状态监测案例诊断与分析

1、状态监测案例诊断与分析状态监测案例诊断与分析 设备检验检测院设备检验检测院 郭晓翡郭晓翡 目的目的加强设备的维护和管理，减少故障停加强设备的维护和管理，减少故障停机带来的直接与间接经济损失，提高设备管理机带来的直接与间接经济损失，提高设备管理水平，推动技术进步，帮助企业获取最大的经水平，推动技术进步，帮助企业获取最大的经济效益。济效益。 定义定义设备状态监测与故障诊断技术是一种了解设备状态监测与故障诊断技术是一种了解和掌握设备在使用过程中的状态，确定其整体或局和掌握设备在使用过程中的状态，确定其整体或局部正常或异常，早期发现故障及其原因，并能预报部正常或异常，早期发现故障及其原因，并能预报故障

2、发展趋势的技术。故障发展趋势的技术。 2004 Six Disciplines Leadership Center. All Rights Reserved.设备状态监测所包含的领域设备状态监测所包含的领域振动测量振动测量与分析与分析油质检验油质检验与分析与分析动平衡校验动平衡校验红外测温红外测温与成像与成像电机测试电机测试主要内容主要内容故障诊断基础知识故障诊断基础知识常用各类设备振动标准常用各类设备振动标准S8000系统的应用系统的应用典型案例诊断与分析典型案例诊断与分析 电机诊断技术电机诊断技术 2004 Six Disciplines Leadership Center. All Ri

3、ghts Reserved. 故障诊断基础知识故障诊断基础知识 振动振动系统在平衡位系统在平衡位置附近所做的往复运动置附近所做的往复运动（摆动）。（摆动）。 机械振动机械振动力学量（力学量（位移、速度、加速度）位移、速度、加速度）。 振动是机器进行能量交振动是机器进行能量交换过程的具体体现。换过程的具体体现。 振动是一种表象，反映振动是一种表象，反映了振动体内在的了振动体内在的“量化量化”过程。过程。TPQTPt术语术语 2004 Six Disciplines Leadership Center. All Rights Reserved. 术语术语机械振动系统机械振动系统 机械振动所研究的对

4、象时机械或结构，在理论分析中要将机械振动所研究的对象时机械或结构，在理论分析中要将实际的机械或结构抽象为实际的机械或结构抽象为力学模型力学模型，即形成一个，即形成一个力学系统力学系统（）（作用于输入端的外力作用于输入端的外力）（系统的运动历程系统的运动历程）（力或位移等激励信号）（ 2004 Six Disciplines Leadership Center. All Rights Reserved.机械振动的分类机械振动的分类机械振动机械振动确定振动确定振动随机振动随机振动分类分类 2004 Six Disciplines Leadership Center. All Rights Rese

5、rved.机械振动的分类机械振动的分类确定振动确定振动周期振动周期振动非周期振动非周期振动 分类分类 2004 Six Disciplines Leadership Center. All Rights Reserved.机械振动的分类机械振动的分类周期振动周期振动简谐振动简谐振动一般周期振动一般周期振动 分类分类 2004 Six Disciplines Leadership Center. All Rights Reserved.机械振动的分类机械振动的分类非周期振动非周期振动准周期振动准周期振动瞬态振动瞬态振动 分类分类工程中存在的振动问题工程中存在的振动问题1、共振问题、共振问题 20

6、04 Six Disciplines Leadership Center. All Rights Reserved. 术语术语共振共振 当外部激振力的频率当外部激振力的频率和系统固有频率接近时和系统固有频率接近时，系统将产生强烈的振，系统将产生强烈的振动。动。 在机械设计和使用中在机械设计和使用中，对系统共振问题多数，对系统共振问题多数情况下是应该防止或采情况下是应该防止或采取控制措施的。利用隔取控制措施的。利用隔振系统和回转轴系统是振系统和回转轴系统是在发生强烈振动时采取在发生强烈振动时采取的减振和消振措施。的减振和消振措施。工程中存在的振动问题工程中存在的振动问题2、自激振动、自激振动 2

7、004 Six Disciplines Leadership Center. All Rights Reserved. 术语术语自激振动自激振动 自激振动自激振动自激自激振动的引起归于转振动的引起归于转子，支撑系统中存子，支撑系统中存在某一机械能量的在某一机械能量的反馈环节。反馈环节。 自激振动现象有油自激振动现象有油膜涡动和油膜振荡膜涡动和油膜振荡；由于转子的内阻；由于转子的内阻而引起的不稳定自而引起的不稳定自激振动。激振动。工程中存在的振动问题工程中存在的振动问题3、不平衡惯性力、不平衡惯性力 2004 Six Disciplines Leadership Center. All Righ

