机械故障诊断技术5设备状态的判定课件

4．3．5轴心轨迹的空间图像表示（三维全息图）图4—16的轴心轨迹图只表现了转轴的某个截面的轴心轨迹，若沿着转轴的全长，将各个测量截面的轴心轨迹图上同一时点连接起来，就构成了轴心轨迹的空间图像。由于这样作，需绘制的点、线很多。为了图像清晰，突出需观察的重点。因而将图分解为一阶轴线图（观察动不平衡的影响）、二阶轴线图（观察不对中的影响）…等。图形绘制的数学公式就是4．3．4节中的两个公式，分别取1阶项（或2阶项）来计算X、Y值。图4—17一阶轴线轨迹图4．3．5轴心轨迹的空间图像表示（三维全息图）图4—171

第4章√4-1 峭度指标对信号中的_______很敏感，正常情况下其值在 ______________左右，如果这个值接近4或超过4，则说明 _______________。√4-2 非周期信号分为___________和__________。√4-3 周期信号频谱有哪些特征？

4-4 信号特征的时域提取方法包括哪些？

4-5 阐述周期信号频谱和非周期信号频谱的区别。√4-6 信号x(t)=sin(2πt）是否为周期信号，若是周期信号，求其周 期，并用公式求其平均和均方值。

4-7 什么是泄漏？为什么会产生泄漏？窗函数为什么能减少泄漏？

4-8 什么是窗函数？描述窗函数的各项频域指标能说明什么问题？

4-9 什么是栅栏效应？如何减少栅栏效应的影响？

4-10 时域信号统计指标和频谱图在机械故障诊断系统中的作用分别 是什么？ 第4章24-11 在观察频谱图作故障诊断分析时，应注意哪些要点？4-12 如何绘制轴心轨迹曲线？√4-13 测试信号中最高频率为100Hz，为了避免混叠，时域中的采样时 间应如何选取？4-14 矩形窗频谱图有什么特点？4-15 为了减少谱泄漏，工程上采用哪两种措施？4-16 采样定律的内容是什么？4-17 频率细化分析的基本思想是什么？4-18 轴心轨迹图通常应用在什么场合？如何绘制轴心轨迹图？4-11 在观察频谱图作故障诊断分析时，应注意哪些要3第五章设备状态的判定与趋势分析5．1设备状态诊断标准5．1．1振动诊断标准的判定参数

设备振动诊断标准(或称判定标准)是通过振动测试与分析，用来评价设备技术状态的一种标准。在选好对象设备，决定测试方案之后，就要进行认真的测试。而对所测得的数值如何，判定它是正常值还是异常值或故障值，就需要依靠诊断标准的帮助。因此诊断标准的制订和应用是设备诊断工作中一项十分重要和必不可少的任务。

理论证明； 振动部件的疲劳是与振动速度成正比， 而振动所产生的能量则是与振动速度的平方成正比， 由于能量传递的结果造成了磨损和其他缺陷， 因此，在振动诊断判定标准中，是以速度为判定参数比较适宜。对于大多数的机器设备，最佳参数是也速度，这也就是为什么有很多诊断标准，如IS02372、IS03945及VDl2056（德）等采用该参数的原因。还有一些标准，根据设备的低、高频工作状态，分别选用振幅(位移)和加速度。第五章设备状态的判定与趋势分析5．1设备状态诊断标准45．1．2状态判定标准的分类

根据判定标准的制定方法的不同，通常将振动判定标准分为三类。1）绝对判定标准绝对判定标准由某些权威机构颁布实施。由国家颁布的国家标准又称为法定标准，具有强制执行的法律效力。还有由行业协会颁布的标准，称为行业标准，国际标准化协会ISO颁布的国际标准。以及大企业集团联合体颁布的企业集团标准。这些标准都是绝对判定标准，其适用范围覆盖颁布机构所管辖的区域。

国际标准、国家标准、行业标准、企业集团标准都是根据某类设备长期使用、观测、维修及测试后的经验总结，并规定了相应的测试方法。因此在使用这些标准时，必需按规定的适用范围和测定方法操作。目前应用较广泛的是：

