设备故障诊断技术的现场应用-三位一体

1、设备状态监测与故障诊断技术的现场应用浅析传统诊断、简易诊断、精密诊断之关系第一章:新概念和新理念一.监测方式的分类1）连续监测：也称在线监测，以数据采集和计算机分析技术，包括远程故 障诊断系统为手段的精密诊断。优点：信息收集比较全面， 分析手段丰富，准确性较高。缺点：设备投资较高，操作人 员需要较高的理论基础。2）定期监测：按照确定的时间问隔，进行定期监测，一般以简单小型便携 式检测仪器为手段，属于简易诊断。优点：设备简单、投资 较小，操作简便、易行。缺点：信息收集和分析相对简单。3）故障监测：以操作人员和维修人员巡回检查为基础，感官发现设备运行异 常时，再对设备进行测试和分析，查找故障原因，

2、评价运行状 况，为检修提供依据、指明方向。由于检测仪器硬件技术发展， 基本抛弃了传统的定期状态监测方法，是目前较为常用的监测 方法，介于精密诊断和简易诊断之间，适合于小型机组或离线 监测设备的诊断分析，对大型机组，尤其是滑动轴承的机组并 不适用。二.故障的分类各种资料和教科书中对设备故障的分类很多了，从各种角度做了比较详 细的分类。比如：局部故障与整体故障、突发性故障与渐发性故障等等，但 偏偏没有从振动分析角度对设备故障进行分类。综合20年的现场工作经验，我第一次提出将设备故障分为：内源性故障和外源性故障。.内源性故障：设备自身零、部件缺陷导致机组振动异常。这类故障与机器 的外部条件无关，仅仅

3、是机器自身内部的原因导致的故障。 比如：零、部件的制造缺陷；安装缺陷；各部件的配合情况 等等。.外源性故障：设备外部条件、参数变化导致机组振动异常。这类故障与机 器自身的制造、安装、设计等没有直接关系，仅仅是机器外部条件变化引起的振动异常。比如：温度、压力、抽空、过 载、操作不当等等。第二章：传统故障诊断第一节：传统故障诊断的含义所谓“传统故障诊断”就是我们常说的感官诊断。主要是依靠人的“眼看、 耳听、手模、鼻子闻”，通过人体的感觉器官来感知设备的振动、温度、声音、 气味等，获得这些物理特征的模糊量值， 达到主观判断设备运行状况的目的。 所 以传统诊断是以模糊量值为样本的，不能够定量地反映设备

4、的各种物理特征，具 有模糊逻辑的影子。第二节：传统故障诊断的方法和意义传统诊断是来自现场最实际、最直接的故障诊断应用技术，之所以称之为技 术，而不仅仅是经验，是由于在传统的诊断方法中，也有其自身的特点和内在的 东西，需要人们去研究和掌握，不是任何一个人随便拿来就行的。传统诊断中的技术含量，当然更多地是建立在经验上的，但并不仅仅是建立 在经验上，而是更多地融入了现代诊断的思想和方法， 形成了现场一种特殊的诊 断技术，单纯的经验性诊断应该称为“原始诊断”。传统的诊断方法中涉及最多的是耳听： 那么如何来听、听什么部位？；其次 就是手模：通过手模感知振动的强弱、温度的高低，同样也涉及如何摸？摸什么 部

5、位的问题；还有眼看：如何看、看哪里也同样是个问题。在现场经常遇到这样 的情况：我怎么没听出来？我怎么没看出来？那我问一句：别人为什么听出来 了？为什么看出来了？所以我说传统的诊断还是有技术可言的。比如：听，人人都会，但听什么部位却需要对设备的结构、性能、工作方式 等有比较深入的了解；通过听达到诊的目的却更不是人人都可以的， 通过分辨声 音，可以大体判断轴承的状况、齿轮的状况，甚至可以辨别出行星摆线减速机花 板、轴销是否断裂。在判断轴承情况时，我们大多听轴承部位的声音，分辨声音的高低，辨别在 轴承自身转动产生的背景声音下是否还有额外叠加的其它异常音响； 在判断转子 是否存在扫膛的时候，我们更多地

