第四講 狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷基本知識(shí)2

1、第四講：監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)基礎(chǔ)故障診斷的常用圖譜監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)基礎(chǔ)振動(dòng)頻譜中包含機(jī)器零部件的機(jī)械狀態(tài)信息 ，振動(dòng)診斷的任務(wù)從某種意義上講，就是讀譜圖，把頻譜上的每個(gè)頻譜分量與監(jiān)測(cè)的機(jī)器的零部件對(duì)照聯(lián)系，給每條頻譜以物理解釋。狀態(tài)監(jiān)測(cè)常用圖譜n1波德圖n波德圖是反映機(jī)器振動(dòng)幅值、相位隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系曲線，見(jiàn)圖n圖形的橫坐標(biāo)是轉(zhuǎn)速，縱坐標(biāo)有兩個(gè)，一個(gè)是振幅的峰峰值，另一個(gè)是相位。n從波德圖上我們可以得到以下信息：n轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在各種轉(zhuǎn)速下的振幅和相位；n轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速；n轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的共振放大系數(shù)(Q=Amax)；一般小型機(jī)組Q在35甚至更小，而大型機(jī)組在57；超過(guò)上述數(shù)值，很可能是不安全的；n轉(zhuǎn)子的振型

2、；n系統(tǒng)的阻尼大??；n轉(zhuǎn)子上機(jī)械偏差和電氣偏差的大??；n轉(zhuǎn)子是否發(fā)生了熱彎曲。n由這些數(shù)據(jù)可以獲得有關(guān)轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡狀況和振動(dòng)體的剛度、阻尼特性等動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)2極坐標(biāo)圖 極坐標(biāo)圖是把振幅和相位隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系用極坐標(biāo)的形式表示出來(lái)，見(jiàn)圖2。n圖中用一旋轉(zhuǎn)矢量的點(diǎn)代表轉(zhuǎn)子的軸心，該點(diǎn)在各個(gè)轉(zhuǎn)速下所處位置的極半徑就代表了軸的徑向振幅，該點(diǎn)在極坐標(biāo)上的角度就是此時(shí)振動(dòng)的相位角。這種極坐標(biāo)表示方法在作用上與波德圖相同，但它比波德圖更為直觀 3頻譜瀑布圖 用某一測(cè)點(diǎn)在啟停機(jī)（或正常運(yùn)行中）時(shí)連續(xù)測(cè)得的一組頻譜圖按時(shí)間順序組成的三維譜圖就是頻譜瀑布圖，見(jiàn)圖3。圖中Z軸是時(shí)間軸相同階次頻率的譜線集和Z軸是平行的。

3、從圖中可以清楚地看出各種頻率的振幅隨時(shí)間是如何變化的。4極聯(lián)圖n極聯(lián)圖是在啟停機(jī)轉(zhuǎn)速連續(xù)變化時(shí)，不同轉(zhuǎn)速下得到的頻譜圖依次組成的三維譜圖。它的Z軸是轉(zhuǎn)速，工頻和各個(gè)倍頻及分頻的軸線在圖中是都以0點(diǎn)為原點(diǎn)相外發(fā)射的傾斜的直線。在分析振動(dòng)與轉(zhuǎn)速有關(guān)的故障時(shí)是很直觀的。該圖常用來(lái)了解各轉(zhuǎn)速下振動(dòng)頻譜變化情況，可以確定轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速及其振動(dòng)幅值、半速渦動(dòng)或油膜振蕩的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程等。 n5軸心位置圖n軸心位置圖用來(lái)顯示軸頸中心相對(duì)于軸承中心位置。這種圖形提供了轉(zhuǎn)子在軸承中穩(wěn)態(tài)位置變化的觀測(cè)方法，用以判別軸頸是否處于正常位置。n當(dāng)軸心位置超出一定范圍時(shí)，說(shuō)明軸承處于不正常的工作狀態(tài)，從中可以判斷轉(zhuǎn)子的對(duì)中

