機(jī)械故障診斷基礎(chǔ)知識(shí)

機(jī)械故障診斷基礎(chǔ)知識(shí)

北京化大凱達(dá)科技發(fā)展有限公司

2010年6月北京

目錄

第一章緒論.........................................5

1.1機(jī)械故障診斷的意義......................................................5

1.2現(xiàn)代機(jī)器故障診斷技術(shù)的發(fā)展背景.........................................6

1.3維修制度的革新..........................................................7

1.3.1設(shè)備維修的經(jīng)濟(jì)性分析..............................................7

1.3.2實(shí)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)維修制的相應(yīng)措施.....................................9

1.4石化設(shè)備智能巡檢儀及預(yù)知維修管理系統(tǒng)..................................10

1.5石化設(shè)備監(jiān)測(cè)診斷及維修決策信息系統(tǒng)....................................11

1.5.1石油化工設(shè)備的可靠性及最佳維修方式...............................11

1.5.2設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷.......................................12

第二章振動(dòng)監(jiān)測(cè)主要參數(shù)及故障診斷常用標(biāo)準(zhǔn)............13

2.1機(jī)械設(shè)備振動(dòng)監(jiān)測(cè)的主要參數(shù)、定義......................................13

2.1.1振動(dòng)參量..........................................................13

2.1.2位置參量..........................................................15

2.1.3轉(zhuǎn)速..............................................................16

2.2故障診斷常用標(biāo)準(zhǔn).......................................................16

2.2.1振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)..........................................................16

2.2.2動(dòng)平衡標(biāo)準(zhǔn).......................................................21

2.2.3對(duì)中標(biāo)準(zhǔn).........................................................22

2.3振動(dòng)診斷標(biāo)準(zhǔn)...........................................................24

2.3.1振動(dòng)診斷標(biāo)準(zhǔn)的用途及制訂方法.....................................24

2.3.2振動(dòng)診斷標(biāo)準(zhǔn)的使用方法...........................................28

2.3.3常用振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn).....................................................29

2.3.4振動(dòng)診斷標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展.................................................41

第三章滾動(dòng)軸承的檢測(cè)技術(shù)和診斷方法.................44

3.1設(shè)備故障診斷的主要環(huán)節(jié).................................................44

3.2低頻信號(hào)接收法.........................................................44

3.3沖擊脈沖法（SPM）............................................................................................................45

3.4共振解調(diào)法.............................................................49

3.4.1共振解調(diào)技術(shù)簡(jiǎn)介.................................................49

3.4.2共振解調(diào)法故障診斷技術(shù)特點(diǎn).......................................50

3.4.3常用的共振解調(diào)法.................................................51

3.4.4共振解調(diào)法故障診斷實(shí)例...........................................52

3.5峰值能量法.............................................................53

3.5.1峰值能量法概述...................................................53

3.5.2峰值能量的信號(hào)處理過(guò)程...........................................54

3.5.3峰值能量測(cè)量中的問(wèn)題.............................................55

2

3.6包絡(luò)分析技術(shù)............................................................56

第四章機(jī)械振動(dòng)故障機(jī)理及診斷方法...................59

4.1機(jī)械設(shè)備振動(dòng)分析的主要手段...........................................59

4.1.1時(shí)域分析..........................................................59

4.1.2頻域分析..........................................................59

4.1.3開停車分析........................................................59

4.2旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)故障機(jī)理及診斷方法.......................................60

4.2.1旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)故障原因及識(shí)別特征研究..............................60

4.2.2旋轉(zhuǎn)機(jī)械同頻振動(dòng)機(jī)理及故障識(shí)別特征..............................66

第?類同頻振動(dòng)原因....................................................67

----轉(zhuǎn)子自身引起的徑向旋轉(zhuǎn)矢量激振力................................67

1.轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心.......................................................67

2.永久性軸彎曲.......................................................68

3.暫時(shí)性軸彎曲.......................................................68

4.軸裂紋引起的變化的旋轉(zhuǎn)激振力......................................68

第二類同頻振動(dòng)原因：轉(zhuǎn)子軸系引起的激振力.............................69

5.聯(lián)軸節(jié)引起的軸系質(zhì)量偏心：........................................69

6.轉(zhuǎn)子中心線角不對(duì)中引起的軸向交變激振力...........................69

7.剛性聯(lián)軸節(jié)誤差引起的旋轉(zhuǎn)周期支承力................................70

8.彈性聯(lián)軸節(jié)偏差引起的旋轉(zhuǎn)矢量激振力................................70

第三類同頻振動(dòng)原因：軸承偏心或軸承損傷...............................71

9.徑向軸承偏心.......................................................71

10.軸承損傷..........................................................71

第四類同頻振動(dòng)原因：..................................................71

轉(zhuǎn)子與定子或傳動(dòng)件間相互作用引起的激振力..............................71

11.靜氣隙偏心引起的不均勻電磁力.....................................71

12.動(dòng)氣隙偏心引起的不均勻電磁力.....................................72

13.軸磁化引起的激振力................................................72

14.皮帶偏拉力引起的激振力...........................................73

15.齒輪偏心作用產(chǎn)生的激振力.........................................74

第五類同頻振動(dòng)原因：流體動(dòng)力激振力..................................74

16.軸流葉輪偏心旋轉(zhuǎn)引起的自激力.....................................74

17.傾斜隔板引起的轉(zhuǎn)子激振力.........................................74

第六類同頻振動(dòng)原因：轉(zhuǎn)子一定子干摩擦引起的.........................乃

18.轉(zhuǎn)子一定子干摩擦引起的反向周期激振力.............................75

第七類同頻振動(dòng)原因：臨界轉(zhuǎn)速問(wèn)題....................................75

19.轉(zhuǎn)子和軸承系統(tǒng)臨界...............................................75

20.聯(lián)軸器臨界........................................................76

21.懸臂臨界問(wèn)題......................................................76

第八類同頻振動(dòng)原因：機(jī)殼基礎(chǔ)扭曲......................................76

22.機(jī)殼變形..........................................................76

23.暫時(shí)機(jī)殼變形......................................................76

24.基礎(chǔ)變形..........................................................76

3

第九類同頻振動(dòng)原因：共振...............................................77

25.結(jié)構(gòu)共振..........................................................77

26.鄰近振源的影響....................................................77

4

第一章緒論

1.1機(jī)械故障診斷的意義

機(jī)械故障診斷技術(shù)是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外發(fā)展較快的一門新興學(xué)科，它所包含的內(nèi)

容比較廣泛，諸如機(jī)械狀態(tài)量（力、位移、振動(dòng)、噪聲、溫度、壓力和流量等）

的監(jiān)測(cè)，狀態(tài)特征參數(shù)變化的辨識(shí)。機(jī)器發(fā)生振動(dòng)和機(jī)械損傷時(shí)的原因分析、振

源判斷、故障防治，機(jī)械零部件使用期間的可靠性分析和剩余壽命的估計(jì)等等，

都屬于機(jī)器故障診斷的范疇。

一臺(tái)機(jī)械設(shè)備像人體一樣，有其生老病死的過(guò)程。人生活在世界上不可能不

生病，機(jī)械設(shè)備在使用過(guò)程中出現(xiàn)故障也是不可避免的.人生了病需要求醫(yī)就診，

同樣機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行功能失常（即出了故障），也要一些“醫(yī)生”去幫助分析和

診斷病因，因此機(jī)器的故障診斷技術(shù)是模擬了醫(yī)學(xué)界的疾病診斷而提出來(lái)的，它

的基本思路是來(lái)自于仿生學(xué).醫(yī)學(xué)上根據(jù)人體不同部位發(fā)生的各種病癥而劃分很

多科目，相應(yīng)地在機(jī)械設(shè)備上也要按不同機(jī)器產(chǎn)生不同的故障癥狀進(jìn)行分類診斷

和研究。人體疾病是由一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)變化結(jié)果通過(guò)各部位組織器官反

