振動監測與故障診斷周民強技術中心技術支持聯系電話箱：zhoumq@1.綜述2.振動基礎3.數據采集與信號處理4.振動監測與工程實施5.數據分析與故障診斷目錄2故障診斷目的1、綜述3故障診斷方法設備維修方法設備維修方法故障后維修（Breakdownmaintenance）

設備故障或損壞后進行維修故障后維修又稱事后維修……1、綜述——這是一種最原始的設備維修方法，這種方法可能帶來巨大的經濟損失！——4設備維修方法特點

無日常投入的維修費用無法控制設備使用壽命一旦設備發生故障，可能導致直接報廢設備維修成本往往很高適用于維修成本大于本身價值的設備

1、綜述5設備維修方法預防性維修（Preventivemaintenance)

預防性維修又稱計劃維修、定期維修……

預防性維修在傳統設備維修中較常見，我們的風力發電設備“定期維護”就屬于預防性維修的一種。

1、綜述6設備維修方法優點防止突發性的事故發生可在便利的時間進行設備維修易于控制維護成本和備品備件缺點設備可能被過度維修維修可能帶來新的問題無法完全科學合理的維修時間間隔

1、綜述7設備維修方法預測性維修預測性維修又稱基于狀態的維修……

預測性維修的前提是：“狀態監測”

1、綜述——“無故障，不維修”——8設備維修方法優點可減少非預期的停機可在便利的時間安排維修可一定程度地保證設備使用壽命提供更有效的運行環境，增強設備安全和可靠性缺點增加了狀態監測設備，增加了設備和人力成本，不能確保延長設備使用壽命1、綜述9設備維修方法精確性維修精確性維修又稱主動維修、基于可靠性的維修……比較切合中醫的觀點，杜絕出現“頭痛醫頭，腳痛醫腳”的現象。

1、綜述10———“治標，并治本”——設備維修方法優點可有效延長設備使用壽命提高設備可靠性降低故障率和二次損壞減少設備怠工時間減少設備維修成本

1、綜述11設備維修方法缺點需增加狀態監測設備，增加相應的人力成本和設備成本需要設備管理人員具備特殊的技能需改變管理人員的觀念

1、綜述12故障診斷方法按診斷模式分離線人工分析診斷在線監測診斷遠程監測診斷……

1、綜述13故障診斷方法按診斷手段分振動檢測診斷法噪聲檢測診斷法溫度檢測診斷法油樣檢測診斷法壓力檢測診斷法聲發射檢測診斷法鐵譜分析診斷法金相分析診斷法射線分析診斷法……

