設備故障診斷技術說明

46-/NUMPAGES46設備故障診斷技術簡介上海華陽檢測儀器有限公司ShanghaiHuayangMeasuringInstrumentsCo.,Ltd目錄設備故障診斷技術定義（3）一．設備維修制度的進展（4）二．檢測參數(shù)類型（5）三．振動檢測中位移、速度和加速度參數(shù)的選擇（5）四．測點選擇原則（6）五．測點編號原則（7）六．評判標準（7）七．測量方向及代號（10）八．搜集和掌握有關的知識和資料（10）九．故障分析與診斷（11）十．常見故障的識不（14）1．不平衡（14）2．不對中（14）3．機械松動（15）4.轉子或軸裂紋（15）5．滾動軸承（15）6．滑動軸承（16）7．齒輪箱（19）8．傳動皮帶（20）9．葉輪、葉片和旋翼（21）10．電機（22）11．共振（23）十一.故障分析方法（25）1．簡易分析方法（25）2．頻譜分析方法（26）設備故障診斷技術簡介設備故障診斷技術定義：是一種為了了解和掌握設備在使用過程中的狀態(tài)（在設備差不多不拆卸、不解體的情況下）而采納一定的檢測手段，依照檢測的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗的積存，來確定設備整體或局部是正?；虍惓?、早期發(fā)覺設備故障及其緣故、并能早期預報設備故障進展趨勢的一門技術。通俗地講，它是一種給設備“看病”的技術。那個地點所講的設備指的是機械設備。它包括各類機械，例如：風機、壓縮機等的動設備和容器、管道、閥門、工業(yè)爐等的靜設備，還包括某些電器設備。什么是故障？指的是設備不能完成其所規(guī)定的功能，稱作“故障”，然而這些功能是能夠修復的!若不能修復的則稱作“失效”，關于“失效”的機械設備只能更換。那個地點關鍵是如何能抓住一切有用的信息,運用知識和經(jīng)驗作出適當?shù)脑\斷結論。一．設備維修制度的進展1．事后維修設備運行至故障停車后才進行修理。預防維修按照預定的檢修時刻間隔進行維修（打算維修）。預知維修對設備進行狀態(tài)監(jiān)測，依照設備監(jiān)測和診斷的結果，視設備劣化或故障的程度，安排在適當?shù)臅r刻進行必要的設備維修。4．預知維修優(yōu)點提高設備運行安全性，防止不足維修而導致的事故;提高維修經(jīng)濟效益，幸免過剩維修造成的白費;提高設備使用合理性、運行安全性和經(jīng)濟性;延長貴重設備使用壽命;實現(xiàn)設備使用、維修、生產的現(xiàn)代化。應用舉例日本：事故率減少75％，維修費用降低25％～50％;英國：2000個工業(yè)企業(yè)每年節(jié)約維修費用3億英鎊，收益為投入的6倍。6．設備狀態(tài)監(jiān)測設備狀態(tài)監(jiān)測是實現(xiàn)預知維修的基礎。準確、全面的設備監(jiān)測信息是實現(xiàn)預知維修的可靠保證。7．設備狀態(tài)監(jiān)測方式在線監(jiān)測：投資成本高，監(jiān)測對象以關鍵設備為主。離線檢測：投資成本低，要緊針對大量的散在分布的中小型設備。二．檢測參數(shù)類型:振動[振動位移d(mm)、振動速度v(mm/s)、振動加速度a(m/s2)]、溫度[t(℃)]、轉速[n(rpm)]、厚度[δ(mm)]、電流[I(mA)]、電壓[U(mV)]...1．振動位移是指一個物體離開其平衡位置（參考位置）的距離或位置。（用d表示，單位mm）。2.振動速度是指物體在單位時刻里，離開其平衡位置，作往復運動的快慢程度。