映出一定的癥狀（例如發(fā)燒、疼痛、麻癬、吐瀉、失控、昏迷等等），醫(yī)療系統(tǒng)

對(duì)病人的治理首先通過(guò)各種理化檢驗(yàn)，從檢查病情出發(fā)，進(jìn)行綜合性分析判斷，

以診斷出病人的疾病類型、性質(zhì)和程度，然后對(duì)癥下藥，采取有效的治療措施。

對(duì)于機(jī)器的故障診斷也是同樣的“疾病”治理過(guò)程，首先要檢測(cè)機(jī)器的“健康”

狀況，通過(guò)對(duì)機(jī)器狀態(tài)參數(shù)的處理和分析，診斷出機(jī)器的故障類型、故障程度、

故障部位和故障原因，然后根據(jù)診斷結(jié)果確定維修方案或防范措施。

工程領(lǐng)域內(nèi)對(duì)機(jī)械設(shè)備故障診斷的含義也和醫(yī)學(xué)界有相同的理解：“故障”

一一就是機(jī)械設(shè)備喪失工作效能的程度，或者按日本的定義，“故障”是指對(duì)象

（機(jī)械設(shè)備）喪失了它所要求的規(guī)定性能或狀態(tài)。但是各種機(jī)械對(duì)象由于其制造

精密程度、操作時(shí)的性能要求以及設(shè)計(jì)、操作時(shí)的規(guī)范不同，對(duì)“故障”的含義

有不同理解，有些把機(jī)器運(yùn)行中的狀態(tài)異常（即不正常）、缺陷、性能劣化和故

障前期狀態(tài)作為故障，也有的故障概念是指事故，因此判定機(jī)器是否已發(fā)生故障,

必須明確規(guī)定出機(jī)器的性能范圍。“診斷”--是指采用各種測(cè)試、分析手段和處

理方法來(lái)確定故障的性質(zhì)、類別和部位，并研究故障產(chǎn)生機(jī)理的一門科學(xué)。

機(jī)器故障診斷的前提是必須了解機(jī)器的工作狀態(tài)（或稱“健康狀況”），掌

握機(jī)器各部位和零部件的性能是出于良好狀態(tài)，劣化狀態(tài)還是故障狀態(tài)，為進(jìn)一

步診斷提供可靠的信息，而對(duì)機(jī)器工作性能狀態(tài)的了解是通過(guò)各種監(jiān)測(cè)手段和分

析系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

60年代初期，歐美國(guó)家把故障診斷技術(shù)稱為狀態(tài)監(jiān)測(cè)（Conditionon

Monitoring）或機(jī)器健康監(jiān)測(cè)（MachineHealthMonitoring）。后來(lái)，日本把這一

技術(shù)命名為機(jī)器狀態(tài)診斷技術(shù)（MachineConditionDiagnosticTechnique）,并把

這一技術(shù)定義為“能定量地監(jiān)測(cè)機(jī)器的狀態(tài)（指故障、劣化、強(qiáng)度和性能等），

并能預(yù)測(cè)其未來(lái)的技術(shù)”。目前，在國(guó)內(nèi)一般稱為設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)或機(jī)

器故障診斷技術(shù)（MachineFaultDiagnosticTechnique）,不論名稱如何，實(shí)際

5

上它所包含的內(nèi)容總是指機(jī)械設(shè)備運(yùn)行中的“狀態(tài)監(jiān)測(cè)”與“故障診斷”兩部分。

由于現(xiàn)代化生產(chǎn)的連續(xù)性以及生產(chǎn)系統(tǒng)的復(fù)雜性，機(jī)械設(shè)備發(fā)生故障會(huì)影響

到各個(gè)方面，因此診斷技術(shù)的發(fā)展一改以往所采用離線的、靜態(tài)診斷的概念，而

代之以在線的或動(dòng)態(tài)診斷的概念，即在設(shè)備運(yùn)行中或基本不拆卸的情況下，根據(jù)

設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的各種物理的、化學(xué)的信號(hào)作為信息資料?，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、

存儲(chǔ)、處理和分析，掌握設(shè)備的運(yùn)行現(xiàn)狀，對(duì)它已經(jīng)形成或?qū)⒁纬傻墓收线M(jìn)行

分析診斷，判定故障的部位和產(chǎn)生原因，預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)設(shè)備未來(lái)的技術(shù)狀況，這就是

現(xiàn)代設(shè)備診斷技術(shù)的概念。

1.2現(xiàn)代機(jī)器故障診斷技術(shù)的發(fā)展背景

任何一臺(tái)機(jī)械設(shè)備在投入使用以后，都可能會(huì)遇到各種各樣的故障。設(shè)備出

了故障，不能棄之不用（除非認(rèn)為該設(shè)備已不值得使用），就需要尋找故障并進(jìn)

行適當(dāng)維修，這是人們?cè)谌粘Ｉa(chǎn)中的概念。早期工業(yè)生產(chǎn)因?yàn)橐?guī)模不大，一臺(tái)

設(shè)備出了故障影響面不廣，大多數(shù)生產(chǎn)部門對(duì)容易出故障的機(jī)器還設(shè)有備機(jī)，以

保證生產(chǎn)不會(huì)中斷。另外如因?yàn)闄C(jī)械裝備的技術(shù)要求不高，需要的維修費(fèi)用也不

會(huì)很大，所以機(jī)器的故障診斷大多采用耳聽、手摸、眼看等簡(jiǎn)單方法，使用的檢

測(cè)儀器也很簡(jiǎn)單。維修方法是遇到故障而無(wú)法運(yùn)行時(shí)采取事后維修，或者按計(jì)劃

每隔一定周期停機(jī)維修。

從70年代開始，世界各主要工業(yè)國(guó)家為了極大限度地提高工業(yè)生產(chǎn)水平和

經(jīng)濟(jì)效益（包括提高生產(chǎn)率、降低成本、減少操作管理人員等），生產(chǎn)規(guī)模不斷

擴(kuò)大，生產(chǎn)裝備向著大型化、高速化、自動(dòng)化和連續(xù)化發(fā)展，因而對(duì)機(jī)械設(shè)備性

能的要求越來(lái)越高，一次性投資也越來(lái)越大，很多大型石油、化工、石化、電力、

鋼鐵等部門都采用單機(jī)、滿負(fù)荷、連續(xù)性的生產(chǎn)操作方式，一些大型機(jī)械成了現(xiàn)

代化大規(guī)模生產(chǎn)裝置中的關(guān)鍵設(shè)備，如果一旦出現(xiàn)停機(jī)故障，將導(dǎo)致全廠停產(chǎn)，

其經(jīng)濟(jì)損失是十分巨大的。例如，我國(guó)化工、石化系統(tǒng)引進(jìn)的年產(chǎn)30萬(wàn)噸合成

氨裝置和30萬(wàn)噸乙烯裝置，均擁有多種類型的大型機(jī)組（工藝汽輪機(jī)、壓縮機(jī)

和泵等），如因機(jī)器故障而停產(chǎn)一天，產(chǎn)值損失在50-100萬(wàn)元以上。電力部門中

一臺(tái)30萬(wàn)千瓦的發(fā)電機(jī)組因故障停機(jī)一天，少發(fā)電720萬(wàn)度，以每度0.2元

計(jì)，則每天直接經(jīng)濟(jì)損失144萬(wàn)元。因此，機(jī)械設(shè)備大型化和生產(chǎn)裝置連續(xù)化,

固然在降低成本，提高生產(chǎn)率，減少生產(chǎn)操作費(fèi)用等方面帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)效益，