6、去听转子与定子的壳体部位； 当发现电动机背 景噪声中存在类似拍振声音的时候， 我们听电机壳体的部位；在判断泵是否存在 抽空问题的时候，我们常听泵的入口管线部位,在判断机泵振动的时候，我们可以通过手模，感知水平和垂直方向振动的大 小，以期分辨是否存在基础松动问题； 在判断系统刚性问题的时候，我们是摸基 础框架感知水平和垂直方向的振动强弱； 在判断温度高低的时候，我们是用手背 指尖的指甲部位试探，然后根据感觉再感知温度,眼观诊断：我举一个实在的案例：2006年9月供水车间操作工人，设备巡 回检查发现一台大型水泵电动机振动较大， 通知设备管理人员进行振动测试。 测 试人员经过仔细检测，发现仪器测量振

7、动很小（几乎没有振动），没有任何故障迹象，但现场眼观和手感确实振动不小，怀疑仪器有问题，更换仪器后现象依然。我到达现场仔细观察设备振动情况，给出结论：电机振动较大且支撑系统 刚性不足。众人疑惑，我解释分析如下：通过对电动机的听诊，轴承及转子各部位无异常音响，工艺参数正常，仪 器测量几乎没有振动（位移、速度、加速度），但眼观和手感振动明显，特别是 眼观可以分辨出电机壳体在做水平摆动， 说明振动频率极低，而仪器测量传感器 是加速度传感器，其测量频率下限为 10Hzo因此，该传感器对如此低频的振动 已经无法正常拾取信号，表现出振动测量值非常小，再观察电机支撑基础，为槽 钢框架结构，明显单薄、刚性不足

8、。这是一个典型的仅依靠仪器而无法继续的故 障分析案例。第三章：简易故障诊断第一节：简易故障诊断的含义简易诊断主要是依靠小型的简单仪器，对设备的振动情况进行测量，测量的 物理特征量也是最简单的，主要是振动的速度、位移、加速度值，以振动速度的 有效值为依据，参照国际或国家相关的振动标准，判定设备振动是否超过规定的 极限值，达到判定设备是否需要检修的目的。第二节：简易故障诊断的方法和意义简易诊断是以测量设备的简单振动参数为基础的，但测量数据虽然简单，但在现场应用中却有着重要的意义。简单数据反映出的故障信息其实是非常丰富 的。下面我分别加以介绍：振动位移：大多数仪器测量的都是位移峰值，从位移上，结合速

9、 度和加速度的测量，我们可以判断出振动是否来自低频或者高 频；从位移在水平和垂直方向的大小上，我们可以初步判断出设备基础是否存在松动问题；从位移上，我们还可以分析设备基础 的刚性问题,振动速度：一般简易诊断仪器测量的振动速度都是有效值。这与国际或国家振动标准相统一，利用振动速度的测量与相关标准的 比较，可以确定设备的基本运行状况（良好、可用、不可用） ， 对延长设备运行时间，提高运行的经济性有重要指导意义。振动速度的测量还有一个非常重要的作用，就是转动设备 的采购或检修质量验收。因为国际和国家标准，包括某些行业 标准，对转动设备都有明确的振动要求，制定了一系列的法规 性标准，任何企业都是要遵循

10、的。比如：ISO-2372、 GB10068-2000等。用户和供货商要在一个共同认可的检验平 台上，确定设备质量是否合格，而振动测试就是一个简单、易 行的验收方法。举个例子：当你接收一台电动机的时候，一般企业用户没 有专业的电机检测设备。如何判断电机质量是否合格，可以根 据国家的GB10068-2000电动机振动质量标准进行验收，对于 一般电动机，当其中心高在400毫米以内，自由悬置，转速在 6003600rpm内时，其振动不得大于 2.8mm/s （国际标准是 3.5mm/s）。这样就有了一个统一的验收标准平台，在电机出现振动问题时，可以有效地避免用户和厂家“扯皮”。振动加速度：对加速度的

