設(shè)備狀態(tài)檢測與故障診斷的含義和作用課件

設(shè)備狀態(tài)檢測與故障診斷的含義和作用2013.5.15狀態(tài)檢測與故障診斷通俗地講就是給機(jī)器看病。人生病了要找醫(yī)生，醫(yī)生對病人的診斷是基于體征檢查基礎(chǔ)上的分析判斷（包括量體溫、驗血、照X光、心電圖、B超、甚至CT等等）。那么對機(jī)器故障的診斷就要基于狀態(tài)檢測基礎(chǔ)上的綜合分析判斷（包括測量振動值、觀察頻譜、波形、軸心軌跡、趨勢圖等等）?；A(chǔ)知識機(jī)器：測量溫度測量噪音測量振動值

觀察頻譜油液分析

人：量體溫照X光B超CT狀態(tài)監(jiān)測：是指用人工或?qū)Ｓ玫膬x器工具，按照規(guī)定的監(jiān)測點進(jìn)行間斷或連續(xù)的(周期)監(jiān)測，掌握設(shè)備運行所處于的狀態(tài)，判定設(shè)備是處于正常狀態(tài)還是異常狀態(tài)的一種方法?？杀O(jiān)測的設(shè)備動態(tài)參數(shù)有壓力、流量、溫度、振動、油液與噪聲等等。狀態(tài)檢測的目的在于掌握設(shè)備發(fā)生故障之前的異常征兆與劣化信息，對設(shè)備運行狀態(tài)進(jìn)行評估，判定其處于正常或非正常狀態(tài)，以便事前采取針對性措施，控制和防止故障的發(fā)生?；A(chǔ)知識振動分析法油液分析法噪聲診斷法

溫度監(jiān)測法軸位移監(jiān)測法綜合分析法振動分析法是旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷中運用最廣泛、最有效的方法，是當(dāng)前各種監(jiān)測技術(shù)中的主要方法。旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的常用方法：基礎(chǔ)知識振動：是物體運動的一種形式，通常是指物體經(jīng)過其平衡位置而往復(fù)變化的過程。震動：物體自身動蕩或使物體動蕩。

地震、爆炸、火車經(jīng)過時的震動等等。

基礎(chǔ)知識

構(gòu)成一個確定性振動有3個基本要素，即振幅d、頻率f

和相位φ。

基礎(chǔ)知識因此，狀態(tài)檢測實際上就是圍繞振動三要素展開的。振幅：振動物體離開平衡位置的最大距離。在振動測量中，振幅可以分別用振動位移、振動速度和振動加速度值來描述，而三者可以經(jīng)過積分、微分相互轉(zhuǎn)換。振幅之所以要分別用位移、速度、加速度表示，是因為振動位移、振動速度、振動加速度能分別清晰地反映不同頻率范圍內(nèi)的振動強度。例如，頻率低，表明單位時間內(nèi)振動的次數(shù)少和過程時間長，振動速度低，振動加速度更低，而振動位移相對較大。因此可以認(rèn)為位移具體地反映了振動間隙的大??；速度反映了振動能量的大??；加速度反映了振動沖擊力的大小。對應(yīng)的測量用傳感器有電渦流式位移傳感器；磁電式速度傳感器；壓電式加速度傳感器。其中，加速度傳感器應(yīng)用最廣。1.振幅振動三要素及其在振動診斷中的應(yīng)用比照同類法（類比評價）：使用同一檢測儀器、在相同工況下、對相同測點測得的振幅值與型號完全相同的同類機(jī)器進(jìn)行比較，超過1.6倍時可認(rèn)為有故障，超過2.5倍時可認(rèn)為有較嚴(yán)重故障，需停機(jī)檢查。比照標(biāo)準(zhǔn)法（絕對評價）：將測得的振幅值與制造商規(guī)定、行業(yè)振動標(biāo)準(zhǔn)、國家振動標(biāo)準(zhǔn)、國際振動標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比照，來評價機(jī)器振動狀態(tài)的優(yōu)劣。振幅為了便于實用，將機(jī)器運行質(zhì)量分成四個等級：A級（良好）：機(jī)械設(shè)備正常運轉(zhuǎn)時的振動級，此時機(jī)器的運行狀態(tài)“良好”。

B級（合格）：已超過正常運轉(zhuǎn)時的振級，但對機(jī)器的工作質(zhì)量尚無顯著地影響，此種運行中狀態(tài)是“容許”的。C級（不合格）：機(jī)器的振動已達(dá)到相當(dāng)劇烈的程度，致使機(jī)器只能勉強維持工作，此時機(jī)器的運行狀態(tài)稱為“可容忍”的。D級（停機(jī)）：機(jī)器的振動已大到使機(jī)器不能運轉(zhuǎn)、工作，此種機(jī)器的振動級是“不允許”的。有了振動烈度量級的劃分就可以用它表示機(jī)器的運行狀況。振幅2.頻率頻率是振動特性的標(biāo)志，是分析振動原因的重要依據(jù)。三要素根據(jù)振動頻率的大小不同分為低頻振動（f<10Hz）；中頻振動（f=10-1000Hz）；高頻振動（f>1000Hz）。低頻振動時，振動強度與位移成正比，因此振動參數(shù)選擇位移。中頻振動時，振動強度與速度成正比，因此振動參數(shù)選擇速度。高頻振動時，振動強度與加速度成正比，因此振動參數(shù)選擇加速度。頻率頻率頻譜圖時域波形頻率振動頻率一般用轉(zhuǎn)速頻率的倍數(shù)來表示。一倍頻（工頻、基頻、轉(zhuǎn)頻）、二倍頻、0.5倍頻等都稱為倍頻。其中，一倍頻（工頻、基頻、轉(zhuǎn)頻）就是實際運行轉(zhuǎn)速頻率。例如，某機(jī)器的實際轉(zhuǎn)速為6000r/min，那么轉(zhuǎn)速頻率=6000/60=100r/s=100Hz