但是因設(shè)備故障而造成的損失卻成比例地增長(zhǎng)。以我國(guó)不同時(shí)期建造的化肥廠為

例，50年代的小化肥廠，年產(chǎn)量為800-5000噸；60年代的中化肥廠，每套

裝置年產(chǎn)量為1-5萬(wàn)噸；70年代的大化肥廠，每套裝置年產(chǎn)20―30萬(wàn)噸。

設(shè)備故障停機(jī)損失以小化肥廠為基準(zhǔn)的話，則中化肥廠增長(zhǎng)了10倍，大化肥廠

增長(zhǎng)到近100-200倍之巨。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)在1977年和1978年已投產(chǎn)的6一

7個(gè)大化肥廠中，由于大機(jī)組的故障停機(jī)，僅在這兩年之內(nèi)所損失的化肥產(chǎn)量，

相當(dāng)于一個(gè)大廠的全年產(chǎn)量（30萬(wàn)噸合成氨、48萬(wàn)噸尿素）。

在現(xiàn)代化生產(chǎn)中，某些機(jī)械設(shè)備一旦發(fā)生故障還可能招致重大事故。本世紀(jì)

內(nèi)發(fā)生的前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站爆炸和美國(guó)三里島核電站放射性物質(zhì)外逸，印

度博帕爾市農(nóng)藥廠的毒氣泄漏，美國(guó)航天飛機(jī)“挑戰(zhàn)者”號(hào)的失事，是近代設(shè)備

重大事故中的典型例子。我國(guó)也經(jīng)歷過(guò)不少技術(shù)上的設(shè)備事故，例如，電力部門

先后有二臺(tái)20萬(wàn)千瓦的汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)生重大的災(zāi)難性事故，其中一臺(tái)轉(zhuǎn)子系

6

統(tǒng)斷成七段，一個(gè)聯(lián)軸節(jié)飛出竟打穿4堵墻壁?；ず褪块T也曾經(jīng)發(fā)生過(guò)

大機(jī)組的嚴(yán)重振動(dòng)故障和破壞性事故，給生產(chǎn)上造成巨大損失。

當(dāng)然，要求機(jī)械設(shè)備不出故障是不現(xiàn)實(shí)的，絕對(duì)安全可靠的東西是不存在的。

美國(guó)保險(xiǎn)實(shí)驗(yàn)研究協(xié)會(huì)(UnderwritersLaboratoriesIns)羅伯特?w?西爾

貝茨曾說(shuō)過(guò)：“完全安全的東西恐怕就不實(shí)用，不能賣出，也不能創(chuàng)造出來(lái)。”說(shuō)

明最好的設(shè)備也不可能永遠(yuǎn)不出故障，重要的是要求我們能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的異常

或故障，把握住它的發(fā)展趨勢(shì)，以便及早采取有效的防治措施，機(jī)器故障診斷技

術(shù)就是為適應(yīng)這一需要而發(fā)展起來(lái)的一門學(xué)科。

1.3維修制度的革新

現(xiàn)代化大型石油化工企業(yè)，具有高溫、高壓。高速，介質(zhì)易燃、易爆、易腐

蝕，自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，且技術(shù)復(fù)雜，連續(xù)生產(chǎn)，許多關(guān)鍵設(shè)備、大機(jī)組無(wú)備

臺(tái)。設(shè)備一旦發(fā)生故障給生產(chǎn)和質(zhì)量造成的影響往往大得難以計(jì)算。象許多其他

流程工業(yè)一洋，設(shè)備維修與生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益是密切相關(guān)的。在某種意義上可以講,

生產(chǎn)的數(shù)量和質(zhì)量取決于生產(chǎn)能力和設(shè)備的有效利用率即：

P(生產(chǎn)量)=C(生產(chǎn)能力)XA(設(shè)備有效利用率)

而設(shè)備的有效利用率A,一般用下式表示：

A=Tup/(Tup+TDM)

式中：Tup為設(shè)備有效的生產(chǎn)時(shí)間

TDM為設(shè)備停機(jī)維修時(shí)間

由此可見，維修對(duì)設(shè)備的有效利用率進(jìn)而對(duì)生產(chǎn)的數(shù)量和質(zhì)量影響極大。如

果設(shè)備可靠性差、故障率高、大修時(shí)間長(zhǎng)，產(chǎn)值和產(chǎn)量無(wú)法提高；反之。則生產(chǎn)

的高效益就有了物質(zhì)基礎(chǔ)的保證。因此，修好，用好設(shè)備是生產(chǎn)的關(guān)鍵。

1.3.1設(shè)備維修的經(jīng)濟(jì)性分析

1、設(shè)備維修方式的分類

現(xiàn)行的設(shè)備維修大體可分類如下：

r故障維修(BM)

I預(yù)防維修(PM)

,以時(shí)間為基礎(chǔ)的維修設(shè)備維修(TBM)

〔以狀態(tài)為基礎(chǔ)的維修設(shè)備維修(CBM)

(1)故障維修(BreakdownMaintenance：BM)是最原始的維修方式。亦稱事

后維修，即機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)直至故障停車才進(jìn)行修理。

(2)預(yù)防維修(PredictiveMaintenance：PM)分為兩種。其一是以時(shí)間為基

礎(chǔ)的維修(TimeBasedMaintenance：TBM),通常稱作定期計(jì)劃預(yù)檢修，這種維

修方式不需要對(duì)機(jī)器的狀態(tài)進(jìn)行檢查，檢測(cè)，大、中，小修是按照預(yù)定的對(duì)間間

隔(即檢修周期)進(jìn)行計(jì)劃修理。

(3)是以狀態(tài)監(jiān)測(cè)為基礎(chǔ)的維修(ConditionBasedMaintenance：CBM)或稱

預(yù)知維修(PredictiveMaintenance：PRM)這種維修方式不規(guī)定檢修周期，而是

要對(duì)設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，描監(jiān)測(cè)，診斷的結(jié)果，視設(shè)備奄無(wú)劣化或故障征兆。安

7

排在必要時(shí)進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮捅匾男蘩怼?/p>

這三種不同的維修方式。在平均檢修周期上的差別如圖1所示(1)。

2、設(shè)備維修經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)生產(chǎn)來(lái)講，要取得高的效益，重要的一環(huán)就是要以盡可能低的代價(jià)來(lái)獲取

高的設(shè)備利用率及長(zhǎng)的設(shè)備壽米命周期。我們可用圖2來(lái)說(shuō)明這一問(wèn)題(2)。

在圖2中，斜線區(qū)下線之下表示設(shè)備壽命周期費(fèi)用(LifeCycleCost：LCC),

它包括設(shè)備投資費(fèi)用，操作費(fèi)用和維修費(fèi)用；斜線區(qū)上線之下表示設(shè)備壽命周期

收益(LifeCycleRevenue：LCR)。而設(shè)備壽命周期效益(LifeCycleProfit。LCP)

則為L(zhǎng)CR—LCC,即圖中有斜線部分。由此可見，當(dāng)設(shè)備本身投資，操作費(fèi)用及

設(shè)計(jì)有效利用率一定的場(chǎng)合，設(shè)備壽命周期效益LCP取決于設(shè)備維修費(fèi)用及實(shí)際

有效利用率(即故障停機(jī)損失)。

iS科棚率

8

因此，設(shè)備維修的經(jīng)濟(jì)性可用下式衡量(3)：

設(shè)備維修效益=設(shè)備的實(shí)際有效利用率/維修費(fèi)用

這表明，花費(fèi)低的維修費(fèi)用，得到高的設(shè)備有效利用率會(huì)取得滿意的維修效

o

3、各種維修方式的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

(1)故障維修方式這種方式是將設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)直至發(fā)生故障停車時(shí)才檢修，因此

這種方式平均檢修周期可能最長(zhǎng)(如圖1所示)。但是由于不是預(yù)防性維修，發(fā)生

故障時(shí)往往造成機(jī)器的損壞，既不安全，又延長(zhǎng)了檢修時(shí)間，其費(fèi)用也比較昂貴。

其弊端如圖3“冰山”所示，表面上看僅是故障停車檢修，但內(nèi)含著驚人的經(jīng)濟(jì)