（用v表示，單位mm/s）。（單位時刻內的位移變化率）。3．振動加速度是指物體在單位時刻里，振動速度的變化程度(用a表示，單位m/s2)。三．振動檢測中位移、速度和加速度參數(shù)的選擇一般認為，對振動頻率在10Hz以下，位移量較大的低頻振動，選擇位移為檢測量。另外關于某些高速旋轉的機器的振動，旋轉精度要求較高時，也用位移來衡量。關于多數(shù)機器來講，都用速度來評價其振動強度。經(jīng)驗表明在覆蓋10Hz～1000Hz的頻帶上，速度測量完整地表示了機器振動的嚴峻程度。而加速度測量的適用范圍能夠達到10000Hz以上，關于寬頻帶測量、高頻振動和存在沖擊振動的場合都測量加速度。當齒輪、滾動軸承、軸瓦等出現(xiàn)剝落、磨損等缺陷時，往往首先在高頻段出現(xiàn)故障信息，只有當故障比較明顯時，才能在低頻段反映出來。因此，通過檢測加速度，能夠有效發(fā)覺設備早期缺陷。檢測實踐中，往往對位移、速度和加速度進行聯(lián)合測量。圖3-1位移、速度和加速度參數(shù)的選擇圖3-1描述的是同一部機器的同一工況用三種傳感器測量的幅頻圖，三者均可用于機器狀況的監(jiān)測。然而速度計給出一個近似水平的譜，它所需的動態(tài)范圍小，因此，針對這一實際測量，速度計被稱為“最佳參數(shù)”。而對用位移計、加速度計測量，為了描述所有重量的變化，必須采納大得多的動態(tài)范圍。四．測點選擇原則（以振動為例）1．傳遞路徑最短.2．測點剛度最大.3．對測量參數(shù)響應最敏感.4．少界面.5．不能有空腔.6．能反映整個設備信息.注:為保證測量數(shù)據(jù)的一致性,測點一旦確定之后請及時做好永久性的標記,今后一般情況下不同意再作變動!五．測點編號原則（以振動為例）動力源輸出位置（軸承部位）定為2#測點、自左向右依次（均在軸承部位）為：3#、4#、5#...（詳見圖5-1所示）圖5-1測點布置示意圖六．評判標準絕對標準評判法：例如振動國際標準ISO—2372以及…⑴表6-1國際標準⑵表6-2注：用加速度檔，分不用頻率范圍(10～1000)Hz及(10～5000)Hz進行測量，當兩值不相等或相差懸殊（最大達13倍）時,即表明該測點所對應的部件有故障。⑶表6-3往復式壓縮機基礎振動同意振幅壓縮機轉速（r/min）＞400400～200＜200同意振幅（mm）＜0.15＜0.20＜0.25⑷表6-4一般參考評判標準振動參數(shù)進口國產計量單位A（加速度）20.030.0m∕s2V（速度）2.03.0mm∕sD（位移）50μm注:表中≦1∕3等級為優(yōu).≦2∕3等級為良.≦3∕3等級為合格.相對標準評判法：例如浴缸曲線…表6-4旋轉機械振動評判相對標準實際值與初始值的比值振動頻率(倍)1234567低頻振動（≦1000HZ）(指振動速度和位移)良好注意危險高頻振動（＞1000HZ）(指振動加速度)良好注意危險類比標準評判法：例如，多臺同型號、同規(guī)格、在相同條件下工作的電動機…異常狀態(tài)相互之間同測點的測量值相比大于1.6倍以上.關于正常狀態(tài)超過4mm/s的設備和在正常狀態(tài)不足1mm/s的設備,是一種良好的﹑七．測量方向及代號（以振動為例）圖7-1圖7-1測量方向示意圖舉例：4Ha----意為：4#測點、水平位置、加速度。八．搜集和掌握有關的知識和資料1．