIMOMI1X頻率2X頻率葉片通過頻率不對中不對中n頻率：軸向頻率：軸向1X波峰，徑向波峰，徑向2X波峰（垂直或水平方向上）波峰（垂直或水平方向上）n如果不對中軸的中心線平行但不重合，就叫做平行不對中（或相離不對中）。n如果兩條中心線相交于一點，就叫做軸線角度不對中。n大多數不對中是平行不對中和軸線角度不對中的組合。在一般情況下，其診斷方法是：頻譜上顯示二倍轉速頻率（2X）處的振動為主導，并且1X處的振動水平在

51、軸向以及垂直或水平方向上增大 107軸線角度不對中軸線角度不對中n特征：軸向特征：軸向1X波峰，軸向波峰，軸向2X低幅波峰，徑低幅波峰，徑向向1X低幅波峰低幅波峰n如果不對中的兩個軸相交于一點但相互不平行，這樣的不對中稱為軸線角度不對中。n軸線角度不對中會在軸上產生一個彎曲作用，在頻譜上顯示為高強度的1X振動和在兩端的軸承上的少量軸向2X振動。n還會有相當強的徑向（水平和垂直方向上）1X和2X振動，但是這些振動都是同相的。n振動在軸向上相位差為180度，而徑向上同相。 108平行不對中平行不對中n特征：徑向特征：徑向2X波峰，徑向波峰，徑向1X低幅波峰（垂直或水平方向低幅波峰（垂直或水平方向上

52、）上）n如果不對中軸的中心線平行但不共線，這樣的不對中稱為平行不對中（或相離不對中）。n平行不對中在各個軸的聯結端產生剪切應力和彎曲變形。n聯軸器兩端的軸承，會在徑向（垂直和水平方向上）上產生高強度的1X和2X振動。在多數情況下，2X處的幅度要高于1X。n對于單純的平行不對中，軸向上1X和2X處的振幅都很小。n沿聯軸器檢測到的振動在軸向和徑向上異相，并且軸向上的相位差為180度。109彎曲軸彎曲軸特征：軸向特征：軸向1X波峰波峰軸的彎曲會引起軸向高強度1X振動。如果在軸的中心附近出現彎曲，其主導波峰通常出現在1X處，如果是在靠近聯軸器的地方則還會出現2X波峰。軸向垂直和水平方向的測量通常也能得

53、到1X和2X波峰，這兒最關鍵的就是軸向測量。相位測量對于診斷軸的彎曲故障是非常有用的。在軸向上測得的兩端在1X處的相位，其相位差為180度。 110偏翹軸承偏翹軸承n特征：軸向特征：軸向1X、2X和和3X波峰波峰n軸承偏翹，屬于是不對中的一種，會產生明顯的軸向振動。波峰通常位于1X、2X和3X處。n對懸吊式的泵或風扇進行檢測的時候，如果出現了很強的軸向振動，就很可能會與不對中或不平衡相混淆。但是在2X和3X處的波峰則說明軸承發生偏翹的可能性要高于不平穩。111轉子系統松動故障的診斷 n波形出現許多毛刺。n譜圖中噪聲水平高。n出現精確2X，3X等成分，最高可達16X。n松動結合面兩邊，振幅有明顯

54、差別。電機水泵POPI轉速的精確倍頻成分最高可出現16X成分噪聲水平高松動特征松動特征旋轉松動：旋轉松動：1X諧波諧波結構松動：水平方向上的結構松動：水平方向上的1X波峰波峰軸承座松動：垂直方向上的軸承座松動：垂直方向上的1X、2X和和3X波峰波峰n旋轉松動是由于旋轉體（如軸承）的轉動部件和固定部件間隙過大所引起的，而非旋轉松動是介于兩個靜止部件間的松動，比如支撐和基礎之間，或軸承座和機器之間。n結構松動或機器與基礎之間連接松動將會增大剛性最小處的1X振動。這通常發生在水平方向上，同時還取決于機器的具體情況。113旋轉松動旋轉松動n特征：徑向特征：徑向1X諧波（嚴重時出現諧波（嚴重時出現0.5

55、X諧波）諧波）n軸頸（軸套）和滾動軸承（軸承松動）間如果出現過量余隙，則會產生1X諧波，有時甚至能擴展到10X。n過大的滑動軸承游隙可能會產生后面所示的0.5X諧波。它們通常被稱為半階分量或次諧波。產生的主要原因是摩擦或嚴重的沖擊作用，有時甚至會產生1/3階的諧波。114結構松動結構松動n特征：結構松動：水平方向上特征：結構松動：水平方向上1X波峰波峰n機器和它的基礎之間出現松動，在剛性比較弱的地方就會出現1X振動，這通常發生在水平方向上，但有時也要根據實際情況確定。n如果松動嚴重，往往會產生低階1X諧波。很難分辨是不平衡、基礎松動或者是柔性化，特別是在垂直安裝的機器上。n如果水平方向1X振動