損失。這是一種最原始的檢修制度，對(duì)現(xiàn)代化大型、高速、自動(dòng)化程度高，連續(xù)

運(yùn)行的設(shè)備應(yīng)盡力避免這種維修方式。

(2)定期計(jì)劃預(yù)修方式這種方式可以大大減少故障停車損失，但是由于檢修

周期的確定不是按機(jī)器本身狀態(tài)?而是按經(jīng)驗(yàn)或統(tǒng)計(jì)結(jié)果確定的，一般它要求檢

修間隔時(shí)間比設(shè)備零部件的真實(shí)壽命要短，為安全可靠往往把檢修周期確定得比

較短(如圖1所示)。因此，不可避免地要有“過(guò)剩維修”，從而也提高了設(shè)備維

修費(fèi)用，縮短了設(shè)備運(yùn)行時(shí)間。

(3)狀態(tài)監(jiān)測(cè)維修方式改進(jìn)了“過(guò)剩維修”和換件費(fèi)用高的問(wèn)題，對(duì)設(shè)備或

零部綽的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，據(jù)監(jiān)測(cè)的結(jié)果以設(shè)備實(shí)際狀態(tài)為基礎(chǔ)實(shí)施修理，這種維

修方式檢修停工時(shí)間與換件費(fèi)用均能達(dá)到最少。圖4是狀態(tài)監(jiān)測(cè)維修方式與定期

計(jì)劃預(yù)終方式的對(duì)比示意圖(4)0

綜上所述，推行狀態(tài)監(jiān)測(cè)維修不僅僅是為了提高設(shè)備維修的經(jīng)濟(jì)效益，而且

是今后石化煉油生產(chǎn)要取得高效益所必須采取的關(guān)鍵性措施。而實(shí)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)維

修制度的前題是要推廣應(yīng)用先進(jìn)的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)及診斷技術(shù)。

1.3.2實(shí)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)維修制的相應(yīng)措施

在理論上講，對(duì)單臺(tái)設(shè)備，應(yīng)用設(shè)備診斷技術(shù)，實(shí)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)維修是完全可

行的，但對(duì)具有數(shù)十個(gè)生產(chǎn)裝置及復(fù)雜的公用工程系統(tǒng)的公司來(lái)講，要使多個(gè)裝

置甚至全公司同步檢修，如何變定期計(jì)劃預(yù)檢修為狀態(tài)監(jiān)測(cè)檢修，這是一個(gè)極為

復(fù)雜的問(wèn)題。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家從七十年代起已經(jīng)這樣做了，可以肯定，在我國(guó)工業(yè)

企業(yè)全面推行狀態(tài)監(jiān)測(cè)及診新技術(shù)，若措施得當(dāng)按設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行檢修是可以逐步

實(shí)現(xiàn)的。起碼可以突破大機(jī)組兩年一大修，裝置一年一大修的傳統(tǒng)方法。為了延

長(zhǎng)檢修周期，壓縮大修時(shí)間，從企業(yè)實(shí)際出發(fā)還應(yīng)采取如下相應(yīng)措施：

1、盡量減少停車大修的檢測(cè)工程量，代之以運(yùn)行中對(duì)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、檢測(cè)。

如在壓力容器、管道保溫層上預(yù)留檢測(cè)孔。用高溫測(cè)厚儀定點(diǎn)，定期測(cè)厚存檔；

用聲發(fā)射監(jiān)測(cè)容器的裂紋擴(kuò)展：用紅外熱成象檢測(cè)運(yùn)行中爐襯狀況，換熱器有否

堵塞、電氣設(shè)備有無(wú)接觸不良；用鐵譜分析監(jiān)測(cè)機(jī)器有無(wú)磨損等。

2、開發(fā)、應(yīng)用處理設(shè)備故障的應(yīng)急措施，以解決現(xiàn)場(chǎng)關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)問(wèn)題。

如采用帶壓堵漏、現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡、轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械消震等措施；即使設(shè)備有了問(wèn)題，也能

使其維持一段時(shí)間從而與其他設(shè)備同步檢修。也要注意利用好“窗口檢修”。

3、開展技術(shù)攻關(guān)，對(duì)設(shè)備的隱患，如易振動(dòng)，易腐蝕、易泄漏、易堵塞等

薄弱環(huán)節(jié)要千方百計(jì)采取改進(jìn)措施，延長(zhǎng)其運(yùn)行時(shí)間。對(duì)運(yùn)行周期特別短的設(shè)備,

要進(jìn)行必要的技術(shù)改造或更新。貫徹大修大改、小修小改，逢修必改的原則。對(duì)

9

易損壞的設(shè)備要有備臺(tái)。

4、狠抓潤(rùn)滑油、水質(zhì)，蒸汽質(zhì)量、工藝介質(zhì)的監(jiān)控，防止劣化、結(jié)垢，腐蝕。

貫徹“防重于治”的原則可以事半功倍。

5、對(duì)備件、檢修質(zhì)量要堅(jiān)持高標(biāo)準(zhǔn)，要確保盡可能長(zhǎng)期使用，突破8300小

時(shí)，停車大檢修時(shí)。不僅要搞好修。而且更要重視“檢”，抓緊時(shí)機(jī)，集中力基

搞好檢測(cè)工作，提高機(jī)械設(shè)備，壓力容器可靠性，安全度。

6、全員管理設(shè)備，特別是操作者要正確使用設(shè)備，要效仿關(guān)鍵機(jī)組特護(hù)監(jiān)測(cè)

考評(píng)的方法將操作工和機(jī)。電、儀維修工人，技術(shù)人員捆在一起共同對(duì)設(shè)備負(fù)責(zé),

確保長(zhǎng)周期運(yùn)行者獎(jiǎng)。

7、要管設(shè)備的一生，把好基建、技措工程的設(shè)備造型關(guān)，質(zhì)量關(guān)，讓優(yōu)質(zhì)、

高效設(shè)備投入生產(chǎn)，確保長(zhǎng)周期運(yùn)行。

1.4石化設(shè)備智能巡檢儀及預(yù)知維修管理系統(tǒng)

設(shè)備振動(dòng)檢測(cè)的發(fā)展經(jīng)歷了手模、耳聽、模擬振動(dòng)表、數(shù)字振動(dòng)表、波形記

錄儀、頻譜分析儀、巡檢儀、智能巡檢儀等發(fā)展過(guò)程，隨著當(dāng)代的嵌入式技術(shù)的

發(fā)展，便攜式巡檢儀也有了較大的發(fā)展，但鑒于以前嵌入式系統(tǒng)（如單片機(jī)、

DSP系統(tǒng)等）處理速度或處理數(shù)據(jù)能力等方面的原因，原有的巡檢儀很難滿足大

量設(shè)備狀態(tài)巡檢的需要，特別是針對(duì)目前先進(jìn)的設(shè)備與落后的維修能力這一矛

盾，已日益嚴(yán)重地困擾著企業(yè)，成為企業(yè)設(shè)備現(xiàn)代化管理的瓶頸,因此，現(xiàn)代化

企業(yè)必須建立先進(jìn)的設(shè)備維修管理機(jī)制。

近年來(lái)的企業(yè)發(fā)展表明，隨著設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步，企業(yè)的設(shè)備操作人員不斷減