8、ts Reserved. 术语术语转子不平衡转子不平衡 转子中心与回转中心转子中心与回转中心不重合时，旋转状态不重合时，旋转状态下就会产生不平衡力下就会产生不平衡力，在不平衡力的作用，在不平衡力的作用下，转子就会产生振下，转子就会产生振动。动。 高速旋转的汽轮机、高速旋转的汽轮机、压缩机等旋转机械，压缩机等旋转机械，由于旋转质量的不平由于旋转质量的不平衡、轴承的刚度、滚衡、轴承的刚度、滚珠的缺陷、滑动轴承珠的缺陷、滑动轴承的油膜振荡等因素的的油膜振荡等因素的影响都会引起振动。影响都会引起振动。工程中存在的振动问题工程中存在的振动问题4非线性振动非线性振动 2004 Six Discipline

9、s Leadership Center. All Rights Reserved.术语术语 自激振动系统和冲击振动系统自激振动系统和冲击振动系统也都是非线性振动系统。存在的问也都是非线性振动系统。存在的问题均是非线性振动问题，只是因某题均是非线性振动问题，只是因某些系统的非线性特性较弱，在一定些系统的非线性特性较弱，在一定的精度条件下可以简单地作为线性的精度条件下可以简单地作为线性振动问题来处理。振动问题来处理。1 1幅幅 值值2 2频频 率率3 3相相 位位振动测量振动测量振动的三要素振动的三要素术语术语 定义：物体动态运动或振动的幅度，表示振动的强烈程度。定义：物体动态运动或振动的幅度，表

10、示振动的强烈程度。 振幅的大小可以表示为振幅的大小可以表示为 峰峰值峰峰值 （位移常用）（位移常用） PPPP 单峰值单峰值 （加速度常用）（加速度常用） P P 有效值有效值 （速度常用）（速度常用） RMSRMS 峰峰值峰峰值2 2单峰值单峰值2 22 2有效值有效值幅值（振幅）常用幅值（振幅）常用A A表示表示术语术语 2004 Six Disciplines Leadership Center. All Rights Reserved.术语术语振动的峰峰值、单峰值、有效值和平均值振动的峰峰值、单峰值、有效值和平均值 2004 Six Disciplines Leadership Cen

11、ter. All Rights Reserved.术语术语振动位移振动位移D D m mmilmil 1mil=25.4m 1mil=25.4m ， 1 1丝丝=10m=10m振动速度振动速度V V mm/s mm/s振动速度的有效值也称振动烈度振动速度的有效值也称振动烈度振动加速度振动加速度A A m/s2 g, 1g=9.8 m/s2 m/s2 g, 1g=9.8 m/s2振动加速度积分一次即为振动速度振动加速度积分一次即为振动速度积分二次即为积分二次即为振动位移。振动位移。 V V2fD2fDD D A A2f V2f V（2f2f）2D2D2D2D 2004 Six Disciplin

12、es Leadership Center. All Rights Reserved.关注设备零部件的位置精度或变形引起的破关注设备零部件的位置精度或变形引起的破坏时，则应选择振动位移的峰值（或峰峰值坏时，则应选择振动位移的峰值（或峰峰值），因为峰值反映的是位置变化的极限值。），因为峰值反映的是位置变化的极限值。位移的表征参数是位移的表征参数是峰峰值峰峰值600rpm600rpm以下的低速设备，一定要关注位移振以下的低速设备，一定要关注位移振幅！幅！位移振幅的物理和工程意义位移振幅的物理和工程意义术语术语加速度关注的是惯性力造成的影响，因为加速度关注的是惯性力造成的影响，因为加速度与惯性力成正比

13、。加速度与惯性力成正比。加速度的物理和工程意义加速度的物理和工程意义术语术语 速度关注的是零件的疲劳破坏，因为疲劳寿命速度关注的是零件的疲劳破坏，因为疲劳寿命主要取决于零件的变形能量与载荷的循环速度，振主要取决于零件的变形能量与载荷的循环速度，振动速度的均方根值正好是它们的反映动速度的均方根值正好是它们的反映 。 速度反映了分析频段时间历程信号的振动能量速度反映了分析频段时间历程信号的振动能量，即机器的振动烈度，因此，速度的表征参数用有，即机器的振动烈度，因此，速度的表征参数用有效值（效值（mm/s)mm/s)表示。表示。 不论是低速设备，还是高速设备，都要关注对不论是低速设备，还是高速设备，