機器結構性能資料：包括機器的工作原理，機器在整個生產過程中的地位和作用，重要的動態(tài)參數(shù)，如驅動功率、流量、壓力、轉速變化范圍、電流、電壓、溫度等，機器結構組成和參數(shù)，如軸承型式、密封結構、聯(lián)軸節(jié)結構、齒輪齒數(shù)、葉片數(shù)、共振頻率、臨界轉速等等。2．操作運行情況：包括負荷及其變化情況、潤滑情況、起動和停機情況、工藝參數(shù)變化情況等。3．機器周圍環(huán)境的阻礙：包括溫度、濕度、與其他機器的關聯(lián)、地基沉降、電壓波動等因素對機器性能的阻礙。4．故障與維修情況：包括上次大修時刻、大修時作過哪些調整、運轉以來發(fā)生故障及對故障處理情況的記錄和檔案、機器的薄弱環(huán)節(jié)及可能容易發(fā)生故障的類型和部位、同型號、同工作條件下其他機器的故障情況等。九．故障分析與診斷依照振動信號識不設備故障是件難度專門大的工作。這要緊因為：同一故障能夠表現(xiàn)出多種癥候，同一癥候可由不同故障引起，不同類型的機器其故障與癥候的對應關系可能不完全一樣，這種關系又與運行條件、環(huán)境條件、故障歷史及維修情況有緊密聯(lián)系。在故障診斷中，熟悉和掌握機器的結構、特性、使用和維修情況以及實際診斷經(jīng)驗差不多上專門重要的。1．注意進展和變化在分析和診斷故障時，應注意從進展變化中得出準確的結論。單獨一次測量往往難于對故障推斷有較大把握，反復多次的跟蹤測量、分析能使診斷更接近于真實情況。為此，應注意積存和研究機器正常運行狀態(tài)下的振動數(shù)據(jù)，包括基頻的幅值和相位、次諧波和高次諧波的幅值和相位、其他重要頻率重量的幅值、時域波形以及軸心軌跡的形狀、大小和旋轉方向等。對當前機器的振動信號進行各種觀看和分析時，應與正常運行狀態(tài)下的振動進行比較，注意哪些參數(shù)發(fā)生了變化及變化程度如何。例如：о基頻重量變化不大而2××倍頻之意。f=機器轉速/60，單位為：赫芝或Hz，下同)幅值明顯增大可能講明不對中加??；о喘振使軸向振動變化明顯；о而不平衡增大使水平和垂直方向振動同步增長。趨勢分析也是有效的方法，不但分析振動有效值或峰-峰值變化趨勢，而且分析基頻、1∕2×、2×等各頻率重量的變化趨勢，從而得出振動是穩(wěn)定不變、逐漸上升、時升時降依舊迅速增大等信息。例如，不平衡加大使振動緩慢而穩(wěn)定上升，葉片斷落則使振動幅值突然上升。2．輔助測試有些情況下，為了確定或排除某些可能的故障，需要進行一些輔助測試。這些輔助測試包括：變轉速振動測試；變負荷振動測試；變潤滑系統(tǒng)參數(shù)（油溫、油壓）振動測試；起動或停車過程振動測試；共振頻率測試；機殼、基座或管道某些部件的測試。3．分析振動的方向性和幅值穩(wěn)定性一般講來：о不平衡量增大，則徑向水平、垂直兩個方向的振幅同時增長；о不對中徑向振幅增大，但同時還可引起軸向振動；о基座松動時垂直方向振動明顯大于水平方向振動；о轉子組件松動引起的振動，其幅值不穩(wěn)定；о油膜渦動和油膜振蕩則以徑向振動為主，振幅不穩(wěn)定；о轉子裂紋引起的2倍頻振動，水平方向和垂直方向的振幅大小相近（4．分析各頻率成分的相位不平衡引起的基頻振動重量與轉軸相位標志之間的角度（即基頻重量的相位）保持不變，水平方向與垂直方向振動相位相差約90°。平行不對中引起的徑向振動在軸兩端反向，即相位相差180°；角不對中引起的徑向振動在軸兩端同向，即相位差為零。)5．觀看隨轉速的變化轉速變化要緊指設備在起動和停車過程中所經(jīng)歷的各種轉速，振動信號能顯示出故障與轉速的關系，以此可區(qū)分不同故障。