1、綜述14振動檢測診斷法是使用最廣泛，也是最有效的診斷方法！故障診斷方法1、綜述15故障診斷方法按診斷對象分風力機故障汽輪機故障壓縮機故障化工機械故障液壓系統故障……1、綜述16故障診斷目的根本目的保證設備安全、可靠、高效和經濟地運行。1、綜述17故障診斷目的主要目的及時、準確、有效地對設備的各種異常狀態或故障狀態作出診斷，預防或消除故障，同時對設備的運行維護進行必要的指導；制定合理的檢（監）測維修制度，保證設備工作時能發揮最大的設計能力，同時在允許的條件下充分挖掘設備潛力，延長服役期；通過檢測和監測、故障分析、性能評估等工作，為設備修改結構、優化設計、合理制造及生產過程提供數據和信息。1、綜述18振動基本參數2、振動基礎19振動的分類振動的概念時域信號頻域信號振動的概念振動是一種運動，非剛性物體受到外界作用力或自身內部的作用力時，將產生外效應（運動效應）和內效應（變形效應），當這些效應共同作用時，就成為一種振動。——火車駛過發出的轟隆聲——吉他或鋼琴彈出的音樂——秋千——鐘擺……2、振動基礎20振動的概念力是改變物體狀態的唯一條件！系統運動微分方程：kx稱為彈性力cx’稱為阻尼力mx”稱為慣性力2、振動基礎21振動的分類按產生振動的原因自由振動強迫振動自激振動按振動的規律2、振動基礎22振動的分類按振動自由度單自由度振動多自由度振動按振動位移的特征扭轉振動直線振動2、振動基礎23振動的基本參數周期定義：完成一次振動所需要的時間符號：T單位：秒（s）頻率定義：單位時間完成振動的次數符號：f單位：赫茲（Hz）兩者關系：f=1/T2、振動基礎24周期頻率＝1/周期振動的基本參數振幅表征振動烈度的一種方式表達方式：峰－峰值：波峰至波谷的幅值峰值：零點至波峰的幅值平均值：峰值的絕對平均值有效值：振動波形的均方根值2、振動基礎25振動的基本參數相位相位定義：兩個相同頻率信號的“時間差”單位：度2、振動基礎26時域信號振動是一種波，實際的振動信號是各種簡單波形的疊加2、振動基礎27頻域信號頻域信號是振動波的另一種表達形式，分析頻域信號，可觀察各個不同頻率簡單波形的振動情況2、振動基礎28頻域信號諧頻和邊頻2、振動基礎29信號處理3、數據采集與信號處理30數據采集傳感器傳感器3、數據采集與信號處理31傳感器3、數據采集與信號處理32位移傳感器（渦流式）優點極好的低頻響應（最低至0Hz）測量軸承中軸的真正相對位移如果安裝正確，測量值及其可靠缺點價格昂貴，安裝麻煩不能用于高頻測量傳感器標定與轉軸材質有關轉軸表面情況易產生錯誤信號傳感器3、數據采集與信號處理33速度傳感器（電磁感應式）優點無需外部電源，輸出信號穩定使用方便，無安裝問題可在高溫環境下使用缺點不適用于低頻和高頻信號的測量靈敏度隨溫度變化而變化內部磁體磨損會縮短傳感器壽命速度傳感器尺寸較大，精確度不高傳感器3、數據采集與信號處理34加速度傳感器（壓電效應）優點頻率范圍非常廣，幅值范圍廣，工作溫度寬比較堅固，能適用于大多數應用環境通過內部積分，可得到位移和速度值信號穩定，無需頻繁標定缺點低頻響應差，不能低至0Hz若存在內部放大器，使用溫度有限制數據采集3、數據采集與信號處理35采樣原理脈沖信號與被測信號的乘積數據采集3、數據采集與信號處理36夏農采樣定理采樣頻率至少是最高分析頻率的2倍，否則數據處理時會產生頻率混疊。數據采集3、數據采集與信號處理37幾個采樣參數的關系T——采樣時長Ts——采樣周期N——采樣點數Fs——采樣頻率Fmax——最高分析頻率Line——設備分析譜信號處理3、數據采集與信號處理38周期信號的傅立葉級數滿足狄利克雷（Dirichlet）條件的周

期信號可以展開成正弦函數的級數。3、數據采集與信號處理39非周期信號的傅立葉變換非周期信號可以看成是周期無窮大的信號。

傅立葉變換將時間域分析轉為頻率域分析。

（此時應采用頻譜密度的概念。）——傅立葉變換是傅立葉級數的一種延伸。信號處理3、數據采集與信號處理40非周期信號的傅立葉變換非周期信號可以看成是周期無窮大的信號。

傅立葉變換將時間域分析轉為頻率域分析。

（此時應采用頻譜密度的概念。）——傅立葉變換是傅立葉級數的一種延伸。信號處理3、數據采集與信號處理41傅立葉變換的性質連續時間函數的變換為連續頻率函數周期性連續時間函數的變換為離散函數離散時間函數變換為周期性連續頻率函數周期性離散函數變換為周期性離散頻率函數信號處理3、數據采集與信號處理42離散快速傅立葉變換FFT計算機處理時，可使用快速傅立葉變換方法，即FFT。加速度傳感器輸出的是模擬信號數采器和計算機能處理的是數字信號原始信號必須通過模/數轉換，才能被處理信號處理3、數據采集與信號處理43FFT加窗若選取的時間段中，不包含整數個周期，則出現泄漏現象，影響數據分析的準確性。信號處理3、數據采集與信號處理44FFT窗函數可以解決：泄漏現象不改變截取信號的頻率成分僅改變截取前部和后部信號的幅值情況不同的窗函數，它們的頻率特性和幅值特性均不同。常用窗函數：矩形窗、漢寧窗、平頂窗信號處理3、數據采集與信號處理45矩形窗矩形窗等價于不加窗窗因子1，頻域分辨率高，幅值不確定度大（56.5%），常用于敲擊試驗。信號處理050

