设备故障诊断技术

设备故障诊断技术基础,设备故障诊断技术的含义在设备运行中或基本不拆卸全部设备的情况下，掌握设备的运行状态，判定产生故障的部位和原因，并预测预报未来状态的技术。是防止事故的有效措施，也是设备维修的重要依据。应用设备故障诊断技术的目的：采用设备故障诊断技术，至少可以达到以下目的：保证设备安全，防止突发事故；保证设备精度，提高产品质量；实施状态维修，节约维修费用；避免设备事故造成的环境污染；提高企业设备的现代化管理水平，给企业带来较大的经济效益和良好的社会效益。,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,设备诊断技术的工作原理,分类比较,继续监测,预测预报,设备信号状态,待检设备,故障特征信号,发展趋势,故障情况,状态确认,图1-1设备诊断技术的基本原理及工作程序图,状态信息库,建档技术,故障档案库,（基准模式）,状态,识别,特征,提取,信号,检测,(初始模式),(待检模式),(状态模式),正常,异常,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,一些必要的概念和解释,信号检测按照不同诊断目的和对象，选择最便于诊断的状态信号，使用传感器、数据采集器等技术手段，加以监测与采集。由此建立起来的是状态信号的数据库，属于初始模式。特征提取将初始模式的状态信号通过信号处理，进行放大或压缩、形式变换、去除噪声干扰，以提取故障特征，形成待检模式。状态识别根据理论分析结合故障案例，并采用数据库技术所建立起来的故障档案库为基准模式。把待检模式与基准模式进行比较和分类，即可区别设备的正常与异常。预报决策经过判别，对属于正常状态的可继续监视，重复以上程序；对属于异常状态的，则要查明故障情况，做出趋势分析，估计今后发展和可继续运行的时间，以及根据问题所在提出控制措施和维修决策。,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,诊断技术的分类,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,振动诊断的基本知识,振动是物体运动的一种形式，通常是指物体经过其平衡位置而往复变化的过程。振动有时对人类是有害的，但有时人们可以利用振动来为我们服务。只要是运转的机器，都或多或少地发生振动，因此，振动诊断在各种诊断方法中所占的比例最大，一般可达60%-70%。按振动频率分类,Expert,机械振动,低频振动：f1000Hz,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,振动的一般分类,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,振动三要素及其在振动诊断中的应用,构成一个确定性振动有3个基本要素，即振幅,频率和相位。振幅式中D最大振幅，2D即所谓峰峰值、双峰值或简称双幅。t时间;T周期；处相位。当然，振幅不仅用位移，还可以用速度和加速度。要特别说明一个与振动有关的量就是速度有效值，也常被称为速度均方根值。这是一个经常用到的振动测量参数。目前许多振动标准都是采用作为判别参数，因为它最能够反映振动的烈度。,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,振动三要素及其在振动诊断中的应用（续）,对于简谐振动来讲，速度的最大值（峰值）与速度有效值、速度平均值之间的关系如图2-4所示。可见速度有效值介于幅值和平均值之间的一个参数值。可表示为幅值反映振动的强度，振幅的平方常与物质振动的能量成正比，振动诊断标准都是用振幅来表示的。频率相位,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,振动信号处理,所谓振动信号处理，就是对振动波形进行加工处理，抽取与设备运行状态有关的特征，以便对设备状态实施有效的判别。信号处理的基本方法有：时域分析，幅域分析，频域分析和相域分析。时域分析-就是对信号在时间域内的分析或变换；幅域分析-就是对信号在幅值上进行各种分析；频域分析-就是要确定信号的频率结构，即弄清楚信号中都包含有哪些频率成分及各频率成分的幅值大小；相域分析-就是进行相位值测量及对相位随时间的变化进行分析。,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,时域分析又包含有：波形图，自相关，互相关，轴心轨迹等。,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,幅域分析又包含有：概率密度，均值，均方根值，方差等。概率密度函数的表达式为,Expert,随机信号的概率密度函数的含义就是幅值x(t)落在某一个指定范围内的概率大小,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,频域分析又包含有：幅值谱,功率谱,倒频谱等。,Expert,幅值谱,时域转频域的形象表示,功率谱倒频谱,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,相域分析包含有：相位谱等,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,另外，还有三维功率谱，细化谱等等三维功率谱又叫三维谱阵、转速谱图、功率谱场、瀑布图等。是机器在起动或停车过程中，不同转速下功率谱图的迭加。纵坐标为机器的转速，自零升到额定转速（起动）、或从额定转速降到零（停车）；横坐标为频率；竖坐标为振幅。三维功率谱是描述机器瞬态过程的有利工具。对机器振动做三维功率谱分析，可以了解机器通过临界转速的振动情况，用来确定监测对象的固有频率判定是否存在不平衡等故障。,Expert,三维功率谱,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,所谓细化谱，就是把一般频谱图上的某部分频段沿频率轴进行放大后所得到的频谱。