例如：о不平衡引起的振動幅值隨轉速的增大而增大，并在通過臨界轉速時有峰值出現(xiàn)；о不對中引起的振動與轉速關系不大。十．常見故障的識不不平衡о故障緣故當轉子質量中心偏離轉動中心時出現(xiàn)不平衡。造成不平衡的緣故通常是：裝配不適當、轉子上有附加物生成、轉子質量磨損、轉子破裂或丟失部件。о特征徑向振動大。（基頻幅值隨轉速增大而增大，這是不平衡的重要特征。）（2）軸向振動較小。2．不對中о故障緣故兩個相連接的機器軸線不平行或不重合，一個或多個軸承安裝傾斜或偏心，即為不對中。造成不對中的緣故能夠是裝配不當，調整不夠，基礎損壞，熱脹或聯(lián)軸節(jié)鎖死。о特征（1）軸向振動大有穩(wěn)定的高峰，一般達到徑向振動的50%以上，若與徑向振動一樣大或比徑向振動更大，表明情況嚴峻。（2）徑向振動大3.機械松動о故障緣故機械松動分為結構松動和轉動部件松動。造成機械松動的緣故是：安裝不良、長期工作造成過渡磨損、基礎或基座損壞或零部件破壞。о特征（1）徑向（特不是垂直方向）振動大振動可能具有高度的方向性。時域波形可能較雜亂，有明顯的不穩(wěn)定的非周期信號。可能有大的沖擊信號。軸向振動小或正常。4.轉子或軸裂紋大功率發(fā)電機組超壽命運行，有時轉子或軸上會出現(xiàn)裂紋，及時確定裂紋的存在，可防止突然斷裂的災難性事故。（1）轉子或軸裂紋日漸擴展和加深，使1×、2×重量的幅值隨時刻而穩(wěn)定地增長，這是存在裂紋與其他產生1×、2×重量的故障之間最大的區(qū)不。應在對轉子1×、2×重量進行長期狀態(tài)監(jiān)測的基礎上進行趨勢分析，當確認上述二重量的幅值隨時刻呈穩(wěn)定增長趨勢時，可能存在轉子或軸裂紋。（2）在升速或降速過程中，當轉速通過1/2倍一階臨界轉速時，2×重量由于共振而對裂紋特不敏感，其幅值會發(fā)生顯著變化。同理，轉速通過1/3倍一階臨界轉速時，3×重量的幅值也會發(fā)生顯著變化。因此，應當監(jiān)測2×和3×重量隨轉速的變化。當確認轉速等于1/2或1/3倍一階臨界轉速而2×和3×重量顯著改變時，可能存在轉子或軸裂紋。5．滾動軸承о故障緣故滾動軸承的早期故障是滾子和滾道剝落、凹痕、破裂、腐蝕和雜物嵌入。產生緣故包括搬運粗心、安裝不當、不對中、軸承傾斜、軸承選用不正確、潤滑不足或密封失效、負載不合適以及制造缺陷。о軸承故障特征頻率的計算公式如下所示[內環(huán)滾動，外環(huán)靜止（最常見情形）]：1RdR（1）保持架fc=——1－━cosα≈0.4━；260D60NRdR（2）外滾道fo=－－1－━cosα≈0.4N━；260D60NRdR（3）內滾道fi=－－1－━cosα≈0.6N━；260D601RDd2（4）滾子fb=－－－1－━cosα260dDR≈0.23N━，（N<10）60R≈0.18N━，（N>10）。60式中：R——轉速（RPM）;d——滾子直徑；D——節(jié)園直徑；α——接觸角；N——滾子數(shù)。6．滑動軸承О.故障緣故滑動軸承可能有多種故障，其中包括間隙過大，油膜渦動和油膜振蕩以及摩擦。造成這些故障的緣故是裝配不當，潤滑不良，負荷欠妥，長久磨損及軸承設計不當。（1）.間隙過大（無渦動）軸與軸承間隙過大，這種情況類似于不對中和機械松動，應注意其區(qū)不：a．徑向振動較大，特不是垂直方向；b．可能有較大的軸向振動，特不關于止推軸承；c．徑向和軸向時域波形為穩(wěn)定的周期波形占優(yōu)勢，每轉一圈有1、2或3個峰值。沒有較大的加速度的沖擊現(xiàn)象。若軸向振動與徑向振動大小相近，表明問題嚴峻。分析：①．