100150

200

250

time(ms)v(mm/s)(矩形窗)10150-15062.5125f(Hz)v(mm/s)3、數據采集與信號處理46漢寧窗幅值不確定度（16%）較小，頻域分辨率較高，窗因子1.5，是故障診斷中常用的窗函數。信號處理050

100150

200

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time(ms)v(mm/s)Hanning漢寧窗(1-cos2-

evaluation)10150-15062.5125f(Hz)v(mm/s)3、數據采集與信號處理47平頂窗幅值不確定度小（1%），但頻域分辨率低，窗因子為3.8，是狀態監測中常用的窗函數。信號處理150-15062.5125f(Hz)v(mm/s)050

100150

200

250

time(ms)v(mm/s)FlatTop平頂窗(Bessel-Characteristic)

103、數據采集與信號處理48數據平均現實中機器的振動值總是隨機變化的振動過程中往往伴隨著很多隨機噪聲為了得到較好的測量值，通常需要進行平均值計算信號處理3、數據采集與信號處理49線性平均能在一定程度上抑制噪聲分段采集時域波形后，再依次進行FFT變化將若干個FFT頻譜進行線性平均信號處理3、數據采集與信號處理50重疊平均線性平均的改進由于窗函數的存在，某塊時域波形的前部和后部信號被削弱。選取若干塊時域信號，將其重疊起來，進行平均值計算。可加快平均值計算的過程。信號處理3、數據采集與信號處理51峰值保持平均記錄每個頻率的最大值，并將最大值統計下來。多用于起停機測試、敲擊試驗、模態測試。和線性平均相比，后者抑制了噪聲，前者對噪聲有記錄的特性。信號處理3、數據采集與信號處理52時間同步平均線性平均僅抑制噪聲，不能去除噪聲，時間同步平均可去除噪聲（隨機噪聲和其它噪聲），挖掘出較小振幅的有用信號。時間同步平局必須與轉速傳感器配合使用。時間同步平均通常需要平均100次以上信號處理3、數據采集與信號處理53微分和積分位移速度速度加速度

信號處理微分微分積分積分3、數據采集與信號處理54濾波低通高通帶通帶阻

信號處理低通高通帶通帶阻原始信號頻譜3、數據采集與信號處理55典型信號的FFT變換正弦信號１倍頻（１×）

信號處理3、數據采集與信號處理56方波信號奇次諧波（1×，３×，５×，７×．．．）

信號處理3、數據采集與信號處理57削頂波信號多次整數倍諧波

信號處理3、數據采集與信號處理58瞬態波信號高次諧波和邊頻

信號處理3、數據采集與信號處理59幅值調制出現邊頻成分

信號處理3、數據采集與信號處理60拍振信號幅值周期性增加和減小

信號處理工程實施注意事項4、振動監測與工程實施61風電機組振動監測方案振動監測方案的確定62測量參數的確定位移低速運轉的設備（通常<600rpm）速度中速運轉的設備（600rpm～60000rpm）加速度高速運轉的設備（＞60000rpm）

振動監測方案的確定4、振動監測與工程實施63振動監測方案的確定4、振動監測與工程實施加速度傳感器速度傳感器有效范圍相對幅值位移傳感器

Hz1000100001000000100000001000001000000001010010001000010.11010064最高分析頻率的確定我們所關心的或需要考慮的最高分析頻率通常——最高分析頻率應為運行轉速的10倍滾動軸承——內環故障頻率的10倍滑動軸承——10×轉速風扇、葉片——3×葉片數×轉速電氣故障——3×2×電源頻率齒輪嚙合——3×嚙合頻率