采用细化谱分析的目的是为了提高图象的分辨率。从功能上看，细化谱的作用类似于机械制图中的“局部放大图”。,Expert,一般的频谱图,其某频段的细化谱,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,现场测试诊断的实施步骤,诊断步骤概括为准备工作、诊断实施和决策验证等3个环节，具体分为6个步骤来介绍。一.了解被诊断的对象了解被诊断的对象是开展现场诊断的第一步。概括起来，对一台被列为诊断对象的设备要着重掌握4个方面的内容：设备的结构组成1）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：原动机（也叫做辅机，大多数采用电动机，也有用内燃机、汽轮机、水轮机）、工作机（也叫做主机）和传动系统。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。,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,2）必须查明各主要另部件（特别是运动零件）的型号、规格、结构参数及数量等，并在结构图上表明或另予说明。这些零件包括：轴承型式、滚动轴承型号、齿轮的齿数，叶轮的叶片数、带轮直径、联轴器型式等。2.机器的工作原理及运行特性主要了解以下内容：1）各主要零部件的运动方式：旋转运动还是往复运动；2）机器的运动特性：平稳运动还是冲击性运动；3）转子运行速度：低速(1000Hz)匀速还是变速等等。3.机器的工作条件1）载荷性质：均载还是冲击载荷；2）工作介质：有无尘埃、颗粒性杂质或腐蚀性气体（液体）；3）周围环境：有无严重的干扰（或污染）源存在，如振源，粉尘、热源等。4.设备基础型式及状况搞清楚是刚性基础还是弹性基础等等。5.主要资料档案资料,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,二.确定诊断方案在此基础上，接下来就要确定具体的诊断方案。诊断方案应包括以下几方面的内容。1.选择测点测点就是机器上被测量的部位，它是获取诊断信息的窗口。诊断方案正确与否关系到能否所需要的真实完整的设备状态信息，只有在对诊断对象充分了解的基础上才能根据诊断目的恰当地选择测点，具体要求如下：1）对振动反映敏感所选测点在可能时要尽量靠近振源，避开或减少信号在传播通道上的界面、空腔或隔离物(如密封填料等)最好让信号成直线传播。这样可以减少信号在传播途的能量损失。2）适合于诊断目的上图中如要诊断电动机的故障，就选择和为测点。3）符合安全操作要求因为测量时，设备在运行，因此需要注意安全问题。4）适合于安置传感器有足够的空间，有良好的接触，测点部位有足够的刚度等。通常，轴承是监测振动最理想的部位，因为转子上的振动载荷直接作用在轴承上，并通过轴承把机器和基础联接成一个整体，因此轴承部位的振动信号还反映了基础的状况。所以，在无特殊要求的情况下，轴承是首选测点。如果条件不允许，也应使测点尽量靠近轴承，以减小测点和轴承之间的机械阻抗。此外，设备的地脚、机壳、缸体、进出口管道、阀门、基础等，也是测振的常设测点。,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,有些设备的振动特征有明显的方向性，不同方向的振动信号也往往包含着不同的故障信息。即水平方向（H）、垂直方向（V）和轴线方向（A）。2.预估频率和振幅振动测量前，对所测振动信号的频率范围和幅值要做基本的预估，防止漏检某些可能存在的故障信号而造成误判或漏诊。通常可采取以下几种方法：1）根据经验，估计各类常见多发故障的振动特征频率和振幅。2）根据结构特点、性能参数和工作原理计算出某些可能发生的故障特征频率。3）广泛搜集诊断知识，掌握一些常用设备的故障特征频率和相应的振幅大小。3.确定测量参数经验表明，根据诊断对象振动信号的频率特征来选择参数。通常的振动测量参数有加速度、速度和位移。一般按下列原则选用：低频振动（1000Hz）采用位移。,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,对大多数机器来说，最佳诊断参数是速度，因为它是反映振动强度的理想参数，国际上许多振动标准都采用速度有效值作为判断参数，而国内一些行业大多采用位移作为诊断参数。所以在选择测量参数时，还须与所采用的判断标准使用的参数相一致，否则判断状态时将无据可依。4.选择诊断仪器测振仪器的选择除了重视质量和可靠性外，最主要的还要考虑两条：1）仪器的频率范围要足够的宽，要求能记录下信号内所有重要的频率成分，一般来说要在10-10000Hz或更宽一些。对于预示故障来说，高频成分是一个重要信息，机械早期故障首先在高频中出现，待到低频段出现异常时，故障已经发生了。所以仪器的频率范围要能覆盖高频低频各个频段。2）要考虑仪器的动态范围。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动数值，从最高到最低均能保证一定的显示精度。这种能够保证一定精度的数值范围称为仪器的动态范围。对多数机械来说，其振动水平通常是随频率变化的。5.选择与安装传感器用于测量振动的传感器有三种类型，一般都是根据所测量的参数类型来选用：测量位移采用涡流式位移传感器，测量速度采用电动式速度传感器，测量加速度采用压电式加速度传感器。在现场主要是使用压电式加速度传感器测量轴承的绝对振动。,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,由于压电式加速度传感器的频响范围比较宽，所以现场测量时在没有特殊要求的情况下，常用它同时测量位移、速度和加速度三个参数，基本上能满足要求。压电式加速度传感器的安装形式有多种多样，安装形式不同，其适用的场合也一样。其中以采用钢制螺栓安装最为理想。在现场测量时，尤其是大范围的普查测试时，以采用永久磁性座安装最简便。另外还要说明的是，在测量转子振动时，有两种不同的测量方式，即测量绝对振动和相对振动。