11、测量，可以判定设备是否出现了高频振动，特别是对于分析滚动轴承故障有着非常实际的现场意义。简易诊断中其它有用信息：在进行简易诊断过程中，建议使用模 拟输出指示的仪器。因为数字化显示的仪器在进行 A/D转换的过 程中，或多或少地丢失了部分信息，特别是简易诊断中丢失的数 据更为明显，而模拟表的显示是实时的，不存在采样周期的问题， 对于观察振动的波动（冲击）情况具有先天的优势。比如：轴承 钢圈不圆，造成的滚动体瞬间卡死，发生轻微摩擦的情况，轴承 内圈或外圈“耍套”情况都是很容易分辨出来的。简易诊断已经具备了简单的频率分析功能，在现场是非常实用的。对于一般的故障，其频率的分析功能完全可与精密诊断媲美。第

12、四章：精密故障诊断第一节：精密故障诊断的含义精密故障诊断主要是依靠计算机技术、数学处理技术（包括FFT、IFFT）、数据采集技术、频率分析技术对设备的振动情况进行分析，测量、采集振动的物 理量，通过数学处理，提取出振动的特征参数，以期查找、判断造成振动故障的 原因、部位和性质，为消除故障提供参考依据。第二节：精密故障诊断的方法和意义精密诊断是当今振动故障诊断发展的最高实用性成果。为故障诊断人员提 供了一个非常有效的工具，帮助诊断人员提高了判断故障的准确性。 特别是在大 型机组的在线分析监测中，更突显了技术的优势，为早期发现故障征兆，避免大 型机组灾难性事故的发生，保证安全生产，起到了不可替代的

13、作用。目前使用最广泛、最成熟的是频率分析技术，这一点大家都是非常有感受的， 就不用多说了。其实在现场应用中，轴心位置与轴心轨迹也是非常有意义的， 特 别对于大型机组的动压滑动轴承来讲， 其轴心位置的变化，轴心轨迹的形状与进 动情况都直接反映了转子的稳定性，对于预防油膜涡动，避免油膜振荡非常有效， 相比频率分析，可以让专业人员在设备产生涡动之前就引起足够的重视，从而避免涡动产生。目前在线监测系统大多具备远程诊断的功能， 计算机宽带网络的发展，更为 远程诊断奠定了基础。第五章：传统诊断、简易诊断、精密诊断的关系第一节：三者之间的关系从现场实际工作来看，传统诊断、简易诊断、精密诊断之间的关系是相辅相

14、 成的关系，不存在谁先进、谁落后的问题，更没有谁可以替代谁的问题。它们是“三位一体”构筑了现场故障诊断的工作体系。 各自有各自的优势和劣势、长处 与短处。“三位一体”的理念建立了一个优势互补、取长补短的诊断工作思路。传统诊断的听诊、观诊是其它诊断所不能替代的；简易诊断在整体综合判断 设备运行状态方面，由于有了国际和国家标准而变的简单易行， 特别在设备质量 验收中有自己绝对的地位；精密诊断则在分析、判断故障原因、部位、性质，特 别在大型机组的运行监测中具有举足轻重的地位。因此，我们在现场的故障诊断 中，要本着务实的精神，树立“三位一体”的诊断思想，有意识地自觉应用“三 位一体”的原则开展故障诊断