振動監測方案的確定4、振動監測與工程實施65頻率分辨率確定頻譜相鄰的兩條譜線間隔。對于某些頻率非常接近的成分，若要區分兩個頻率，應增加頻率分辨率——減小譜線間隔。

振動監測方案的確定4、振動監測與工程實施66傳感器的選擇根據測量參數選擇對應的傳感器

振動監測方案的確定4、振動監測與工程實施67測量位置選擇

振動監測方案的確定4、振動監測與工程實施68測點選擇原則

振動監測方案的確定4、振動監測與工程實施1.僅允許一種傳導介質

2.信號傳遞路徑應該盡可能直接（例如：在軸承座外測量）3.信號傳遞路徑盡可能短4.在負載方向進行測量總是在信號最強處進行測量！！！69傳感器安裝方式的確定

振動監測方案的確定4、振動監測與工程實施測量可靠性測量穩定性頻率響應測量重復性人為誤差測點成本測量靈活性70傳感器安裝位置應合理，避開易受環境和人為因素影響的區域；傳感器應安裝可靠，不受維護等現場工作影響；現場人員在進行維護工作時，應避免踩踏傳感器，扯、拽傳感器線纜；定期對傳感器、信號電纜等進行檢查和維護，防止測量信號失真；．．．．．．

工程實施注意事項4、振動監測與工程實施71傳感器相關問題接觸面過臟導致高頻信號的損失解決方案：去除測點上的灰塵、油污或油漆等熱傳導影響導致信號不穩定解決方案：避免測量2個溫差較大的點，或將傳感器放在機器上后，穩定后再進行測量

工程實施注意事項4、振動監測與工程實施72共振影響非剛性連接，放大振動值解決方案：去除測點上的灰塵、油污等，使傳感器完全與測點接觸傳感器導線問題接頭接觸不良或導線斷裂，會導致不正常的讀數或無讀數解決方案：換一根完好的導線進行測試工程實施注意事項4、振動監測與工程實施73傳感器充電時間ICP傳感器需要充電時間，此時測得數據無效解決方案：將傳感器放在測點上后，過一會再開始測量傳感器本身問題傳感器內部電路問題，導致無法讀出正確讀數解決方案：一般數采器上均有自檢功能，探測傳感器是否工作正常工程實施注意事項4、振動監測與工程實施74整體方案

風電機組振動監測方案4、振動監測與工程實施75傳動部件測點布置（陸上機組）

風電機組振動監測方案4、振動監測與工程實施76傳動部件測點布置（海上機組）

風電機組振動監測方案4、振動監測與工程實施77傳動部件測點實例

風電機組振動監測方案4、振動監測與工程實施78采集站安裝實例

風電機組振動監測方案4、振動監測與工程實施79采集站供電與通訊方式

風電機組振動監測方案4、振動監測與工程實施專用空開機艙柜光電交換機/光電轉換器80采集站雷電保護

風電機組振動監測方案4、振動監測與工程實施81采集站設備接地（等電位）

風電機組振動監測方案4、振動監測與工程實施82采集站模擬量信號接入

風電機組振動監測方案4、振動監測與工程實施為了更好的分析機組運行狀態，將機組功率、發電機轉速等信號量接入至采集站。

83中控室監控軟件（風場總覽）

風電機組振動監測方案4、振動監測與工程實施84中控室監控軟件（單臺總覽）

風電機組振動監測方案4、振動監測與工程實施85圖譜分析風電機組振動監測方案4、振動監測與工程實施1.趨勢圖2.波形頻譜圖3.瀑布圖4.包絡解調圖5.其他86故障頻率自動檢測風電機組振動監測方案4、振動監測與工程實施87報警設置（VDI3834標準）風電機組振動監測方案4、振動監測與工程實施根本原因分析階段5、數據分析與故障診斷88分析階段檢查階段確認階段分析與診斷金字塔理論89分析與診斷金字塔理論5、數據分析與故障診斷檢查階段（Detection）設置、調整警報值生成異常報告統計故障發生率分析階段（Analysis）識別故障頻譜