由转子交变力激起的轴承的振动称为绝对振动；在激振力作用下，转子相对于轴承的振动称为相对振动。压电式加速度传感器是用于测量绝对振动的，而测量转子相对振动必须使用涡流式位移传感器，其安装形式与压电式加速度传感器是不一样的。在现场主要是使用压电式加速度传感器测量轴承的绝对振动。,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,压电式加速度传感器的几种安装形式,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,压电式加速度传感器的安装采用压电式加速度传感器进行振动测量，要选择合适的安装位置。其基本原则是传感器所在部位刚性要好，且在振动信号直接传递的通道上尽量靠近振源的地方，如右图所示。转子部位1产生的振动通过轴承3传给轴承座2。显然A、B、D都不是测量的理想位置。A处因受轴承盖界面的影响而削减了振动；B点不但有轴承盖界面对振动的削减，而且振动传递距离增加，轴承盖的弹性也会产生附加振动而降低了信噪比；D位不但增加了信号传递通道上的界面，而且传递距离最长，信号能量损耗大，影响测量的准确性。唯有C点距轴承最短，轴承振动信号传递到此只有一个界面，所以C点是最合适的测点。,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,6.做好其它相关事项的准备测量前的准备工作一定要仔细。为了防止测量失误，最好在正式测量前做一次模拟测试，以检验仪器是否正常，准备工作是否充分。比如检查仪器的电量是否充足，这看似小事，但也决不能疏忽，在现场常常发生因仪器无电而使诊断工作不得不终止的情况。各种记录表格也要准备好，真正做到“完事俱备”。三.进行振动测量与信号分析1.测量系统目前，有两种基本的简易振动诊断系统可用于现场，它们分别代表了简易诊断发展的不同的发展阶段。一种是模拟式测振仪所构成的测量系统，一种是以数据采集器为代表的数字式测振仪所构成的测量系统。2.振动测量信号分析确定了诊断方案以后，根据诊断目的对设备进行各项相关参数测量。一般来讲，如果现场条件允许，每个测点都是测量三个方向的振动值。即水平、垂直和轴向。而且要定点、定时地进行测量，以有利于进行比较。3.数据记录整理测量数据一定要作详细记录。记录数据要有专用的表格，做到规范化，完整而不遗漏。最好将数据分类整理，每个测点按方向整理，用图形或表格表示，这样做有利于抓住特征，也便于发现一些问题。,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,四.实施状态判断根据测量数据和信号分析所得到的特征信息，对设备的运行状态做出判断。首先，判断机器是否处于正常状态，然后对存在异常的设备做进一步的分析，指出故障的原因，部位和程度。五.做出诊断决策通过测量分析、状态识别等几个程序，搞清楚了设备的实际状态，也就为处理决策创造了良好的条件。这时应当提出处理意见，或是继续运行，或是停机修理。对需要修理的设备，应当指出修理的具体内容，如待处理的故障部位、所需要更换的零部件等。六.检查验证设备诊断的全过程并不是做出结论就算完了，最后还有重要的一步，就是必须检查验证诊断结论及处理决策的结果。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亲临现场查看，检查诊断结论与实际情况是否相符，这是对整个诊断过程最权威的总结。如果相符，既为企业解决了问题，同时又增加了测试诊断人员对以后工作的信心，要及时地总结经验，继续努力，争取在今后的工作中做得更好。否则，也不要气馁，要竭力分析和找出其中的主要原因，以免在今后的工作中再犯同样的错误，争取在下一次把工作做扎实。,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,常见故障特征分析及其在诊断中的应用,设备诊断实质上就是一种比较分类，在判断故障时，我们是将故障待检模式与故障样板模式相比较，把一个具体的故障（待检模式）归入到某种故障类型（样板模式）中去，如下图所示。任何一种机械故障，都具有自己的特征，故障特征是构成故障样板模式的基本要素。所以，对每种故障的表现形式要全面的了解和掌握，对一个故障与其它故障在表现形式上的相同点和区别要有清晰的认识，因为掌握各种常见故障的基本特征是判断设备故障的基础（先决条件）。,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,一.旋转机械故障诊断的特点旋转机械指那些功能是由旋转运动完成的机械。尤其指那些旋转速度较高的械，如电动机、离心式压缩机、汽轮发电机、以及离心式鼓风机、离心式水泵、真空泵等，都属于旋转机械的范围。在对它们进行诊断时，必须注意它的以下几个特点：1.转子特性转子组件是旋转机械的核心部分，它是由转轴及固装在其上的各类圆形盘状零部件所组成。旋转机械的故障诊断主要是监测诊断转子的运行状态。从转子动力学的角度说，转子系统分为刚性转子和柔性转子。刚性转子转子的转速低于其本身第一阶临界转速的转子。柔性转子转子的转速高于其本身第一阶临界转速的转子。2.旋转机械振动的频率特征旋转机械的振动信号大多数是一些周期信号、准周期信号或平稳随机信号，旋转机械振动故障的特征有一个共同点，就是其故障特征频率都与转子的转速有关，等于转子的回转频率（简称转频，又称工频）及其倍频或分频。分析振动信号的频率与转频的关系是诊断旋转机械故障的金钥匙。,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,故障特征频率与转频的关系通常有三种情况：1）同步振动同步振动转子振动频率等于转子转速或倍频。强迫振动多表现为同步振动。转子不平衡属典型的同步振动，联轴器不对中一般也表现为同步振动。2）亚同步振动亚异步振动其主要振动成分的频率低于转频，为转频的分数倍谐波。这多属自激振动，如滑动轴承的油膜振荡，涡轮机械的喘振等等。3）超异步振动超异步振动其主要振动成分的频率高于转频。如齿轮损坏时的啮合频率，叶轮叶片振动的通过频率即属此类。注意：实际机组的振动往往是同时存在以上三种振动。