56、比垂直方向上的1X振動振幅大的多，很可能就是松動所致。如果水平方向1X振動比垂直方向上的1X振動振幅小或相等，那么其出現不平衡的可能性就比較大。基礎松動或基礎柔性化是緊固連接件的螺栓松動、腐蝕或裂紋所致。注意：如果機器安裝基礎的彈性比較強，其水平軸向的振動要強的多。n在這種情況下，相位可以作為輔助識別的手段，機器和基礎在垂直方向的振動相位差為180度。 115軸承座松動軸承座松動n特征：徑向特征：徑向1X、2X和和3X波峰波峰n頻譜有上顯示1X，2X和3X處有振動分量，但通常沒有其它諧波，在嚴重的情況下還會有0.5X的的波峰。n相位也被用來輔助識別這種故障。軸承和基礎間有180度的相位差。11

57、6轉子摩擦轉子摩擦n特征：徑向特征：徑向1X諧波（嚴重時有諧波（嚴重時有0.5X諧波）諧波）n摩擦表現出和旋轉松動相似的特征：1X諧波和0.5X諧波。摩擦還會引起一個或多個共振（在這里所舉的例子中出現在4X處）。117滑動軸承游隙滑動軸承游隙n特征：特征：1X諧波諧波n當滑動軸承存在游隙問題的時候，頻譜圖特征和旋轉松動很相似。在1X處將出現強的諧波，多數情況下，垂直軸向上的振動要高于水平方向。n在更嚴重的情況下，頻譜中還會出現半階甚至1/3階的諧波。118油膜渦動油膜渦動n特征：徑向特征：徑向0.380.48X波峰波峰n發生油膜渦動時，會在0.38X0.48X之間出現高強度振動。波峰從來不在剛

58、好0.5X處出現，而是在稍低的頻率出現。n渦動是由于過大的間隙和輕微的徑向載荷，使得形成油膜，使軸頸在軸承內做低于0.5倍轉速的振動。119共振共振n特征：頻譜中通常只在一個方向有特征：頻譜中通常只在一個方向有“峰丘峰丘”出現出現 n共振是激振頻率達到機器的固有頻率時發生的一種現象。固有頻率是指一個結構在外部驅動力作用下發生振動的頻率。n在單個軸方向上，在“峰丘”上存在一個高幅的波峰。例如，泵的葉片通過頻率在6X的波峰，只在水平方向上出現振動加劇。n如果增加（或者減少）激振頻率使共振現象不再發生，振幅會明顯減小。 120滾動軸承滾動軸承n特征：在次同步頻率出現波峰（帶有諧波）特征：在次同步頻率

59、出現波峰（帶有諧波）n滾動軸承故障遵循典型模式，軸承會發出高頻的尖叫聲?，F在主要的診斷工具有HFD、峰值能量、SEE等。解調（包絡線檢測）和“峰值”也可以用來診斷軸承故障。n隨著故障的發展，在頻譜上的顯示也會隨之發生變化。在不同步頻率（如3.9X、6.45X等）處將出現波峰，并通常伴有諧波以及1X或保持架頻率的邊頻帶。n有四個重要的激振頻率：球過內圈頻率（BPI），球過外圈頻率（BPO），保持架頻率（FT）和球旋轉頻率（BS）。n激振頻率的四個參數：球直徑、球數、節徑和接觸角121泵泵/風扇風扇 葉片通過頻率葉片通過頻率n特征：葉片通過頻率處的波峰特征：葉片通過頻率處的波峰n所有的泵、風扇和壓

60、縮機通常在其葉片通過頻率處都有波峰出現。葉片通過頻率等于葉片數乘以軸的轉速。n如果葉片間的間隙和固定式擴散器沒有保持相等，其波峰也會增大。它也可能是由于流道阻塞引起。n泵葉片通過頻率=葉片數x RPMn風扇葉片通過頻率=葉片數x RPM122紊流紊流n特征：特征：502000 CPM的隨機振動的隨機振動n紊流是由于通過風扇/送風機的空氣速度或壓力變化引起的。n這種情況下會產生低頻的隨機振動，其頻率范圍通常是在502000 CPM之間。123氣穴現象氣穴現象n特征：高頻特征：高頻“噪音噪音”n氣穴通常產生隨機的高頻振動或 “噪音”。通?？梢栽陬l譜上觀察到 “峰丘”出現。n氣穴現象通常是由于抽吸壓