少，而維修人員保持不變或不斷增加。另一方面，操作的技術(shù)含量逐漸下降，而

維修的技術(shù)含量卻年年上升，當(dāng)代的設(shè)備維修已經(jīng)是傳統(tǒng)意義上的維修工難以勝

任的工作，這就要求我們不斷發(fā)展完善設(shè)備維修制度，以適應(yīng)現(xiàn)代化企業(yè)的發(fā)展

要求。建立基于可靠性為中心的設(shè)備安全運(yùn)行管理體制（RCM）,將事后維修、

預(yù)防維修、向預(yù)知維修（也稱狀態(tài)維修）發(fā)展，預(yù)知維修能防止不足維修而導(dǎo)致

的事故，避免過(guò)剩維修造成的浪費(fèi)，它能提高設(shè)備使用的合理性、運(yùn)行安全性和

經(jīng)濟(jì)性，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備使用、維修、生產(chǎn)的現(xiàn)代化。而設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)是預(yù)知維

修的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)。準(zhǔn)確全面的設(shè)備監(jiān)測(cè)信息是實(shí)現(xiàn)預(yù)知維修的可靠保證。設(shè)備狀態(tài)

點(diǎn)檢模式是目前獲取設(shè)備監(jiān)測(cè)信息的常用手段，然而常規(guī)的點(diǎn)檢存在很多不足：

1.設(shè)備狀態(tài)信息獲取不足，它的信息收集方式單一，主要依賴檢測(cè)人員的

主觀經(jīng)驗(yàn)。

2.設(shè)備狀態(tài)信息缺乏有效的描述方式與交流途徑，它主要是以書面報(bào)告、

口頭報(bào)告為主的信息交流方式，不能保證設(shè)備準(zhǔn)確及時(shí)傳遞，并且中、高層技術(shù)

人員和企業(yè)管理人員無(wú)法及時(shí)了解設(shè)備狀況，從而不能保證設(shè)備故障及時(shí)維修。

3.巡檢儀器功能不足，難以滿足較多設(shè)備快速巡檢并將數(shù)據(jù)規(guī)范管理以便

與PC機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)同步；

4.巡檢儀體積大不便攜帶；

5.巡檢儀待機(jī)時(shí)間和采集時(shí)間較短，難以滿足長(zhǎng)時(shí)間現(xiàn)場(chǎng)巡檢的需要。

針對(duì)這一現(xiàn)狀，開發(fā)高性能和可操作性強(qiáng)的便攜式智能巡檢儀勢(shì)在必行?，F(xiàn)

已開發(fā)出設(shè)備智能巡檢儀及預(yù)知維修網(wǎng)絡(luò)化信息管理系統(tǒng)，解決了上述巡檢中存

在的問(wèn)題，為推行RCM管理和實(shí)現(xiàn)預(yù)知維修提供了強(qiáng)有力的工具。

10

1.5石化設(shè)備監(jiān)測(cè)診斷及維修決策信息系統(tǒng)

1.5.1石油化工設(shè)備的可靠性及最佳維修方式

現(xiàn)代石油化工生產(chǎn)是典型的流程作業(yè)，生產(chǎn)線上的設(shè)備能否保持高效率和較

長(zhǎng)時(shí)間的無(wú)故障運(yùn)行，這在很大程度上取決于設(shè)備的可靠性。但是，設(shè)備運(yùn)行

一段時(shí)間后就會(huì)發(fā)生磨損、腐蝕、結(jié)垢、沖蝕、裂紋、振動(dòng)、松動(dòng)等，隨著設(shè)備

可靠性的降低，故障停機(jī)次數(shù)要增多，甚至還會(huì)發(fā)生爆炸、著火等惡性事故。因

此，研究維修決策，尋求最佳維修方式，以最少的生產(chǎn)損失和維修費(fèi)用來(lái)保持或

恢復(fù)設(shè)備的可靠性是十分重要的。

如果用無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間代表每臺(tái)設(shè)備的可靠性的話，那么在同一生產(chǎn)線上各

臺(tái)設(shè)備的可靠性相差是極大的。石油化工廠停車大檢修，主要是對(duì)可靠性最差的

設(shè)備、管道進(jìn)行.檢修或更換，并進(jìn)行設(shè)備預(yù)防性檢測(cè)，以消除隱患，確保安全。

如圖1所示，大檢修好比一個(gè)堤壩，其作用在于阻止?jié)撛诘墓收想[患轉(zhuǎn)化為

運(yùn)行中的實(shí)際故障。設(shè)備連續(xù)生產(chǎn)的時(shí)間越長(zhǎng)，即大修堤壩越低，則由潛在故障

變成實(shí)際故障的可能性越大；反之，大檢修堤壩越高，則設(shè)備運(yùn)行的時(shí)問(wèn)越短，

而運(yùn)行中的故障減少，但停車檢修的次數(shù)增多，顯然經(jīng)濟(jì)效益要降低。

圖［設(shè)備系統(tǒng)可靠性、故障及大怯堤戈示意圖

古典的事后維修、傳統(tǒng)的定期計(jì)劃?rùn)z修顯然不是最佳的維修方式。預(yù)知維修

即CBM(conditionbasedmaintenance)是維修發(fā)展的方向，其實(shí)施的關(guān)鍵在于能否

在生產(chǎn)運(yùn)行中深測(cè)出具體設(shè)備及其部位存在的隱患(潛在故障)?！邦A(yù)知”可提供

有用信息，指導(dǎo)維修決策，做到超前預(yù)防和超前準(zhǔn)備，以采取應(yīng)急措施或在大檢

11

修時(shí)“對(duì)癥下藥”：從而取得事半功倍的效果。

運(yùn)用現(xiàn)代技術(shù)成果開發(fā)出來(lái)的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)及診斷技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)CBM維修

提供了手段。

1.5.2設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷

石油化工廠的旋轉(zhuǎn)機(jī)械（泵、壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)、透平機(jī)等）和煉油化工設(shè)備（反應(yīng)

器、爐、塔、換熱器等）在各種苛刻條件（如動(dòng)靜負(fù)荷、高溫、極低溫、高壓、腐

蝕環(huán)境）下工作，往往會(huì)產(chǎn)生各種各樣的異常和缺陷，如振動(dòng)、發(fā)熱、腐蝕、裂

紋、沖蝕、泄漏、燒損、結(jié)焦、松馳、變形、剝離等。而要探測(cè)或預(yù)知設(shè)備的上

述異?；蛉毕菔紫葢?yīng)弄清如下關(guān)系：

設(shè)備故障征兆---設(shè)備異常,缺陷

這也就是說(shuō)，如何通過(guò)設(shè)備故障的征兆參數(shù)來(lái)識(shí)別、預(yù)測(cè)設(shè)備異常、設(shè)備缺

陷及其部位，這是診斷、預(yù)測(cè)機(jī)械故障的關(guān)鍵。一般應(yīng)選擇對(duì)設(shè)備異常、缺陷最

敏感的參數(shù)作為征兆參數(shù)，然后應(yīng)用設(shè)備診斷技術(shù)對(duì)其進(jìn)行分析識(shí)別，以查明異

常原因和缺陷部位。

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第二章振動(dòng)監(jiān)測(cè)主要參數(shù)及故障診斷常用標(biāo)準(zhǔn)

2.1機(jī)械設(shè)備振動(dòng)監(jiān)測(cè)的主要參數(shù)、定義

2.1.1振動(dòng)參量

(1)振幅

一般說(shuō)來(lái)，振幅(簡(jiǎn)寫為A)是表示設(shè)備振動(dòng)嚴(yán)重程度的指標(biāo)，通常根據(jù)使用

的傳感器性質(zhì)用振動(dòng)的位移、速度或加速度表示，一般是計(jì)算一段時(shí)間內(nèi)振動(dòng)波

形的峰峰值、峰值、平均值和均方根值(有效值)，對(duì)于齒輪和滾動(dòng)軸承，還可以

計(jì)算歪度、峭度和波峰因子等波形的特征數(shù)據(jù)。常用的渦流傳感器測(cè)量的是轉(zhuǎn)