,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,获取旋转机械故障信号的主要途径：1）振动频率分析旋转机械的每一种故障都各自的特征频率，在现场对其振动信号做频率分析是诊断旋转机械故障最有效的方法。2）分析振幅的方向特征在有些情况下，旋转机械不同的故障类型在振动表现上有比较明显的方向特征。所以只要条件允许，对其测点进行振动测量时，都应该测量3个方向，因为不同的方向表现出不同的故障特征。3）分析振幅随转速变化的关系旋转机械有相当一部分故障的振动幅值与转速变化有密切的关系，所以现场测量时，在必要的时候，要尽量创造条件，在改变转速的过程中测量机器的振幅值。旋转机械常见故障产生的原因及其频谱特征,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,表1旋转机械故障的来源及主要原因,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,表2转子质量偏心的振动特征,表3转子质量偏心的敏感参数,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,表4转子部件缺损的振动特征,表5转子部件缺损的敏感参数,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,表6转子质量偏心的故障原因,表7转子部件缺损的故障原因,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,表8转子弓形弯曲的振动特征,表9转子弓形弯曲的敏感参数,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,表10转子临时性弯曲的振动特征,表11转子临时性弯曲的敏感参数,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,表12转子弓形弯曲的故障原因,表13转子临时性弯曲的故障原因,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,表14转子不对中的振动特征,表15转子不对中的敏感参数,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,表16转子不对中的故障原因,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,表17油膜轴承故障的主要原因,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,表18油膜涡动的振动特征,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,表19油膜涡动的敏感参数,表20油膜涡动的故障原因,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,表21油膜振荡的振动特征,表22油膜振荡的敏感参数,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,表23油膜振荡的故障原因,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,表24旋转失速的振动特征,表25旋转失速的敏感参数,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,表26旋转失速的故障原因,表27区别旋转失速与油膜振荡的主要方法,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,表28喘振的振动特征,表29喘振的敏感参数,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,表30喘振的故障原因,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,表31转子与静止件径向摩擦的振动特征,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,表32转子与静止件径向摩擦的敏感参数,表33转子与静止件径向摩擦的故障原因,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,表34转子系统出现各次谐波的可能性,表35转子过盈配合件过盈不足的振动特征,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,表36转子过盈配合件过盈不足的敏感参数,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,表37转子过盈配合件过盈不足的故障原因,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,表38转子支承系统联接松动的振动特征,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,表39转子支承系统联接松动的敏感参数,表40转子支承系统联接松动的故障原因,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,表41密封和间隙动力失稳的振动特征,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,表42密封和间隙动力失稳的故障原因,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,表43密封和间隙动力失稳的故障原因,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,表44转轴具有横向裂纹的振动特征,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,表45转轴具有横向裂纹的敏感参数,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,表46转轴具有横向裂纹的故障原因,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,转子不平衡产生的原因及频率特征,Expert,旋转机械常见故障的振动诊断及实例-转子不平衡,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,实例1：某公司有一台电动机，额定转速3000r/min，运行中发现振动异常，测取轴承部位的振动信号作频谱分析，其谱图如右下图所示。