14、都要关注对振动速度的测量分析。振动速度的测量分析。速度振幅的物理和工程意义速度振幅的物理和工程意义术语术语 周期：物体完成一个完整的振动所需要的周期：物体完成一个完整的振动所需要的时间，以时间，以T T0 0表示。单位一般是用表示。单位一般是用“秒秒”来表来表示。例如一个单摆，它的周期就是重锤从示。例如一个单摆，它的周期就是重锤从左运动到右，再从右运动回左边起点所需左运动到右，再从右运动回左边起点所需要的时间。（时域波形）要的时间。（时域波形） 频率：是指振动物体在单位时间（频率：是指振动物体在单位时间（1 1秒）内秒）内所产生振动的次数，即所产生振动的次数，即HzHz，以，以f f0 0表示

15、。很显表示。很显然，然，f f0 01 1T T0 0。术语术语2 2、频率、频率3 3、相位、相位 相位测量可用来描述某一特定时刻机器转子的位置。相位测量可用来描述某一特定时刻机器转子的位置。 测量相位的最准确可靠的方法是利用一个键相器。测量相位的最准确可靠的方法是利用一个键相器。1- -91827通过通过或或传感器方法测量，有传感器方法测量，有4 4种标注方式种标注方式 +p+p 正峰点相位；正峰点相位； p p 负峰点相位负峰点相位； +S+S 正零点相位；正零点相位； SS 负零点相位负零点相位t术语术语监测相位识别故障监测相位识别故障 目前，许多公司对诸如汽轮发电机组和离心式压目前，

16、许多公司对诸如汽轮发电机组和离心式压缩机组这样高速、关键机组都采用了连续的相位监测缩机组这样高速、关键机组都采用了连续的相位监测系统，作为增强防止机器损坏的保护措施。系统，作为增强防止机器损坏的保护措施。 1 1、检测不对中与轴弯曲的关系、检测不对中与轴弯曲的关系 2 2、检测反作用力与不平衡的关系、检测反作用力与不平衡的关系 3 3、确定共振、确定共振 4 4、指出机械松动、指出机械松动 5 5、识别转子不平衡的类型、识别转子不平衡的类型 2004 Six Disciplines Leadership Center. All Rights Reserved.常用的分析手段常用的分析手段时域分

17、析时域分析频域分析频域分析起停车分析起停车分析术语术语周期与准周期信号周期与准周期信号术语术语瞬态与离散信号瞬态与离散信号术语术语 2004 Six Disciplines Leadership Center. All Rights Reserved. 汽车座椅振动汽车座椅振动 发动机发动机 轮子轮子例子例子时域分析的概念时域分析的概念自相关函数自相关函数互相关函数互相关函数齿轮齿轮滚动轴承滚动轴承随机噪声随机噪声宽频带特征宽频带特征区分轴承还是齿区分轴承还是齿轮轮例子例子传递函数传递函数Key Advisors(CPA, attorney)CustomersRemote Team Membe

18、rs正弦函数正弦函数纸浆机纸浆机 基础基础 支架支架 减振措施减振措施时域波形分析的重要性时域波形分析的重要性 振动频谱分析并不总是能提供振动的完整信息振动频谱分析并不总是能提供振动的完整信息。有些机器问题可能振动频率相同，但是动态。有些机器问题可能振动频率相同，但是动态特性却差别明显。特性却差别明显。 例如一个有碎片、断裂或变形故障齿的齿轮所例如一个有碎片、断裂或变形故障齿的齿轮所产生的振动。这个有缺陷的齿在每转一转中冲产生的振动。这个有缺陷的齿在每转一转中冲击粗糙的齿轮，于是产生于此有缺陷齿轮转速击粗糙的齿轮，于是产生于此有缺陷齿轮转速相同的频率的振动。这个振动频率与不平衡产相同的频率的振

19、动。这个振动频率与不平衡产生的振动频率相同。因此，如果仅做频谱分析生的振动频率相同。因此，如果仅做频谱分析，完全有可能把这个缺陷的齿轮误认为是一种，完全有可能把这个缺陷的齿轮误认为是一种不平衡状态。然而有缺陷齿轮的齿所产生的时不平衡状态。然而有缺陷齿轮的齿所产生的时域波形明显不同。域波形明显不同。 基频基频工频（工频（1X1X） 频率频率= =转速转速/60 /60 齿轮啮合频率齿轮啮合频率= =齿数齿数* *转速转速 叶片通过频率叶片通过频率= =叶片数叶片数* *转速转速 获得并显示振动信号中所包含的所有振动频率的幅值，也许是所有振动分析方法中最获得并显示振动信号中所包含的所有振动频率的幅