軸相對(duì)于軸承的振動(dòng)位移,--般用微米(um)或密耳(mil)表示，lmil=25.4um,

在現(xiàn)場(chǎng)也有用絲為單位，1絲=10um。速度傳感器測(cè)量的是軸承的振動(dòng)速度，一

般用mm/s表示，振動(dòng)速度的有效值也稱為振動(dòng)烈度，振動(dòng)速度經(jīng)過(guò)一次軟件

積分或硬件積分可以得到振動(dòng)位移(經(jīng)過(guò)硬件積分的速度傳感器直接輸出振動(dòng)位

移)。加速度傳感器測(cè)量的是軸承和機(jī)器外殼的振動(dòng)加速度，一般用m/s2或重

力加速度g表不，lg=9.8m/s2,振動(dòng)加速度經(jīng)過(guò)一次積分可以得到振動(dòng)速度,

再經(jīng)過(guò)一次積分可以得到振動(dòng)位移。根據(jù)振幅可以判斷設(shè)備運(yùn)行是否平穩(wěn)。

(2)頻率

振動(dòng)頻率通常表示為機(jī)器轉(zhuǎn)速的倍數(shù)。其原因主要是由于機(jī)器的振動(dòng)頻率

趨向于機(jī)器轉(zhuǎn)速的整數(shù)倍或分?jǐn)?shù)倍。這樣就給我們提供了表達(dá)振動(dòng)頻率的一種方

便形式。通過(guò)這種方式，我們不必要將所有振動(dòng)頻率表示為赫茲，而是表示為機(jī)

器轉(zhuǎn)速的一倍、兩倍或43%等。

進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量時(shí)，振幅和頻率是用來(lái)分析設(shè)備故障的主要參數(shù)。有些機(jī)器故

障通常在某些特定的頻率下發(fā)生，這樣就有助于我們區(qū)分這些故障的類型。另外,

我們必須認(rèn)識(shí)到，頻率和故障的關(guān)系并不是相互對(duì)應(yīng)的，這就是說(shuō)，某一特定頻

率的振動(dòng)通常和多種機(jī)器故障相聯(lián)系，在振動(dòng)頻率和機(jī)器故障之間并不存在一一

對(duì)應(yīng)的關(guān)系。我們不應(yīng)簡(jiǎn)單地企圖將某一特定頻率和某一設(shè)備故障直接聯(lián)系起

來(lái)。在對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行分析時(shí)，頻率是重要的參數(shù)，它有助于我們對(duì)機(jī)器故障進(jìn)

行分類，但是它僅是一種參量。如果我們要得到正確的結(jié)果，還必須對(duì)所有參量

進(jìn)行分析。表示頻率的通常方式有：

lX=l><rpm：振動(dòng)頻率和機(jī)器的轉(zhuǎn)速相同；

2X=2xrpm：振動(dòng)頻率是機(jī)器的轉(zhuǎn)速兩倍；

1/2X=1/2Xrpm：振動(dòng)頻率是機(jī)器轉(zhuǎn)速的一半；

43X=0.43Xrpm：振動(dòng)頻率是機(jī)器轉(zhuǎn)速的43%。

下面簡(jiǎn)單介紹旋轉(zhuǎn)機(jī)械兒種振動(dòng)的性質(zhì)及其有關(guān)的頻率問(wèn)題：

轉(zhuǎn)子的振動(dòng)問(wèn)題按機(jī)械振動(dòng)的性質(zhì)大體上分為三類：

第一類是屬于強(qiáng)迫振動(dòng)問(wèn)題。這是指有外來(lái)確定的擾動(dòng)力引起的振動(dòng)問(wèn)題而

振動(dòng)本身并不反過(guò)來(lái)影響擾動(dòng)力。比如由于質(zhì)量不平衡引起的強(qiáng)迫振動(dòng)，發(fā)電機(jī)

13

轉(zhuǎn)子不均勻拉力而引起的強(qiáng)迫振動(dòng)等。強(qiáng)迫振動(dòng)的特點(diǎn)在于振動(dòng)的頻率總是等于

擾動(dòng)力頻率。由質(zhì)量不平衡引起的強(qiáng)迫振動(dòng)其頻率恒等于轉(zhuǎn)速。由3000rpm二極

發(fā)電機(jī)不均勻磁拉力引起的強(qiáng)迫振動(dòng)，其頻率為6000rpm即100Hz。

第二類是屬于自激振動(dòng)問(wèn)題。自激振動(dòng)的引起歸之于轉(zhuǎn)子.支撐系統(tǒng)中存在

某一機(jī)械能量的反饋環(huán)節(jié)。這一反饋環(huán)節(jié)使轉(zhuǎn)子從轉(zhuǎn)動(dòng)中獲取能量，并轉(zhuǎn)變?yōu)槟?/p>

一特定頻率下的橫向振動(dòng)能量（一般不等于轉(zhuǎn)速），而這一橫向振動(dòng)又通過(guò)反饋

環(huán)節(jié)進(jìn)一步從轉(zhuǎn)動(dòng)中取得能量，從而加劇了橫向振動(dòng)，直至獲取的能量等于消耗

于阻尼的能量，則振動(dòng)穩(wěn)定在某一極限環(huán)節(jié)上。實(shí)際上，有時(shí)自激振動(dòng)未達(dá)到極

限環(huán)之前，轉(zhuǎn)子已不允許運(yùn)轉(zhuǎn)或已引起破壞。這些在轉(zhuǎn)子.支撐系統(tǒng)中出現(xiàn)的自

激振動(dòng)現(xiàn)象有油膜渦動(dòng)和油膜振蕩；由于轉(zhuǎn)子的內(nèi)阻而引起的不穩(wěn)定白激振動(dòng)；

由于動(dòng)部分間的干摩擦而引起的自激振動(dòng)以及由于不均勻蒸汽泄漏所引起的汽

流激振等。

第三類是屬于非定常強(qiáng)迫振動(dòng)。這一類問(wèn)題在性質(zhì)上是屬于強(qiáng)迫振動(dòng)，因?yàn)?/p>

振動(dòng)仍然是由外來(lái)干擾力所引起的，而且與擾動(dòng)力具有相同的頻率。但不同的是

振動(dòng)本身又反過(guò)來(lái)影響擾動(dòng)力的大小與相位。這樣，它雖屬?gòu)?qiáng)迫振動(dòng)，但強(qiáng)迫振

動(dòng)的幅值與相位是在變化的。比如轉(zhuǎn)軸上某一局部出現(xiàn)不均勻變形，它相當(dāng)于給

轉(zhuǎn)子增添了不平衡質(zhì)量，從而使強(qiáng)迫振動(dòng)的幅值和相位都發(fā)生了變化，而當(dāng)強(qiáng)迫

振動(dòng)的幅值和相位發(fā)生變化時(shí)，反過(guò)來(lái)又影響轉(zhuǎn)子上局部不均勻變形的部位。這

樣表現(xiàn)出來(lái)的強(qiáng)迫振動(dòng)，其幅值和相位都在連續(xù)不斷地變化。這里暫且將這類強(qiáng)

迫振動(dòng)稱之為不定常強(qiáng)迫振動(dòng)，并單列為一類。

（3）相位

相位測(cè)量可用來(lái)描述某一特定時(shí)刻機(jī)器轉(zhuǎn)子的位置。測(cè)量相位的最準(zhǔn)確可靠

的方法是利用一個(gè)鍵相器（轉(zhuǎn)軸參考系）。使用一個(gè)非接觸式電渦流傳感器或一個(gè)

光電傳感器，就能得到這一鍵相器。

在使用鍵相器作為相位參考標(biāo)志時(shí)，我們定義相位為鍵相器脈沖和振動(dòng)的第

一正峰之間的度數(shù)。第一正峰相應(yīng)于機(jī)器轉(zhuǎn)子上高點(diǎn)位置。通過(guò)確定機(jī)器轉(zhuǎn)子上

高點(diǎn)的位置，我們就可能確定機(jī)器的平衡狀態(tài)和機(jī)器轉(zhuǎn)子上殘留的非平衡重量的

位置。機(jī)器轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)的改變將引起高點(diǎn)的變化，這種變化通過(guò)相位變化顯示