以电动机转频（50Hz）最为突出，判断电动机转子存在不平衡。在作动平衡测试时，转子不平衡量达5000g.cm，远远超过标准允许值。经动平衡处理后，振动状态达到正常。这个实例，故障典型，过程完整。它的价值在于印证了不平衡故障的一个最重要特征，激振频率等于转频，又通过动平衡测试处理进一步验证了诊断结论的正确性。,Expert,旋转机械常见故障的振动诊断及实例-转子不平衡,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,实例2：某卷烟厂的锅炉引风机，型号Y2805-4型，转速1480r/min，功率75kW，结构简图见图4-8。1992年5月12日在设备巡检中对其进行振动测量，机器各测点的速度有效值见表4-1，测量结果表明，测点的水平方向振值严重超差（标准允差为1.1m/s）。为了查明原因，利用DZ2振动测量仪，配接PF1简易频率分析仪对测点、进行了简易频率分析，（见图3-4）。其主要频率的速度有效值见表4-2。测点水平方向振动信号的频谱结构如图4-9所示。从频率结构看，测点水平方向的频率结构非常简单，几乎只存在风机的转速频率（26Hz近似于转频）。对比表4-1中测点、振值，可见测点的振值比测点要小得多。测点最靠近风机叶轮，其振动值最能反映风机叶轮的振动状态。据此判断风机叶轮存在不平衡故障。为了进一步验证判断结论，又在机器停车和起动过程中进行了振动测试，观察振仪指针的摆动情况。在风机停车过程中，测点水平方向的振值呈连续平缓下降直至零的势态，而在风机起动过程中，振动值则由零连续上升至最大值。说明其振动形态呈不平衡特征。用户根据诊断结论进行了对症处理。,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,Expert,某卷烟厂的锅炉引风机结构简图；测点水平方向振动信号的频谱结构图；及各测点的速度有效值见表,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,转子不对中的基本形式及频率特征,Expert,旋转机械常见故障的振动诊断及实例-转子不对中,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,实例：某厂一台离心压缩机，结构如图4-14所示。电动机转速1500r/min（转频为25Hz）。该机自更换减速机后振动增大，A点水平方向振动值为Vrms6.36mm/s，位移D=150m，超出正常水平。为了查明故障原因，首先对A点水平方向的振动信号作频谱分析，谱图为图415a所示。从频谱图上看出，A点水平方向1倍转频（25Hz），2倍转频（50Hz）都很突出；此外还有3倍频（75Hz）和5倍频（129Hz）也有表现。呈现出典型的不对中频率特征，见图415a。考虑到A点靠近联轴器，所以判断电动机与减速器轴线不对中。在停机检查时，发现联轴器对中性严重超差，在垂直方向，两轴心偏移量达0.15mm。通过调整改善联轴器的对中性后，A点振动值下降，Vrms2.12mm/s，D6m。其时频谱结构也发生了显著的变化，3倍频已经消失，2倍频分量的幅值变得非常弱小，1倍频分量也大大减弱了，见图415b。机组运行状态良好。这个实例过程完整，利用频率分析是很成功的。在这里，振动的方向已不能作为判断的依据，所以振动的方向特征只能作为一种辅助信息，只在某些特定的情况下对某些故障有所反映。,Expert,旋转机械常见故障的振动诊断及实例-转子不对中,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,Expert,某厂离心压缩机结构简图；测点A水平方向振动信号的频谱结构图；(a)故障处理前的频谱（b）故障处理前的频谱,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,地脚松动引起振动的方向特征及频率结构,Expert,旋转机械常见故障的振动诊断及实例-机械松动,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,实例某发电厂1发电机组，结构如图419所示。该机组在汽轮机检修后进行了振动测量，前后轴承的振动值见表45。其中轴承水平方向振动较大，对其振动信号作频谱分析，频率结构如420图所示。振动信号所包含的主要频率成分都是奇数倍转频，尤以3倍频最突出。另外，观察其振动波形（见图421），振幅变化很不规则，含有高次谐波成分。根据所获得的信息，判断汽轮机后轴承存在松动。停机检查时发现汽轮机后轴承的一侧有两颗地脚螺栓没有上紧，原因在于预留热膨胀间隙过大。后来按要求旋紧螺母，振幅则从85m下降至27m，其余各点的振动值也有所下降，实现了平稳运行。这个实例的振动过程完整，它给我们的启示在于，判断松动故障，频率特征仍是最重要的信息。此例中因为轴承一侧的螺栓没有上紧，却表现出水平振动大的现象，这再一次证明，振动的方向特征是有条件的，只能作为判断时的参考，应用时必须小心。