一倍頻（工頻、基頻、轉(zhuǎn)頻）=100Hz

二倍頻=200Hz0.5倍頻（半頻）=50Hz頻率故障特征頻率工頻工頻成分在所有故障情況下都存在，并且工頻幅值幾乎總是最大的。因此，只有在其發(fā)生異常增大時才視為故障特征頻率。工頻所對應(yīng)的故障類型相對較多，其中60%以上為不平衡故障。比如說突發(fā)性不平衡（斷葉片、破損等）；漸發(fā)性不平衡（腐蝕、結(jié)垢等）；以及軸彎曲。常見的故障特征頻率：轉(zhuǎn)速1480r/min測點方位①②③④⑤水平20.04.62.52.4－軸向5.53.41.0－4.5垂直3.72.41.6－－振動速度有效值（mm/s）風(fēng)機(jī)機(jī)組故障特征頻率二倍頻二倍頻成分在所有情況下也都存在，幅值往往低于工頻的一半，也應(yīng)該在異常增大的情況下視為故障特征頻率。故障特征頻率故障特征頻率

二倍頻所對應(yīng)的故障類型較為集中，絕大多數(shù)為不對中故障。如齒式聯(lián)軸器；膜片聯(lián)軸器不對中；剛性聯(lián)軸器的平行不對中、角度不對中；帶輪不對中以及聯(lián)軸器損傷等。此外，還有出現(xiàn)概率較小的其它故障，如轉(zhuǎn)動部件松動、轉(zhuǎn)子剛度不對稱等。齒式聯(lián)軸器角度不對中膜片聯(lián)軸器不對中剛性聯(lián)軸器的平行不對中剛性聯(lián)軸器角度不對中帶輪不對中明顯的2X特征重新對中后2X基本消失電動機(jī)轉(zhuǎn)速1500r/min轉(zhuǎn)頻=1500/60=25Hz離心壓縮機(jī)系統(tǒng)測點A水平方向振動信號的頻譜結(jié)構(gòu)圖故障特征頻率低頻（低于工頻的頻率）正常情況下，低頻成分往往不存在或者很微量，當(dāng)其相對增大時就應(yīng)該作為故障特征頻率加以關(guān)注。低頻所對應(yīng)的故障類型分為兩種：一種是分?jǐn)?shù)諧波振動，如1/2倍頻、1/3倍頻、…，且頻率成分較多，多數(shù)為摩擦及松動故障。例如密封、油封、油擋的摩擦，軸承緊力不足等；另一種是亞異步振動（無整分?jǐn)?shù)倍關(guān)系），對應(yīng)的是流體激振類故障，如旋轉(zhuǎn)失速、喘振、油膜渦動、油膜振蕩等。

故障特征頻率汽輪發(fā)電機(jī)組汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速5550r/min（轉(zhuǎn)頻92.5Hz）測點①垂直方向

頻譜結(jié)構(gòu)顯示測點①軸承振動信號存在嚴(yán)重的非線性問題。根據(jù)這些情況判斷測點①軸承軸瓦存在松動，并由松動而引起摩擦，處于松動與摩擦并存狀態(tài)。故障特征頻率常見故障的頻譜特點故障特征頻率不對中松動引起的諧波不平衡摩擦、松動、油膜渦動

采用頻譜分析法找出故障的特征頻率，從而確定故障的類型以及發(fā)生在哪一元件上。故障特征頻率滾動軸承的診斷方法故障特征頻率

齒輪常見故障與特征頻率齒輪的故障診斷

fm～載波頻率（嚙合頻率）；fe～調(diào)制頻率（旋轉(zhuǎn)頻率）。在頻譜圖上，以嚙合頻率fm為中心，以旋轉(zhuǎn)頻率fe為間隔，對稱分布于fm兩側(cè)的頻率，稱為邊頻帶，簡稱邊帶。故障特征頻率結(jié)論：振動頻率可以判定機(jī)器產(chǎn)生振動的原因及部位！故障特征頻率3.相位

造成工頻發(fā)生異常增大的原因有突發(fā)性不平衡（斷葉片、破損等）；漸發(fā)性不平衡（腐蝕、結(jié)垢等）；以及軸彎曲、軸承間隙等等。三要素如何區(qū)分這些不同的原因呢？

相位主要用于比較不同振動運動之間的關(guān)系（時間差及方位差），或確定一個部件相對于另一個部件的振動狀況，在區(qū)別相同故障頻率的不同故障類型時（特別是不平衡）往往起關(guān)鍵作用。全息譜圖

全息譜圖是將在空間相距90°的二個同頻率振動合成的軸心軌跡，按頻率順序排列所得到的圖形。全息譜圖全面反映了在同一測量截面上轉(zhuǎn)子各主要振動分量（如一倍頻、二倍頻、…）的振幅、頻率、相位信息，對區(qū)分同一種故障特征頻率的不同類型的故障往往能起到很好的作用。全息譜圖

如圖1a為X方向的頻譜圖和Y方向的頻譜圖，圖1b為合成后的二維全息譜圖。這種圖的優(yōu)點是它可以反映該測點全面的各階振動情況及各階振動的相位關(guān)系。二維全息譜圖X軸方向Y軸方向結(jié)論：相位可以區(qū)分同頻率的不同故障！相位

在產(chǎn)生振動的諸多因素中，機(jī)械部件本身的缺陷占有相當(dāng)大的比重。由于分析方法的進(jìn)步和機(jī)械特性的深入研究，使得我們有可能通過對振動信號的分析和處理，提取出反映機(jī)械特性及其缺陷的信息，用