4、好壞、軸承的標(biāo)高是否正常，軸瓦是否磨損或變形等等。如果軸心位置上移，則預(yù)示著轉(zhuǎn)子不穩(wěn)定的開(kāi)始。通過(guò)對(duì)軸頸中心位置變化的監(jiān)測(cè)和分析，可以預(yù)測(cè)到某些故障的來(lái)臨，為故障的防治提供早期預(yù)報(bào)。n一般來(lái)說(shuō)軸心位置的偏位角應(yīng)該在2050之間。n6軸心軌跡圖n軸心軌跡一般是指轉(zhuǎn)子上的軸心一點(diǎn)相對(duì)于軸承座在其與軸線垂直的平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡。通常，轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)中除了包含由不平衡引起的基頻振動(dòng)分量之外，還存在由于油膜渦動(dòng)、油膜振蕩、氣體激振、摩擦、不對(duì)中、嚙合等等原因引起的分?jǐn)?shù)諧波振動(dòng)、亞異步振動(dòng)、高次諧波振動(dòng)等等各種復(fù)雜的振動(dòng)分量，使得軸心軌跡的形狀表現(xiàn)出各種不同的特征，其形狀變得十分復(fù)雜，有時(shí)甚至是非常地混亂。7

5、振動(dòng)趨勢(shì)圖n在機(jī)組運(yùn)行時(shí)，可利用趨勢(shì)圖來(lái)顯示、記錄機(jī)器的通頻振動(dòng)、各頻率分量的振動(dòng)、相位或其它過(guò)程參數(shù)是如何隨時(shí)間變化的。 n這種圖形以不同長(zhǎng)度的時(shí)間為橫坐標(biāo)，以振幅、相位或其它參數(shù)為縱坐標(biāo)。在分析機(jī)組振動(dòng)隨時(shí)間、負(fù)荷、軸位移或其它工藝參數(shù)的變化時(shí)，這種圖給出的曲線十分直觀，對(duì)于運(yùn)行管理人員來(lái)說(shuō)，用它來(lái)監(jiān)視機(jī)組的運(yùn)行狀況是非常有用的。8波形頻譜圖n在對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析時(shí)，在時(shí)域波形圖上可以得到一些相關(guān)的信息，如振幅、周期（即頻率）、相位和波形的形狀及其變化。這些數(shù)據(jù)有助于對(duì)振動(dòng)起因的分析及振動(dòng)機(jī)理的研究。但由于從波形圖上不能直接得到我們所需要的精確數(shù)據(jù)，現(xiàn)在已經(jīng)很少有人用它來(lái)確定振動(dòng)參數(shù)。但它

6、可以在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)中作為示波器用來(lái)觀察振動(dòng)的形態(tài)和變化。n我們知道，對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的非諧和的周期性的振動(dòng)信號(hào)，可以用傅立葉級(jí)數(shù)展開(kāi)的方法得到一系列的頻率成分。對(duì)振動(dòng)波形進(jìn)行FFT處理則得到振動(dòng)的頻譜分布，即頻譜圖，該圖反映了振動(dòng)的頻率結(jié)構(gòu)。 頻譜分析的示意圖 故障診斷的常用圖譜n5.1 常規(guī)圖譜（又稱(chēng)穩(wěn)態(tài)圖，不含開(kāi)停車(chē)信息）n5.1.1 機(jī)組總貌圖n顯示機(jī)組總貌，查看探頭的位置及位號(hào)。n5.1.2 單值棒圖n單值棒圖是以棒圖的形式顯示選定監(jiān)測(cè)分站選定機(jī)組鍵相的振動(dòng)通道的實(shí)時(shí)n振動(dòng)幅值n顯示實(shí)時(shí)振動(dòng)值，并可知低報(bào)、高報(bào)警值及轉(zhuǎn)速。5.1.3 多值棒圖n多值棒圖是將選定監(jiān)測(cè)分站選定機(jī)組鍵相的各個(gè)振動(dòng)通道

7、的總振值和各倍頻n幅值以及殘余量都用棒圖的形式表示出來(lái)。顯示實(shí)時(shí)通頻值及各主要振動(dòng)分量的振動(dòng)值，可大致了解機(jī)組運(yùn)行是否正常。n通頻值通頻值即總振動(dòng)值，為各頻率下振動(dòng)分量相互迭加后的總和。n一倍頻又稱(chēng)基頻、工頻，為轉(zhuǎn)子實(shí)際工作轉(zhuǎn)速的頻率，nf = n /60 Hz；轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡、軸承工作不良、熱態(tài)對(duì)中不良等均會(huì)引起一倍頻增大，發(fā)生概率依次降低。n二倍頻二倍工頻，轉(zhuǎn)子熱態(tài)對(duì)中不良、裂紋、松動(dòng)等都會(huì)引起二倍頻增大，主要是對(duì)中不良。n0.5倍頻0.5倍工頻，油膜失穩(wěn)會(huì)引起該頻率段增大，軸承工作不良（如間隙、緊力、接觸、搖擺、油檔等）也會(huì)引起該段頻率增大；旋轉(zhuǎn)失速（喘振的先兆）的頻率為(0.40.8)倍