,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,Expert,旋转机械常见故障的振动诊断及实例-机械松动,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,某发电厂1发电机组，结构简图；前后轴承的振动值列表；汽轮机后轴承水平方向振动频谱及波形,摩擦的频率特征,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,旋转机械常见故障的振动诊断及实例-摩擦,实例1：某科研单位在双盘转子试验台上作振动试验。当转速升到12000r/min时，转子开始发生油膜振荡，振动值突然升高。其时在6872Hz频率处出现高幅值，并可以看到转轴与保护架内孔因发生强烈摩擦而发出强烈火花。这时振动信号的主要频率成分及其位移幅值时域波形和频谱如图423所示，各频率所对应的幅值见表46。从波形图上可以看到，近似正弦波形在波峰处被“截断”，呈典型的“截头状”。在复杂的频率结构中，由于转子强烈摩擦而激起的转子多阶自振频率和转速倍频占据着主导作用。这是一个感官观察（目视摩擦火花）与信号分析统一的典型的摩擦实例，对我们理解摩擦的本质特征很有参考价值。,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,旋转机械常见故障的振动诊断及实例-摩擦,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,旋转机械常见故障的振动诊断及实例-摩擦,实例2：某厂一台3W1B1型高压水泵的电动机，转速1485r/min泵轴转速225r/min，水泵的轴承为滑动轴承，设备运行中发现水泵轴承的垂直方向（V）振动强烈。其振动信号的时域波形如图424所示，频谱如图425所示。水泵轴承垂直方向的振动波形成单边“截头”状，频谱结构主要是转频及其高次谐波，都呈典型的摩擦特征。后经检查发现，该轴承由于润滑油路堵塞而形成干摩擦。如此可见，频率分析结合波形观察，是诊断摩擦故障的有效方法。,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,旋转机械常见故障的振动诊断及实例-摩擦,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,旋转机械常见故障的振动诊断及实例-摩擦,实例某化肥厂的二氧化碳压缩机组，从1987年开始振动渐增，至9月4日高压缸振动突然升到报警值而被迫停车。机组运行过程中，在故障发生的前后，均对高压缸转子的径向振动作了频谱分析，谱图如图426所示。故障发生前，振动信号中只有转频（fr）成分，故障发生时，谱图中除转频外，还有明显的半倍频成分。,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,旋转机械常见故障的振动诊断及实例-油膜振荡,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,旋转机械常见故障的振动诊断及实例-油膜振荡,实例某冶炼厂一台用于余热发电的小型汽轮发电机组，汽轮机转速5550r/min（转频92.5Hz），发电机转速1500r/min（转频25Hz）。减速器小齿轮（主动齿轮）齿数z1=27，大齿轮（被动齿轮）齿数z2=100，齿轮啮合频率fm2497.5Hz，机组结构简图如图428所示。,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,旋转机械常见故障的振动诊断及实例-综合故障,机组于1998年1月初检修后，在试运行过程中振动一直不正常，到1月23日汽轮机测点轴承温度持续上升，操作工告急。为查明原因，对其进行了振动测量分析。汽轮机测点、轴承部位的振动值见表47。其中测点垂直方向（V）的振动最大，且呈上升趋势。采用振通904数据采集器对该点作振动信号分析，水平（H）垂直（V）和轴向（A）三个方向的频谱图如图429所示，其幅值参数为速度峰值。在三个方向的频谱图上都存在90Hz（近似于转频92.5Hz）振动和50Hz分频振动以及大量高次谐波，其中垂直方向振动最为强烈。频谱结构显示测点轴承振动信号存在严重的非线性问题。根据这些情况判断测点轴承轴瓦存在松动，并由松动而引起摩擦，处于松动与摩擦并存状态。,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,旋转机械常见故障的振动诊断及实例-综合故障（处理前）,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,旋转机械常见故障的振动诊断及实例-综合故障（处理前）,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,旋转机械常见故障的振动诊断及实例-综合故障（处理前),1998年1月26日拆机检查，发现测点轴承下轴瓦表面巴氏合金局部龟裂脱落，有摩擦烧伤痕迹，如图430所示。分析产生这种情况的原因在于轴瓦没有正确定位，运行中与瓦座之间发生相对摩擦，引起轴承发热，致使巴氏合金在高温高压下碎裂，由此又进一步加大了摩擦，使振动日益增大。在处理故障时，更换了轴瓦，重新调整了轴承间隙，紧固了各联结部位，刮研了轴瓦接触表面使之保持良好的接触。机组于2月18日投入运行，3月4日进行了复测，测点轴承的振动值如表48，其中垂直方向的速度有效值较处理前降低了3倍，位移峰峰值降低了近4倍。其频谱结构如图431所示。这时，转频分量（90Hz）大为减弱，低频分量（50Hz）已经消失，高次谐波成分减少，且幅值显著降低。,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,旋转机械常见故障的振动诊断及实例-综合故障（处理后）,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,旋转机械常见故障的振动诊断及实例-综合故障（处理后）,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,旋转机械常见故障的振动诊断及实例-综合故障（处理后）,这是一个比较典型的实例，类似这样的情况在现场诊断中经常会碰到。