20、值，也许是所有振动分析方法中最有用的方法。估计在旋转机器上发生的有用的方法。估计在旋转机器上发生的85%85%以上的机械故障可以用振动频谱数据识别出以上的机械故障可以用振动频谱数据识别出来。来。频谱分析法频谱分析法术语术语 通频振动表示振动原始波形的振动幅值。通频振动表示振动原始波形的振动幅值。 选频振动表示所选定的某一频率正弦振动的选频振动表示所选定的某一频率正弦振动的幅值。幅值。 工频振动表示与所测机器转子的旋转频率相工频振动表示与所测机器转子的旋转频率相同的正弦振动的幅值。对于工作转速为同的正弦振动的幅值。对于工作转速为6000r/min6000r/min的机器，工频振动频率是的机器，工

21、频振动频率是100HZ100HZ。工频振动又叫基频振动。工频振动又叫基频振动。 基频机器转速基频机器转速/60/60术语术语波的图波的图奈奎斯特图奈奎斯特图水落图水落图启停车分启停车分析析 2004 Six Disciplines Leadership Center. All Rights Reserved.exercise常用设备标准常用设备标准 1 1、常用的绝对判断家振动标准、常用的绝对判断家振动标准 GB / T 11348.1GB / T 11348.16(ISO 7919)6(ISO 7919)系列标准系列标准 对设备转轴作对设备转轴作相对振动测量；相对振动测量； GB / T 6

22、075.1GB / T 6075.16 ( ISO /10816 )6 ( ISO /10816 )系列标准系列标准在轴承座上在轴承座上作绝对振动测量作绝对振动测量 VDI2056VDI2056振动标准（得过工程师协会制定的标准）振动标准（得过工程师协会制定的标准） BS4675BS4675机械振动标准（英国标准化协会制定的标准）机械振动标准（英国标准化协会制定的标准） 2 2、常用的相对判断标准：、常用的相对判断标准：ISO 2372ISO 2372 3 3、石化系统振动标准、石化系统振动标准 中国石油化工总公司石油化工旋转机械振动标准中国石油化工总公司石油化工旋转机械振动标准(SHS 01

23、003-2004)(SHS 01003-2004)。 适用与电动机、发电机、蒸汽轮机、烟气轮机、离适用与电动机、发电机、蒸汽轮机、烟气轮机、离心式压缩机、离心泵和风机，主要包括壳体振动和心式压缩机、离心泵和风机，主要包括壳体振动和轴振两部分。轴振两部分。 4 4、汽轮机及汽轮发电机组振动标准、汽轮机及汽轮发电机组振动标准 壳体振动标准：功率大于壳体振动标准：功率大于50MW50MW陆地安装的大型汽轮陆地安装的大型汽轮发电机组发电机组ISO 10816-2:2001ISO 10816-2:2001 转轴振动标准：转轴振动标准：GB/T 11348.2-1997GB/T 11348.2-1997标

24、准上壳体的测试位置标准上壳体的测试位置标准上轴振的测试位置标准上轴振的测试位置 1 1、国家振动标准解析、国家振动标准解析 规定了严谨的振动测点和测量方向，建立了以三个边界值为框架的四规定了严谨的振动测点和测量方向，建立了以三个边界值为框架的四级振动量级评价体系。级振动量级评价体系。区域区域 A A机器状况优机器状况优 新交付的机器的振动值落在该区域；新交付的机器的振动值落在该区域； 区域区域 B B机器状况良机器状况良 振动值在该区域的机器可以长期运行振动值在该区域的机器可以长期运行；区域区域 C C机器状况差机器状况差 机器不宜作连续运行，应采取措施修理；机器不宜作连续运行，应采取措施修理

25、；区域区域 D D机器状况劣机器状况劣 该区域的振动烈度，足以导致机器损坏。该区域的振动烈度，足以导致机器损坏。设备振动标准与评判设备振动标准与评判A AB BC CD D1.41.422222.82.845454.54.5717137372.32.371714.54.51131137.17.1V V mm/sV V mm/sD D mD D m刚性支承刚性支承柔性支承柔性支承1515300KW 160mm300KW 160mmH H 315mm 315mm 中型机机器振动评价标准中型机机器振动评价标准 A AB BC CD D2.32.329294.54.557577.17.1909045453.53.590907.17.11401401111V V mm/sV V mm/sD D mD D