ISO2372《机器振动的评价标准基础》ISO3945《振动烈度的现场测定与评定》CDA/MS/NVSH107《轴承振动测量的判据》VDI2056《震动烈度判据》（德国标准）等5．1．2状态判定标准的分类52）相对判定标准相对判定标准是对同一设备，在同一部位定期测试，按某个时刻的正常值作为判定基准，而根据实测值与基准值的倍数，进行设备状态判定的方法。由于是基于设备自身某时刻的测量值作为判定基准，所以称为相对判定标准。

3）类比判定标准相对判定标准是建立在长期对某一设备的测量数据的基础上。若某个设备运行时间不长、或没有建立长期测量数据的基础，在对设备进行状态判定时，可以采用类比判定标准。类比判定标准是对多台同样设备在相同条件下运行时，通过对各设备的同一部位的测量值进行相互对比，来判定设备状态的方法。2）相对判定标准65．1．3振动判定标准介绍 根据判定标准的制定方法的不同，可将振动判定标准分为以下10类：旋转机械振动标准，金属切削机床振动标准，齿轮判定标准，滚动轴承判断标准，往复机械振动标准，多种机型混合的振动标准，行业设备判断标准，部分引进设备振动标准，类比判断标准，管道振动判断标准。1．旋转机械振动标准

(1)旋转机械几个常用的绝对标准

目前，旋转机械常用的振动诊断标准有国际标准化组织颁布的ISO2372和ISO3945，德国标准VDI12056，英国标准BS4675，我国国家标准GB／T1l347一1989等。这些标准在数值级别上大同小异，但在各类诊断文献中常以各自的标准名称出现。（表5-1～表5-4）5．1．3振动判定标准介绍7

表5—1机械振动诊断标准（ISO2372和ISO3945）表5—1机械振动诊断标准（ISO2378说明：1.ISO2372标准中，把诊断对象分为4个等级：Ⅰ级—小型机械，15kW以下电动机等；Ⅱ级—中型机械，15~75kW电动机等；Ⅲ级—刚性安装的大型机械（600~12000r/min）；Ⅳ级—柔性安装的大型机械（600～12000r/min）。2.A、B、C、D及优、良、可、不可代表对设备状态的评价等级。A-良好，B-允许，C-较差，D-不允许。3.采用ISO2372标准时，要考虑被诊断设备的功率大小、基础形式、转速范围等约束条件；采用ISO3945标准时，要考虑基础特性。4.标准ISO2372和ISO3945所采用的诊断参数均为速度有效值Vrms。支承基础（刚性和柔性）：柔性基础——机械行业标准中，规定当支承系统的一阶固有频率低于机组的主激振频率（指轴的转动频率）时，属于柔性基础。刚性基础——与柔性基础定义相反的。说明：9机械故障诊断技术5设备状态的判定课件10机械故障诊断技术5设备状态的判定课件11机械故障诊断技术5设备状态的判定课件12T.C.RATHBONE所制定的大型旋转机械振动标准（图5-1)该标准是国处应用得最早的振动判据之一，它是在长期经验积累的基础上制定的。使用该标准应注意以下几点：1）这是一个用坐标图形表达的振动标准，每根曲线划分为一个状态范围值。2）该标准主要考虑转速(r/min)因素。3）该标准对状态评价分六个级别：非常好、良好、容许、稍坏、坏、非常坏。4）诊断参数为最大位移（双峰）。T.C.RATHBONE所制定的大型旋转机械振动标准（图5-13（2）旋转机械相对标准

表5—5旋转机械振动诊断的相对标准注：1．本标准的判断依据有二： (1)实际测量振动值与其初始值之比；(2)所测振动信号的频率范围。2．标准将设备状态的评判分为三个等级：良好、注意、危险。实测值与初值之