出來(lái)。目前，不論是在轉(zhuǎn)子平衡過(guò)程中，還是在振動(dòng)分析過(guò)程中，相位作為一個(gè)

重要參量正在日益受到人們的重視。

振動(dòng)形式是分析振動(dòng)數(shù)據(jù)的重要方法。通過(guò)對(duì)振動(dòng)形式的觀測(cè)，能直觀地了

解某機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)。上面討論的振幅、頻率和相位等參數(shù)是可測(cè)量的參數(shù)并能

在儀表上顯示出來(lái)，而振動(dòng)形式是顯示在屏幕上的原始振動(dòng)波形。振動(dòng)波形可以

分為兩種：時(shí)基形式是把振動(dòng)信號(hào)實(shí)時(shí)顯示在屏幕上。-?般振動(dòng)信號(hào)為正弦波形,

它是轉(zhuǎn)軸的位置與水平時(shí)間軸的關(guān)系曲線。軸心軌跡是由兩個(gè)互成90o的非接

觸式傳感器接受的振動(dòng)信號(hào)，合成后以X-Y模式顯示在屏幕上。在這種模式中，

所顯示的是對(duì)應(yīng)于兩傳感器的軸截面中心線的運(yùn)動(dòng)。如果傳感器安裝在軸承上則

軸心軌跡是軸的中心線相對(duì)于軸承的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。

這兩種形式對(duì)振動(dòng)分析是很有用的。通過(guò)觀測(cè)時(shí)基振動(dòng)形式，就能夠確定基

本的振幅、頻率和相位。通過(guò)觀測(cè)軸心軌跡，能夠了解軸的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況。所以

振動(dòng)形式無(wú)論對(duì)預(yù)防性維修和預(yù)測(cè)性維修都是最根本的參數(shù)。

（4）振型

所謂振型是轉(zhuǎn)軸在一定的轉(zhuǎn)速下，沿軸向的一種變形。測(cè)量振型的方法是沿

軸的軸向每隔一定間距放置一組X-Y（互成90度）傳感器，分別測(cè)得相應(yīng)轉(zhuǎn)軸截

14

面的中心線振動(dòng)情況。綜合所測(cè)得的這些數(shù)據(jù)便得到轉(zhuǎn)軸的振型。振型有助于估

算轉(zhuǎn)子與固定部件之間的內(nèi)部間隙，并能估算出轉(zhuǎn)軸上“節(jié)點(diǎn)”的位置。對(duì)振型

的正確認(rèn)識(shí)有助于確定傳感器的安裝位置和選擇合理的動(dòng)平衡方法。

2.1.2位置參量

在分析機(jī)器總的運(yùn)行情況時(shí)，我們還應(yīng)測(cè)量另外一些參數(shù)，這些參數(shù)屬于位

置測(cè)量的范圍。對(duì)某些特殊機(jī)器及其故障進(jìn)行分析時(shí)，這些參量特別重要。下面

我們將對(duì)這類位置參量進(jìn)行討論。

(1)徑向位置

所謂徑向位置，是指轉(zhuǎn)子在軸承中的徑向平均位置。在轉(zhuǎn)軸沒(méi)有內(nèi)部和外部

負(fù)荷的正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，大多數(shù)轉(zhuǎn)軸會(huì)在油壓阻尼作用下，在設(shè)計(jì)確定的位置浮

動(dòng)。然而，一旦機(jī)器承受一定的外部或內(nèi)部的預(yù)加負(fù)荷(穩(wěn)態(tài)力)，軸承內(nèi)的軸頸

就會(huì)出現(xiàn)偏心。這種偏心是測(cè)量軸承磨損和預(yù)加負(fù)荷狀態(tài)(例如不對(duì)中)的一種振

動(dòng)形式指示。

定期測(cè)量偏心位置是必要的，因?yàn)樵诔霈F(xiàn)重大負(fù)荷情況下，偏心較大，振幅

無(wú)法增加，在振幅沒(méi)有報(bào)警的情況下，可能由于偏心太大而發(fā)生故障。因此必須

及時(shí)地檢查偏心位置，才能對(duì)故障作出早期預(yù)報(bào)。

在機(jī)器啟動(dòng)期間，也應(yīng)該密切注意偏心位置。機(jī)器在啟動(dòng)時(shí)，由于油流的作

用，轉(zhuǎn)軸，般會(huì)從軸承底部逐漸向軸承中心處升起。油膜厚度常常約為轉(zhuǎn)軸預(yù)加

負(fù)荷方向的軸承間隙的1/3。

偏心位置的測(cè)量是通過(guò)安裝在軸承處的監(jiān)測(cè)徑向振動(dòng)的同一個(gè)傳感器進(jìn)行

的，其輸出信號(hào)的直流成分即代表偏心位置(徑向間隙)。因?yàn)槠奈恢秒S機(jī)器負(fù)

荷和軸線對(duì)中情況而改變，所以電渦流傳感器要有足夠大的線性范圍，使偏心位

置的改變不致使轉(zhuǎn)軸越出傳感器的測(cè)量范圍。收集整理機(jī)組的“冷態(tài)”偏心位置

和“熱態(tài)”偏心位置的數(shù)據(jù)，建立一個(gè)參考系統(tǒng)，對(duì)以后比較偏心位置是很重要

的。

(2)軸向位置

軸向位置測(cè)量可用來(lái)描述止推環(huán)法蘭和止推軸承之間的相對(duì)位置。對(duì)于一臺(tái)

汽輪機(jī)或壓縮機(jī)來(lái)說(shuō)，軸向位置可能是最重要的測(cè)量參量。軸向位置監(jiān)測(cè)的主要

目的是為了保證消除機(jī)器轉(zhuǎn)子和定子之間的軸向磨擦。軸向止推軸承的故障可能

是最嚴(yán)重的故障。因此，應(yīng)該認(rèn)真地進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以防止發(fā)生這種類型的故障。

我們至少應(yīng)該安裝一個(gè)，最好是兩個(gè)電渦流探頭，以便更可靠地測(cè)量軸向位

置，從而對(duì)機(jī)器起到保護(hù)作用。利用電渦流探頭進(jìn)行軸向位置測(cè)量的另一優(yōu)點(diǎn)是,

軸向振動(dòng)數(shù)據(jù)能夠從同一電渦流探頭上測(cè)出。盡管軸向振動(dòng)對(duì)于一般設(shè)備來(lái)說(shuō)不

需要進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，但是在分析診斷某些特殊故障時(shí)卻非常有用。如果監(jiān)測(cè)軸向

振動(dòng)，那么觀測(cè)表面必須光滑并垂直于轉(zhuǎn)子中心線。這樣做有助于減少對(duì)探頭輸

出的影響，并提供準(zhǔn)確的軸向振動(dòng)數(shù)據(jù)。

(3)偏心度峰峰值

偏心度峰峰值是對(duì)轉(zhuǎn)軸在靜態(tài)時(shí)彎曲的測(cè)量。對(duì)于大型汽輪發(fā)電機(jī)組，經(jīng)常

需要測(cè)量偏心度峰峰值。當(dāng)轉(zhuǎn)軸在啟動(dòng)時(shí)，彎曲量可以用電渦流傳感器測(cè)量的直

流峰峰值信號(hào)來(lái)表示。當(dāng)峰峰值處于允許的范圍以內(nèi)時(shí)，機(jī)器可以啟動(dòng)，而無(wú)須

考慮因殘余彎曲及相應(yīng)的不平衡引起的密封件與轉(zhuǎn)軸之間的摩擦影響。慢轉(zhuǎn)速偏

15

心度最好由安裝在遠(yuǎn)離軸承處的傳感器來(lái)測(cè)量，以測(cè)得最大的彎曲偏差。

2.1.3轉(zhuǎn)速

在對(duì)機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)分析中找出振動(dòng)和轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系是特別重要的。在設(shè)計(jì)