15、工作。第二节：“三位一体”的工作意义个人认为故障诊断能简单的绝不要复杂，一般设备小型仪器都是可以解决 的。我后面的许多案例都是小仪器分析诊断的。当然对于一些大型设备或者复杂 设备还是要进行精密诊断的，我绝不排斥先进的数据采集分析仪器 （我自己也是 用数据采集设备的）。用小仪器往往可以更好地提高人的素质，从培养、锻炼人 的角度来看，小仪器更有优势。大家不要读偏了，我的意思是现在很多从事诊断 工作的人，由于仪器和技术的发展，而没有更多机会接触和使用简易诊断了， 对 于诊断人才的培养，这是一个缺失。其实简易诊断反映出来的信息很多是精密诊 断所没有的，从事诊断的人员要将 传统“与 现代“、简易”与精密

16、”结合起来， 才能够达到一个更完美的层次。一个出色的现场故障诊断工程师，必定要经历传统诊断、简易诊断和精密诊 断的学习和历练，缺少任何一个环节都是不全面的。 从我个人的经验看，传统诊 断和简易诊断更为艰难，但从中获得的知识却远比精密诊断来得多、来得实在， 没有传统诊断和简易诊断的经验，你可能无法在现场与维修人员沟通，产生语言 和专业的距离，造成心理的隔阂，可能使你无法了解到更多的真实情况。 在奠定 了最基础的东西后，再来接受和应用精密诊断，则是水到渠成的事。对于上来就从事精密诊断的人，我建议你尽快补上缺失的课程，越是对底层 知识的把握，越能够决定一个人的思想方法， 而思想方法的形成，就决定了我

17、们 的工作方式和行为准则，否则只能做象牙塔尖的学者。在现场的诊断工作中，要根据实际情况，将传统、简易和精密诊断有机地结 合起来，自觉地应用“三位一体”的思想，最大限度地获得有效信息，将三个层 面的信息综合汇总，准确地判断设备故障，为安全生产提供保证，为科学检修提 供依据、指明方向。第六章：故障诊断要特别注意的问题第一节：设备故障诊断之大忌派据单一谱图轻言结论?重视谱图忽视现场和机器?过分强调特征频率与故障的对应关系?按照教科书的“规则”对号入座，?对信号真伪不作判别?不重视状态的变化规律?不重视振动以外的相关信息?只重现代手段，忽视传统手段和经验;?一切从经验出发，拒绝现代化手段第二节：关于现

18、场故障诊断要注意搜集的信息下面我就现场诊断人员应该注意和掌握的信息作一个简单的个人总结，不是针对某一个设备，而是针对尽可能多的设备来分析，建议大家在下现场的时候注 意收集。.设备基本信息 设备的型号、名牌参数：如电机级数、电压、电流；气压机的转速、临 界转速等。 设备的基本机构、性能、用途：如基础是混凝土还是钢制框架；转子是 否悬臂、单级还是多级；叶轮叶片数目；是否变频调速；工作介质、密 封形式等。 工艺参数：如工艺介质、流量、压力、温度；润滑油类型、油压、温度 等。.设备轴承形式滚动轴承形式：深沟球轴承、角接触轴承、圆柱棍子轴承、圆锥棍子轴 承、纯轴向推力轴承；滚动体是单列还是双列。最好有轴承型号滑动轴承形式：静压滑动轴承、动压滑动轴承还是司服控制轴承；其中 动压滑动轴承中：椭圆瓦还是可倾瓦，几油楔等。.联轴器形式：刚性连接还是弹性连接；齿型连接还是膜片连接；连接螺栓几 条；是否带有定位套等。.齿轮箱情况：如齿轮形式、布局；齿轮齿数、速比等。.现场故障情况 故障现象描述。如：如何发现故障，当班操作工人叙述故障表现，包括仪表显示相关参数等；到接诊时故障有无变化和发展；各工艺参数情况；机组润滑情况。管线情况；主要测点温度情况。现场听诊情况，目测情况、手感情况、甚至气味情况。 条件允许的开停机情况。.振动数据采集情况a）测量仪器的传感器类型。b）全通频下的