比（2）旋转机械相对标准实测值与初值之14（3）电动机振动标准

电动机也属于旋转机械。它是一种原动机，为它制定了专用标准后，便于单机检测，有利于加强对电动机的维护管理。国际标准化组织制订的ISO32373标准和德国标准DIN45665，在内容上是相同的，故合并列于表5—6。表5—6ISO32373和DIN45665电动机振动标准注：1．本标准把电动机按其中心高度(H)分为三个类型，中心高度越大，振动阈值越大。2．电动机状态判别分为三个等级：正常、良好、特佳。3．本标准是指电动机在空转（不带负荷）条件下的阈值。4．诊断参数为速度有效值(Vrms)。（3）电动机振动标准15(4)汽轮机及汽轮发电机组振动标准汽轮机也属于旋转机械的类型。表5一7为我国水电部于1959年颁布的《电力工业技术管理法规》，其中规定1500r／min、3000r／min和5000r／min之内的汽轮发电机组轴承的振动标准。表5一7水电部汽轮发电机组振动标准（轴承双振幅允许值）注：1．本标准规定测点位置在轴承处的垂直和水平方向。2．阈值的大小取决于汽轮机的转速，转速愈大，振动位移允许值愈小。3．状态评判分为三个等级：“优”、“良”、“合格”。4．诊断参数为位移峰峰值(即双振幅)。(4)汽轮机及汽轮发电机组振动标准16表5—8为国际电工委员会(IEC)推荐的汽轮机振动标准注：1．本标准按转速将汽轮机分为五种类型，随转速增大：汽轮机允许振幅减小。2．表中分别列出两种测量方式的标准值，即：测量轴承与测轴，轴振动允许值约为轴承振动的2倍。3．测量参数为位移峰峰值。

(5)离心鼓风机和压缩机振动标准表5—9为机电部关于《离心鼓风机和压缩机技术条件》中规定的轴承振动标准。表5—9离心鼓风机和压缩机技术振动标准注：1．本标准按转速将离心鼓风机和压缩机分为4个类型，转速越高，允许振动值越小。2．测点部位分两种型式：主轴轴承和齿轮箱轴承，后者振动值允差略高予前者。3．诊断参数为振动位移峰峰值(双幅)。表5—8为国际电工委员会(IEC)推荐的汽轮172.金属切削机床振动标准 金属切削机床大多数属于旋转机械，但作为工作母机，它与一般非加工机械有很大的差别。它的工作性质决定它要求有很高的运动精度，因此对振动水平的控制特别严格，比一般机械的振动标准要求高得多。2.金属切削机床振动标准183.齿轮判定标准

由于齿轮的类型和大小不同，其判断标准也不相同。图5-2为国外的一种齿轮箱判断标准，这里只能算一个实例。1）本标准分两个频段确定差别参数及其阈值。测量频率在1000Hz以下，用速度作为诊断参数，且其标准值不随频率而变化；测量频率在1000Hz以上，用加速度作为诊断参数，且标准值随频率增大而减小。2）齿轮状态分为三个等级：良好、注意、危险。3.齿轮判定标准1）本标准分两个频段确定差别参数及其阈值。194.滚动轴承判断标准图5-3是国外某公司用于诊断滚动轴承的加速度标准。使用该标准的几点说明：1）应用该标准时，横坐标=转速X转轴轴颈直径；纵坐标=实测的轴承加速度。2）轴承状态分为三个等级：A（良）、B（注意）、C（危险）。3）测量参数采用加速度g。4.滚动轴承判断标准1）应用该标准时，横坐标=转速X转轴轴205.往复机械振动标准在工业生产中，应用最多的往复机械是往复空压机。目前用于往复机械振动诊断的标准较少，使用经验也不多，表5-11为一种。5.往复机械振动标准216.多种机型混合的振动标准（即综合型标准）

表5-12是加拿大政府颁布的轴承振动速度判据。此标准包括12种机型24种规格的各类设备，其中主要是旋转机械（有多种机型），也有往复机械，下面把作为综合型标准列出，以利查询。6.多种机型混合的振动标准（即综合型标准）22机械故障诊断技术5设备状态的判定课件23机械故障诊断技术5设备状态的判定课件247.行业设备判断标准