机器上有些配合件的松动故障往往与摩擦故障联系在一起，它们之间存在着因果关系。由于配合件松动，机器在运行中常引起零件的相对移动而产生摩擦，所以在频谱上常出现类似两种故障频率的复杂情况。在这里松动是原发故障，摩擦属引发故障。掌握了其中的规律，对我们作现场故障分析很有助益。,1.滚动轴承信号的频率结构滚动轴承主要振动频率有：（1）通过频率当滚动轴承元件出现局部损伤时（如图433中轴承的内外圈或滚动体出现疲劳剥落坑），机器在运行中就会产生相应的振动频率，称为故障特征频率，又叫轴承通过频率。各元件的通过频率分别计算如下：,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,滚动轴承故障的振动诊断及实例,1）内圈通过频率()，即内圈上的某一损伤点与滚动体接触过程中产生的频率：（44）2）外圈通过频率()，即外圈上的某一损伤点与滚动体接触过程中产生的频率：（45）3）滚动体通过频率()，即滚动体上某一损伤点与内圈或外圈接触过程中产生的频率：（46）,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,滚动轴承故障的振动诊断及实例,4）保持架通过频率（）：（47）式中滚动轴承内圈的回转频率（Hz），n/60,n为内圈的转速；滚动体直径（mm）；轴承节径（mm）；滚动体个数；压力角（又称接触角，有时用表示）。以上这些参数值，可以在有关设计手册或轴承手册中查到。,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,滚动轴承故障的振动诊断及实例,滚动轴承各结构参数所表示的意义参看图434。上述公式中的计算符号适用于轴承外圈固定内圈转动的情况。如果轴承内圈固定，外圈转动，那么计算公式中的加减符号要改变，即“”变“”，“”变“”。不过这种内圈固定的情况很少见。,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,滚动轴承故障的振动诊断及实例,（2）几种滚动轴承通过频率的简化近似计算在现场，有时因为轴承参数掌握不全，不便作频率计算。或者为了节省时间，希望尽快得出分析结果，为此，我们这里推荐几个简化近似计算公式：1)内圈通过频率（Hz）简化计算式：（4-8）2)外圈通过频率（Hz）简化计算式：（4-9）3)保持架通过频率（Hz）简化计算式：（4-10）采用简化计算所带来的误差很小，约3，作一般分析还是能满足要求的。,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,滚动轴承故障的振动诊断及实例,实例1一台单级并流式鼓风机，由30KW电动机减速后拖动，电动机转速1480r/min,风机转速900r/min。两个叶轮叶片均为60片，同样大小的两个叶轮分别装在两根轴上，中间用联轴器链接，每轴由两个滚动轴承支承，风机结构如图437所示。该机组自1986年1月30日以后，测点的振动加速度从0.07g逐渐上升，至6月19日达到0.68g，几乎达到正常值的10倍。为查明原因，对测点的振动信号进行频谱分析。,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,滚动轴承故障的振动诊断及实例,首先计算轴承的故障特征频率。轴承的几何尺寸如下：轴承型号：210；滚动体直径：d12.7mm；轴承节径：D70mm；滚动体个数：z10；压力角：00。,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,滚动轴承故障的振动诊断及实例,轴承的特征频率计算：鼓风机转速频率：n/60=900/60=15(Hz)；轴承内圈通过频率：轴承外圈通过频率：滚动体通过频率：,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,滚动轴承故障的振动诊断及实例,图438是测点的时域波形和高低两个频段的频谱。,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,滚动轴承故障的振动诊断及实例,在图438a所显示的高频段加速度的频谱图上，出现1KHz以上的频率成分1350Hz和2450Hz，行成小段高频峰群，这是轴承元件的固有频率。图438b是低频段的频谱，图中清晰地显示出转速频率（15Hz），外圈通过频率（61Hz），内圈通过频率（88Hz）及外圈通过频率的2次、3次谐波（122Hz和183Hz），图438c是加速度时域波形，图上显示出间隔为5.46ms的波峰，其频率亦为183Hz（10005.46183Hz），即为外圈通过频率的三次谐波，与频谱图显示的频率相印证（见图438b），据两个频段分析所得到的频率信息，判断轴承外圈存在有故障，如滚道剥落、裂纹或其它伤痕。同时估计内圈也有一些问题。后来停机检查发现，轴承内、外圈都存在很长的轴向裂纹，与诊断结论一致。经查明，引起该轴承振动并导致产生裂纹的原因是轴承座刚性不足以及皮带的拉力不合适造成的。本例的特色在于从高、低两个频段分析故障轴承的频率特征，同时又从时域波形得到进一步印证，这种多方位的分析方法，叶可以在其它故障诊断中加以应用。,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,滚动轴承故障的振动诊断及实例,实例2某单位有一台变频机组，主轴转速2996r/min(轴频50Hz)，设备结构如图439所示，通过计算，机器上端轴承各特征频率分别为：内圈390Hz，外圈260Hz，滚动体117Hz，保持架20Hz。,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,滚动轴承故障的振动诊断及实例,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,在一个月的时间内，变频机运行不正常。对A出的速度信号作频率分析。频谱图中20Hz的频率峰值最突出，呈保持架的特征频率。