間隙過大與不對中的區(qū)分可依照以下兩點：a．間隙過大時垂直方向振動比水平方向更大；b．而不對中時垂直與水平方向振動相同；②．間隙過大與機械松動的區(qū)分可依照以下兩點：a．間隙過大時其時域波形為穩(wěn)定的周期波形占優(yōu)勢，且沒有大的沖擊現(xiàn)象；而機械松動時其時域波形較雜亂，有明顯的非周期性信號使波形不穩(wěn)定；.b．間隙過大時軸向振動可能較大，特不是止推軸承！而機械松動時軸向振動較小或正常。一般應在排除機械松動的可能性之后再確認間隙過大。油膜渦動和油膜振蕩在軸與軸承間隙太大或機組熱態(tài)不對中等引起較大振動的情況下，若加之軸承設計不當、潤滑不良或由于載荷、轉速的突變破壞了正常潤滑狀態(tài)，可能產生油膜渦動[≈（0．42～0．48）×]。在此情同況下，假如轉速高于軸系一階臨界轉速的2倍，則渦動可能進展成更危險的油膜振蕩。①．較大的徑向振動；②．軸向振動在渦動頻率處的重量較小；③.若在一階臨界轉速頻率處出現(xiàn)顯著峰值，則表明已出現(xiàn)油膜振蕩；④.時域波形中穩(wěn)定的周期信號占優(yōu)勢，每轉一周少于一個峰值，沒有較大的加速度沖擊。（3）.摩擦軸頸與軸承表面直接接觸就發(fā)生磨擦，摩擦能夠是間斷的或連續(xù)的。引起摩擦的緣故是潤滑不足，間隙不適當，載荷不正確或其他故障造成的較大振動。摩擦往往造成軸的反向渦動。特征①.關于間斷性摩擦：a.徑向振動較大；b.時域波形中有不穩(wěn)定的沖擊信號占優(yōu)勢，軸每轉一圈只有少于一個的峰值；c.軸向振動小。②.關于連續(xù)摩擦：a.徑向振動大（止推軸承除外），高頻部分能量較大；b.時域波形中有不穩(wěn)定的“噪聲”信號；c.軸向振動?。P于止推軸承，有摩擦時其軸向振動大于徑向振動）。7．齒輪箱о故障緣故齒輪箱會有一些專門的故障，如節(jié)線偏斜、偏心、齒距誤差、齒面磨損、點蝕和剝落、斷齒等。造成上述故障的緣故有：制造缺陷、安裝調整不當、過量磨損、潤滑不足、污染、金屬疲勞和超負荷運轉等。上述故障盡管可在頻譜上反映出來，但由于齒輪箱頻譜看起來比較復雜，辨認比較困難。一個有效可行的方法是，針對每個齒輪箱，在狀態(tài)良好、工作正常情況下采集得到其基準頻譜，并在狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷中通過對比基準頻譜發(fā)覺問題。о基準頻譜齒輪嚙合頻率的計算（1）齒輪嚙合頻率計算：設兩軸轉速分不為f1、f2，兩齒輪齒數(shù)分不為Z1、Z2，則：嚙合頻率fc=f1Z1=f2Z2（2）由邊頻間距代表的調制頻率能夠是：①.各軸轉速（輸入軸、輸出軸、中間軸）；②.外部轉速或負荷的波動頻率；③.波動嚙合頻率[等于（嚙合頻率fc）∕（f1與f2的最小公倍數(shù)）]；（3）若同時存在兩種以上的故障，則各故障頻率之和或之差也可能成為調制頻率，這也稱為“中間調制”頻率。8．傳動皮帶о故障緣故造成傳動皮帶故障的緣故由：皮帶輪不對中，皮帶輪偏心、安裝不當，皮帶張力調節(jié)不當，皮帶過量磨損或制造上的缺陷（尤其是加強皮帶）。о特征（1）徑向振動出現(xiàn)在皮帶頻率的2、4、6倍頻處，若有較大峰值，則存在故障；（2）軸向振動，若與徑向一樣，也在皮帶頻率2倍頻處有較大峰值，則為皮帶輪不對中；（3）在時域波形上每轉一周出現(xiàn)2、4或6個峰值。皮帶頻率由下式計算:皮帶輪速度×皮帶輪直徑皮帶頻率=π×————————————皮帶長度9．