国内有的部门也曾制定了本行业的设备判断标准。表5—13是化工行业制订的几种设备的振动标准。表5—13部分化工设备的振幅标准(测量参数为位移全振幅，峰峰值）机械故障诊断技术5设备状态的判定课件258.部分引进设备振动标准

表5—15日本制造厂为宝钢引进设备提供的部分振动标准注：1．本表所列全部是风机的振动标准。考虑的相关因素有：转速、功率、测点位置及设备的作业地位等，这也是参考使用表中数据时应当考虑的。2．判断参数为位移峰峰值(Dp-p)。8.部分引进设备振动标准26机械故障诊断技术5设备状态的判定课件279.类比判断标准当有数台机型相同，规格一致的设备，在相同的条件下对它们进行同等测量时，一般按下列标准判断：1）在低频段(≤1000Hz)测量，其振动值大于其它大多数设备振动值的l倍以上时，判为异常；在高频段(>1000Hz)实测振动值大于正常值的2倍以上时，判为异常。2）在低频段测量，若其振动值大于其他设备的2倍以上；或高频段的振动测值大于其他设备4倍以上时，一般判为故障严重，应考虑停机修理。9.类比判断标准2810.管道振动判断标准

机器设备的异常振动有时会引起与之相连接的管道振动器同样，管道的异常振动（如压气管道振动）也会导致设备的振动超差。（1）管道振动速度判断标准1984年加拿大梅特提出的管道和机器的振动速度现场判断标准。10.管道振动判断标准29（2）管道振动位移判断标准日本西南研究所曾经作出了一个容许的管道振动标准。（2）管道振动位移判断标准305．2设备状态劣化趋势分析5．2．1状态趋势分析在故障监测预警中的作用

设备诊断的实质就是设备运行状态识别。在工业现场有两类设备诊断模式都在应用：一类是在线故障监测诊断系统，它依靠复杂的测试分析系统对重要设备进行24小时的连续监测分析。另一类是采用便携式仪器，对设备进行定期的巡检，记录所测定的参数，根据在时间历程的数据进行故障判断、劣化趋势分析。这类模式称为点巡检制度。又称定人员、定时间、定测点参数、定测点部位、定测量仪器的五定作业制度。5．2设备状态劣化趋势分析5．2．1状态趋势分析在故障监31这两种设备诊断模式都在使用过程中产生大量的具有时间序列特征的数据，是设备状态劣化趋势分析的基础。趋势分析属于预测技术，对于设备劣化趋势分析属于设备趋势管理的内容，也是状态预知维修与其他维修方式相比，所具有的显著而独特的方式，其目标是从过去和现在的已知情况出发，利用一定技术手段，去分析设备的正常、异常和故障三种状态，推测故障的发展过程，有利维修决策和过程控制。设备劣化趋势分析的作用有：l）检查设备状态是否处于控制范围以内；2）观测设备状态的变化趋向或现实状况；3）预测设备状态发展到危险水平的时间；4）早期发现设备异常，及时采取对策；5）及时找出有问题的设备(提交精密诊断)。这两种设备诊断模式都在使用过程中产生大量的具有时间序列特征的32趋势分析图例

设备劣化趋势分析的数据类型：*可以是状态信号分析中的各项时域指标；*也可以是频谱分析中的某一特征频率的振幅；*或者是执行点巡检制度所获得的记录数据。图5—5是时域指标的趋势分析图例。其中：最下面的趋势曲线是有效值Vrms；中间的趋势曲线是峰值指标；最上面的是劣化指标—峭度值Cq。图5—5时域指标的趋势分析图例由于Cq对轴承缺陷十分敏感，不易受型号参数、转速、负荷、温度等影响，且其在正常状态下的标准值=3，故常用于故障诊断中作为趋势分析的第一项指标。趋势分析图例设备劣化趋势分析的数据类型：图5—5时域指33例：热轧机轧辊趋势分析管理图表。例：热轧机轧辊趋势分析管理图表。34机械故障诊断技术5设备状态的判定课件35机械故障诊断技术5设备状态的判定课件36绘制趋势管理图的步骤第1步制作图表格式