8、工頻，也有可能。n可選頻段用戶根據(jù)機(jī)組的特點(diǎn)，自己定義的頻段。n殘余量剩余頻率成分振動(dòng)分量的總和。該部分振值高時(shí)，轉(zhuǎn)子有可能發(fā)生摩擦、氣流脈動(dòng)等。n正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的多值棒圖通常是，一倍頻最大，二倍頻小于一倍頻的一半，0.5倍頻微量或無(wú)，殘余量不大。5.1.4 波形圖n時(shí)域頻譜波形圖譜 是用來(lái)查看選定監(jiān)測(cè)分站選定機(jī)組鍵相的選定振動(dòng)通道的波形及頻譜。 n顯示通頻振動(dòng)位移（總振值）與時(shí)間(周期)的關(guān)系，又稱(chēng)幅值時(shí)域圖。在正常的狀態(tài)下，波形圖應(yīng)為較平滑的正弦波，且重復(fù)性好。na動(dòng)不平衡時(shí)，在一個(gè)周期內(nèi)為典型的正弦波；nb對(duì)中不良時(shí)，在一個(gè)周期內(nèi)為波峰翻倍，波形光滑、穩(wěn)定、重復(fù)性好；nc摩擦?xí)r，波峰多，

9、波形毛糙、不穩(wěn)定、或有削波；nd自激振蕩（油膜渦動(dòng)，旋轉(zhuǎn)脫離）時(shí)，波形雜亂、重復(fù)性差、波動(dòng)性大。5.1.5 頻譜圖n波形及頻譜。顯示了在各振動(dòng)分量的頻率及其振幅值。n橫坐標(biāo)可選擇“階比”或“頻率”，一般用階比。n各種頻率所對(duì)應(yīng)的故障可參照前面在多值棒圖中的介紹。n正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的頻譜圖通常是，一倍頻最大，二倍頻次之、約小于一倍頻的一半，三倍頻、四倍頻x倍頻逐步參差遞減，低頻（即小于一倍頻的成份）微量。n看圖譜不能就圖看圖，一定要與歷史和正常運(yùn)轉(zhuǎn)下的頻譜圖相比較，查找那些頻率成份發(fā)生了變化，變化的倍率有多大。5.1.6 軸心軌跡圖n軸心軌跡圖是顯示選定機(jī)組、選定軸系、選定端面的軸心運(yùn)動(dòng)軌跡，包括

10、原始軌跡、各倍頻軌跡、提純軌跡（一、二、三倍頻軌跡的合成）以及平均軌跡（即n各個(gè)周期的原始軸心軌跡的平均）。同時(shí)可顯示不同軌跡類(lèi)型下相應(yīng)的時(shí)域波形。n顯示轉(zhuǎn)子軸心相對(duì)于軸承座渦動(dòng)運(yùn)動(dòng)的軌跡。n有原始、提純、平均、一倍頻、二倍頻等軸心軌跡，主要看提純。n在正常的情況下，軸心軌跡為一橢圓形。n若軸心軌跡的形狀、大小重復(fù)性好，則表明轉(zhuǎn)子是穩(wěn)定的。n對(duì)中不良時(shí)，為香蕉狀，嚴(yán)重時(shí)為8字形；n摩擦?xí)r，多處出現(xiàn)鋸齒尖角或小環(huán)；n瓦塊安裝間隙相互偏差較大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)明顯的凸起狀。n油膜渦動(dòng)時(shí)，大圈套小圈。 5.1.7 振動(dòng)趨勢(shì)圖n振動(dòng)趨勢(shì)圖是以趨勢(shì)圖的形式分別顯示選定監(jiān)測(cè)分站和選定機(jī)組 振動(dòng)通道的趨勢(shì)數(shù)據(jù)或一段