時(shí)，它的轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍應(yīng)避開機(jī)器的平衡共振，并且使其運(yùn)行轉(zhuǎn)速也不激發(fā)機(jī)器

的這些特殊共振。機(jī)器啟動(dòng)時(shí)的數(shù)據(jù)在確定平衡共振時(shí)是重要的，這些數(shù)據(jù)可表

示為振幅和相位與機(jī)器轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系曲線，在描繪這種曲線和尋找這些參量之

間的關(guān)系時(shí)，可以很容易地確定機(jī)器的平衡共振（臨界共振）。

2.2故障診斷常用標(biāo)準(zhǔn)

2.2.1振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)

2.2.1.1ISO2372-1974（E）振動(dòng)烈度測(cè)量和評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

本標(biāo)準(zhǔn)僅適用于評(píng)定單獨(dú)一臺(tái)機(jī)器的機(jī)械振動(dòng)。而且僅限于研究機(jī)器表面

上、軸承上或固定點(diǎn)上的頻率為10~1000Hz的振動(dòng)（轉(zhuǎn)速范圍則限于600-

60000r/min）。

顯然，在表面上作振動(dòng)測(cè)量?jī)H能提供一臺(tái)機(jī)器的總體振動(dòng)。它不能給出關(guān)鍵

零部件實(shí)際振動(dòng)和振動(dòng)應(yīng)力的數(shù)據(jù)，也不能保證機(jī)器本身不發(fā)生過(guò)大的局部振

動(dòng)。尤其是機(jī)器表面上所測(cè)得的振動(dòng)常常不能準(zhǔn)確地反映旋轉(zhuǎn)零部件的扭轉(zhuǎn)振

動(dòng)。

雖然存在上述各種復(fù)雜因素，若對(duì)上述因素作出全面的理論分析再來(lái)確定規(guī)

范，往往導(dǎo)致不必要的復(fù)雜化，甚至不適應(yīng)于實(shí)際應(yīng)用。因而，采用一個(gè)單項(xiàng)值

來(lái)確定機(jī)器在試驗(yàn)時(shí)的振動(dòng)狀態(tài)是可取的。

此國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中，術(shù)語(yǔ)“振動(dòng)烈度”（VibrationSeverity）是描述一臺(tái)機(jī)器振動(dòng)狀

態(tài)的簡(jiǎn)明而又綜合的特征量，它提供了一個(gè)可靠而僅需作簡(jiǎn)單測(cè)量的評(píng)定方法。

它與發(fā)生在實(shí)踐中的大多數(shù)機(jī)器振動(dòng)情況大致相同，即其評(píng)定結(jié)果不應(yīng)與已有的

經(jīng)驗(yàn)相抵觸。

“振動(dòng)烈度”一詞是描述機(jī)械振動(dòng)的通用術(shù)語(yǔ)。其量值可用最大值、平均值或有

效值表示。此標(biāo)準(zhǔn)確定為最大速度的均方根值。振動(dòng)速度的均方根值可按下式計(jì)

算，即：

%,二公卜2⑺力

一般來(lái)講，選用振動(dòng)速度的均方根值表示振動(dòng)烈度，并不排除其它參數(shù)的測(cè)

量。常用的兒種傳感器仍可繼續(xù)使用，其所測(cè)數(shù)據(jù)可方便地?fù)Q算為振動(dòng)速度有效

值。

假定，根據(jù)頻譜分析，已知加速度、速度、位移的幅值單邊峰值（眇Vj、Sj,

j=l,2,…，n）,均可用角速度（31、32、…8n）的函數(shù)加以確認(rèn)，從而耒出振

16

動(dòng)速度的均方根值，其關(guān)系式如下:

J管『卜［信）'卜—［住）1

=—<?4+6詞+二*

V??Vi+■"?wl］

為了衡量種類繁多的各種機(jī)器的振動(dòng)程度，需要制訂一個(gè)“振動(dòng)烈度”等級(jí)

表。此標(biāo)準(zhǔn)以“振動(dòng)烈度”作為特征量，在10?1000Hz范圍內(nèi)給出了振動(dòng)烈度

推薦界限值（見附表l）o

1?動(dòng)加度的推算界“值

9ITAHI《餐動(dòng)速度的物蛻債）/（mm/0

B8范陵

良目

0.110.071°"2

0.180.1120.I8

Q.U“8。?加

0.45O.2S0.45

0.710.450.71

1.120.711.12

1.M）1.12i.a

2M1.MI2.80

4.S02.804.50

7.104.507.10

11.27.1011.1

18.011.2!8.0

28.018.028.0

45.028.045.a

71.045.071Q

表中等級(jí)之間的比例為1：1.6,其振動(dòng)烈度等級(jí)差值為4dB,此表可作機(jī)

器振動(dòng)分類的基礎(chǔ)。

在此標(biāo)準(zhǔn)的附錄中，作為一個(gè)應(yīng)用實(shí)例，對(duì)普通機(jī)器進(jìn)行了分類，并給出了

典型類別的許用“振動(dòng)烈度”界限值范圍。按所推薦的界限值，其類別劃分按如

下定義：

I類：在正常運(yùn)行條件下，與整機(jī)連成一體的發(fā)動(dòng)機(jī)或機(jī)器的單獨(dú)驅(qū)動(dòng)部件,

功率15kW或15kW以下的電動(dòng)機(jī)是這類機(jī)器的典型例子；

n類：無(wú)專用基礎(chǔ)的中型機(jī)器（功率為15?75kW的電動(dòng)機(jī)）、剛性安裝的發(fā)

動(dòng)機(jī)和安裝在專用基礎(chǔ)上的機(jī)器（功率可達(dá)100kW）；

in類：安裝在振動(dòng)測(cè)量方向上相對(duì)剛度很小的重型基礎(chǔ)上的大型原動(dòng)機(jī)和其

它大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械；

W類：安裝在振動(dòng)測(cè)量方向上相對(duì)剛度很小的基礎(chǔ)上的大型原動(dòng)機(jī)和其它大

17

型旋轉(zhuǎn)機(jī)械(如透平發(fā)動(dòng)機(jī)組，特別是輕型結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上的這種機(jī)組)；

V類：安裝在振動(dòng)測(cè)量方向上相對(duì)剛度很大的基礎(chǔ)上的具有往復(fù)運(yùn)動(dòng)零部

件、而慣性力又不能平衡的機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置和機(jī)器；

VI類：安裝在振動(dòng)測(cè)量方向上相對(duì)剛度很小的基礎(chǔ)上的具有往復(fù)運(yùn)動(dòng)零部

件、而慣性力又不能平衡的機(jī)器和機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置，和具有松動(dòng)連接的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，

例如磨粉機(jī)、研磨機(jī)、振動(dòng)篩、動(dòng)力疲勞試驗(yàn)機(jī)和激振器等，以及諸如離心機(jī)那

樣無(wú)具體連接件而工作時(shí)不平衡量又變化的機(jī)器。

上述六種類別中僅取其中前四類機(jī)器為例，給出其振動(dòng)烈度范圍。所建議的

等級(jí)在附表2中給出了從A級(jí)到D級(jí)具有雙級(jí)差的烈度范圍。根據(jù)重要的位置

上(尤其是軸承上)所測(cè)得的最大值，再對(duì)照表中的相應(yīng)范圍，就可以確定一臺(tái)機(jī)

器或電動(dòng)機(jī)的質(zhì)量等級(jí)。

附我2振動(dòng)烈度范困及應(yīng)用實(shí)例

祖圖界限1.速度有效值/I類D類in類N類

0.28

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0.45

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0.71

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18.0C

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