首先要编制如图5-6所示的表，在左上栏绘出设备简图，标明测点。设备的规格参数是诊断的重要依据，必须从实填写。第2步标明刻度

低频领域Lo以振动速度表示，选择合适的计量单位，如图所示的范围在0.5—5.0cm／s之间。中频领域Hd及高频领域Hi以加速度g为计量单位，范围在（0.1～0.6）g之间。这些刻度可以根据具体设备的振动情况自行划分。第3步填入标准值

把设备在正常状态下的振动平均值作为标准值记入图表。当无历史数据或经验数据以确定标准值时，可用正常状态下的振动平均值取代。其方法为：在认为设备处于正常状态时，测定N个（≥20）振值x1、x2…、xn，并以其平均值作为标准值。这个做法又称基准线估计。绘制趋势管理图的步骤第1步制作图表格式37其计算公式为：第4步填入判断标准

需填入报警(Caution)值Xc及危险(Danger)值Xd，当无历史数据或经验数据时，可利用第3步中在正常状态下测得的N个振值，首先计算出标准方差σ，然后再利用σ计算出报警值Xc及危险值Xd。以上报警值和危险值都必须记入图中。其计算公式为：第4步填入判断标准38第5步按时间序列填写测定值

按规定的点检测定周期，对被监测的设备各规定测点进行设备状态参数的测取，然后将测得的值按时间序列的先后填入表格，用曲线或折线将这些数据点连接起来，构成了设备状态参数的趋势曲线。分析：从图中可以看到1月23日有2路临测信号的测量值表现出突然升高，是正常值的2.5～5倍，因此需要安排检修计划，准备备品备件，确定施工方案等，在2月27日～3月1日的检修中分别坚固松驰的螺栓和更换轧辊轴承。机械故障诊断技术5设备状态的判定课件395．2．2趋势分析应用方法

设备劣化趋势分析的第一个任务是观察近期设备的振动发展情况，判断是否存在异常；第二个任务是预测设备状态达到危险值的时间，以便及早采取预防性措施，以利于检修计划安排。数据的不规则性的检查即便是趋势管理图中的总体测量值都是位于注意范围之内，也必须经常注意有无任何特殊的趋势。因为设备如在正常状态下，其测点值是中间多两端少，在标准线的上下均等，并且应是随机分布。因此，在采用了理论性的统计方法之后，对数据的不规则性的检查很有必要，在现场如能对以下五项进行检验，将会取得好的效果。1）测点值的连接链是否够长；2）测点值是否偏向标准值()的一侧；3）测点值是否多分布于注意线(±)的近旁；4）测点值是否具有一定的倾向性；5）测点值是否具有一定的周期性。

5．2．2趋势分析应用方法40

通常当测定值跑出上下管理线外时，已经有了设备存在异常的证据，所以可以很好地判定异常。若要更好地进行趋势分析，请看教材中丰田利夫的经验。通常在线机械故障监测诊断系统自带趋势分析功能模块，因此很方便观察预测的趋势走向。而点巡检模式下的测量数据则需要利用Excel电子表格来进行趋势预报分析。图5—8从测量数据拟合抛物线趋势公式通常当测定值跑出上下管理线外时，已经有了设备存在异常的41丰田利夫分析方法：1）当测定值跑出上下管理线外时。异常2）当测定值处在上下管理线内时。不能保证绝对正常。3）当利用“链”进行判断时：a.测点值连续5点以上在标准中心线一侧时，需注意。7点以上时，视为异常。b.在连续的11点中有10点以上偏向标准值中心线的一侧时，视为异常。20点，有16以上时，异常。丰田利夫分析方法：a.测点值连续5点以上在标准中心线一侧时，42c.连续5个点以上升降时，需要注意，连续的7个点以上升降时，视为异常。d.测点值的链是否具有周期性变化，其判定式是需要注意周期长度和振幅变化。c.连续5个点以上升降时，需要注意，连续的7个点以上升降时，43

第5章思考题√5-1 对于大多数的机器设备，最佳参数是__________，这也就是为

什么有很多诊断标准采用该参数的原因，当然也还有一些标准，

根据设备的低、高频工作状态，分别选用_