11、時(shí)間的歷史數(shù)據(jù)或一組起停機(jī)數(shù)據(jù)。n從振動(dòng)趨勢(shì)圖可以看到異常振動(dòng)的起始時(shí)間、持續(xù)時(shí)間、終止時(shí)間，依此查看DCS，查找機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)有無(wú)發(fā)生重大變化，從而確定故障的真?zhèn)巍＿€可以通過(guò)選擇框，看到各探頭的間隙電壓趨勢(shì)，從而確定一次儀表本身有無(wú)故障。并且可以更清晰地看到工頻、二倍頻、0.5倍頻等主要頻率成份幅值變化的形態(tài)，從而進(jìn)行故障類(lèi)型、程度、趨勢(shì)的診斷。n依次看各振動(dòng)分量的趨勢(shì)圖，查找變化量最大的頻率成分，從而確定故障類(lèi)型。例如，看一倍頻有無(wú)變化，能否回到原正常值，是否發(fā)生突變（含相位）。若不能回到原正常值，則為動(dòng)不平衡；若突變，則為轉(zhuǎn)子損傷；若變化緩慢，則為轉(zhuǎn)子結(jié)垢（如催化劑粘結(jié)）。n看異常振動(dòng)分

12、量的變化倍率，從而確定故障的程度，進(jìn)而確定是否停機(jī)。例如，對(duì)動(dòng)不平衡，若超出正常值的一倍，應(yīng)引起重視，但仍可監(jiān)視運(yùn)行；若超出2.5倍，或?yàn)槔^續(xù)上升的趨勢(shì)，則應(yīng)盡快組織停機(jī)搶修。對(duì)伴有低頻分量引起的軸承工作不良，則應(yīng)根據(jù)波動(dòng)的間隔時(shí)間、波動(dòng)量的大小、能否回到原正常值作出判斷。5.1.8 過(guò)程振動(dòng)趨勢(shì)圖n過(guò)程趨勢(shì)圖是以趨勢(shì)圖的形式顯示轉(zhuǎn)子軸位移及機(jī)組的過(guò)程參數(shù)與時(shí)間的關(guān)系。n機(jī)組的過(guò)程參數(shù)，如進(jìn)出口壓力、溫度及流量、油溫、瓦溫等，對(duì)故障診斷是有幫助的。n軸位移發(fā)生變化時(shí)應(yīng)該與轉(zhuǎn)子的軸向力（由進(jìn)、出口壓差、流量、分子量、是否帶液等決定）及推力軸承瓦溫綜合判斷。n5.1.9 極坐標(biāo)圖n各振動(dòng)分量的幅值

13、及相位隨時(shí)間變化的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，亦稱(chēng)可接受區(qū)域圖。n散布集中、相位穩(wěn)定時(shí)，好；散布區(qū)域增大、相位改變時(shí)，應(yīng)引起重視。n振幅；Z軸時(shí)間或轉(zhuǎn)速間隔。 n5.1.10 軸心位置圖n在忽略振動(dòng)的情況下，顯示軸心相對(duì)與軸承中心的穩(wěn)態(tài)位置。n可以看出軸承的偏位角、偏心距、最小油膜的厚度，從而判斷轉(zhuǎn)子運(yùn)行是否平穩(wěn)。n5.1.11 全息譜圖n全面反映轉(zhuǎn)子在同一軸承處主要振動(dòng)分量的振幅、相位、頻率信息。n全息譜圖實(shí)際上是將兩個(gè)相互垂直的同一階次頻率諧波合成后的軌跡圖集合在一起，對(duì)分析較疑難的故障作用更加明顯。n正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，全息譜圖中的軌跡為橢圓。若軌跡為正圓或接近為正圓，則表明兩個(gè)相互垂直方向上的振動(dòng)幅值相同、相位差為90或幅值相近、相位差很接近90；若軌跡為斜直線或接近為斜直線，則表明兩方向振動(dòng)相位相同或非常接近；若軌跡為水平線或垂直線，則表明水平或垂直方向上的振動(dòng)分量要比另一方向大得多。n5.2 啟停機(jī)圖譜（又稱(chēng)瞬態(tài)圖，僅分析啟停機(jī)過(guò)程中的狀況）n5.2.1 轉(zhuǎn)速時(shí)間圖n顯示開(kāi)停機(jī)過(guò)程中，轉(zhuǎn)速變化與時(shí)間的關(guān)系。n5.2.2 Nyquist 奈奎斯特圖n把開(kāi)停機(jī)過(guò)程中振幅與相位隨轉(zhuǎn)速變化關(guān)系用極