此处还有转速频率及分数倍低次谐波，说明有非线性问题存在，频谱结构如图440所示。,滚动轴承故障的振动诊断及实例,从时域波形图上可见，其振动波形上下不对称，下边呈“截头”状，上边尖锐突出，呈摩擦特征，见图441。拆机检查时见，轴承座孔有滑动摩擦痕迹，孔径呈不均匀磨损，保持架破裂。经查明，引起故障的原因，主要是在于安装不良，对中性不好所致。,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,滚动轴承故障的振动诊断及实例,实例1某厂一台轧机减速器，1994年4月大修，投入运行后振动很大，对其进行简易振动诊断。减速器结构如图455。电动机为可调速电动机，工作转速500r/min，功率970kw，小齿轮齿数50，大齿轮齿数148。,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,齿轮机构故障的振动诊断及实例,当电动机转速调至150r/min时，减速器振动值Vrms见表411。从测值看，测点（2）、（4）（低速轴轴承）的振动值均大于高速轴。,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,齿轮机构故障的振动诊断及实例,表4-11电动机转速为150r/min时减速器振动值（单位：mm/s）,注：V为垂向；A为轴向,电动机转速为150r/min时，对测点（2）垂直方向（V）作频率分析，其时低速轴转速为51r/min，转频为0.85Hz，谱图如图456所示。频谱图上没有出现啮合频率fm（fm0.85148125.8Hz），却出现了213Hz这个突出的峰值。然后对213Hz附近的频段作细化谱分析，谱图如图457所示。这时发现，213Hz的两旁的边频间隔为0.85Hz，恰好是低速轴转频。,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,齿轮机构故障的振动诊断及实例,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,齿轮机构故障的振动诊断及实例,与此同时，在该转速下，对测点（1）（2）垂直方向的振动信号作时域波形分析，其波形图分别如图458a、b所示。,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,齿轮机构故障的振动诊断及实例,从时域波形图上可以看出，高速轴（测点（1）振动波形属常规振动（见图458a），低速轴（测点（2）的时域波形有明显的冲击信号（见图458b），其脉冲间隔为1176ms，相当频率值0.85Hz（100011760.85Hz）,即为低速轴转频。为了进一步查明原因，把电动机转速调至500r/min，对测点（2）垂直方向作频谱分析，其频谱图如图459。其实，213Hz频率依然存在，它不随转速而变化。此时，该频率的边频谱线的间隔为2.5Hz，等于低速轴转频。,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,齿轮机构故障的振动诊断及实例,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,齿轮机构故障的振动诊断及实例,可以推测，213Hz这个不随转速而改变的频率是齿轮的固有频率。机器运行中，由于齿轮啮合的强烈冲击（见图458b）激发了齿轮以固有频率振动。根据所获得的信息，可以推断齿轮存在严重故障（如轮齿变形等），而且主要振源在大齿轮上。在检修处理时拆开减速器检查，发现两个齿轮的轮齿表面的錾锉痕迹很显眼，凹凸不平，这样粗糙的齿面在轮齿啮合时必然产生严重冲击。另外，大齿轮有5个轮齿的齿顶边缘因长期挤撞而呈台阶突起，高达56mm，齿轮在运转时必然出现大齿轮的轮齿顶撞小齿轮的轮齿根部，齿轮在这种恶劣的状态下运行，激起齿轮固有频率是理所当然的。强劲的固有频率分量湮没了齿轮啮合频率的分量，所以在谱图中没有出现啮合频率分量的谱线。,后来经过了解，该机在大修时，由于没有新齿轮备件更换，只得用一对使用过的旧齿轮稍加修理后代用，所以造成这种被动的局面。本例从振动幅值的变化，分析了故障频率特征，并对时域波形进行观察，然后通过改变转速测量，查明了故障原因，最后揭盖检查得到了验证，诊断过程完整，思路清晰，是一个很典型的现场实例。,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,齿轮机构故障的振动诊断及实例,实例2某厂一台小型汽轮发电机组，在汽轮机与发电机之间用减速箱减速。汽轮机转速5550r/min，发电机转速1500r/min，小齿轮齿数27，大齿轮齿数100。齿轮啮合频率为2497.5Hz。在一次年终检修前，采用振通904数据采集器对其进行了振动测量，其中变速器小齿轮轴承测点水平方向的振动值见表412，加速度峰值显得特别突出。,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,齿轮机构故障的振动诊断及实例,表4-12汽轮发电机组减速器小齿轮轴承水平方向振值,为查明情况，在现场利用振通904数采器对其振动信号作频谱分析，其频谱如图460所示。谱图上出现了三个特征频率2500Hz，5000Hz和7500Hz，分别为齿轮的啮合频率及其2次，3次谐波，其中以2次谐波的速度峰值较为突出，其他两个分量都很弱小。这表明减速器齿轮存在早期故障迹象。后来在揭盖检查时，未发现明显的齿轮缺陷，因为齿轮状态这种细微的变化用肉眼是很难察觉的。,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,齿轮机构故障的振动诊断及实例,实例3某有色金属加工厂的一台3W1B1型高压水泵，通过减速器把电动机与水泵的曲轴连接起来。电动机转速1485r/min，减速器小齿轮齿数z1为24齿，大齿轮齿数z2为155齿，其结构简图如图461所示。,Expert,郑州恩普特设备诊断工程有限公司培训资料,齿轮机构故障的振动诊断及实例,该机在检修前进行了振动测量分