葉輪、葉片和旋翼о故障緣故以流體力驅動的機器或者用于抽動、壓縮、傳輸流體的機器，都有葉輪、葉片和旋翼。由于流體或熱力的阻礙，它們易于受到破壞或磨損。故障緣故有：部件破損，裝配不當，流淌不規(guī)則，熱力不平衡，污物進入，葉輪、葉片和旋翼的磨損。о特征（1）葉片通過頻率重量及其諧波重量大而且有邊帶，徑向和軸向振動同是如此；（2）葉片損壞可造成不平衡，其特征類似于不平衡特征）；（3）葉輪松動的特征類似于機械松動；（4）轉子與機殼間的摩擦其特征類似于滑動軸承的摩擦。葉輪及葉片通過頻率由下式計算：通過頻率=(軸轉速／60)×葉片數(shù)10．電機1．電機故障電機與其他旋轉機械一樣，可能產生不平衡、不對中、機械松動、軸承故障及共振等問題。本節(jié)就電機特有的故障，介紹其診斷方法。這些特有故障包括：轉子斷條或裂紋、轉子偏心、相位不平衡、轉子或定子鐵芯松動、轉子彎曲或轉子偏離磁場中心。2．轉子故障（1）徑向振動大，在×、2×、3×等處有較大的峰，并有明顯的間隔為p×s×f。的邊頻帶[此處p為電機磁極數(shù)，s為轉差率，s=1-n∕n1，其中:n——轉速（RPM）；n1——同步轉速，n1=60f。∕p（RPM）,f。為電機電源頻率]（2）頻譜中出現(xiàn)電源頻率（f。）重量；（3）時域波形有緩慢的時刻調制；（4）軸向振動大表明有軸向力作用在軸承上，這可能是轉子偏離磁場中心，轉子彎曲或軸承傾斜。3．定子故障特征（1）徑向振動存在2×重量，表明有偏心，相位不平衡，繞組短路或鐵芯松動；（2）徑向振動存在線槽通過頻率重量，表明存在偏心故障；（3）除非有轉子故障，軸向振動小。11．共振1.故障緣故一個結構的共振頻率是指，當它受到一個沖擊時具有最大振動響應的頻率。對轉子組成的軸系來講，共振頻率確實是其臨界轉速頻率。當轉速達到或接近臨界轉速時，剩余不平衡等激振力將引起軸系共振，這種劇烈振動危及安全。臨界轉速決定于轉子質量、結構尺寸、轉子剛度及支承條件。造成共振的緣故有：（1）轉速過于接近臨界轉速；（2）機器結構設計不良；（3）某些緣故造成機器部件特性改變，如部件損壞、基礎松動、過量磨損、材質積存等。2.共振時頻譜和波形特征（1）在1×或其倍頻處振動專門大；（2）專門小的轉速改變可引起專門明顯的振動變化，這是共振的顯著特點。為幸免出現(xiàn)共振，須使轉速頻率不接近其共振頻率。為此，要設法測出結構的共振頻率數(shù)值或軸系的臨界轉速。3.結構共振頻率的測量о測量方法在機器停止狀態(tài)，用硬錘或其他物件快速敲擊機器，同時用小型振動傳感器及頻率分析儀測量和分析結構的振動，在振動頻譜中峰值所在處即為其共振頻率。①徑向振動：檢查水平和垂直兩個方向的響應，水平安裝的機器兩個方向的響應區(qū)不不大。找出接近于1×的共振頻率；②軸向振動：由于軸向剛度大，軸向共振頻率專門高，大概可不能成為問題。但若有支承或基礎方面的問題，測量軸向共振頻率依舊有用的。找出接近于1×的共振頻率；③時域波形通常不能識不出共振頻率，但它能夠證實每次采樣的頻譜只包含一次沖擊，振動在采樣區(qū)間末尾衰減至零，中間沒有中斷。4.臨界轉速的測量о測量方法在機器起動升速和停車降速過程中監(jiān)視共振峰的出現(xiàn)。共振峰出現(xiàn)時的轉速即為軸和轉子的臨界轉速。①徑向振動：在起動升速和停車降速過程中，監(jiān)視頻譜中1×峰值，共振峰出現(xiàn)時即可求出臨界轉速。②軸向振動：由于軸向剛度大且無負載，軸向共振可不能成為問題。但若有松動或基礎方面的問題，軸向振動測量依舊有用的。注意找出接近于1×的臨界轉速頻率.5.講