設(shè)備狀態(tài)的判定與趨勢分析

第五章設(shè)備狀態(tài)的判定與趨勢分析5．1設(shè)備狀態(tài)診斷標(biāo)準(zhǔn)5．1．1振動診斷標(biāo)準(zhǔn)的判定參數(shù)設(shè)備振動診斷標(biāo)準(zhǔn)

(或稱判定標(biāo)準(zhǔn))是通過振動測試與分析，用來評價設(shè)備技術(shù)狀態(tài)的一種標(biāo)準(zhǔn)。在選好對象設(shè)備，決定測試方案之后，就要進(jìn)行認(rèn)真的測試。而對所測得的數(shù)值如何，判定它是正常值還是異常值或故障值，就需要依靠診斷標(biāo)準(zhǔn)的幫助。因此診斷標(biāo)準(zhǔn)的制訂和應(yīng)用是設(shè)備診斷工作中一項十分重要和必不可少的任務(wù)。

理論證明，振動部件的疲勞是與振動速度成正比，而振動所產(chǎn)生的能量則是與振動速度的平方成正比，由于能量傳遞的結(jié)果造成了磨損和其他缺陷，因此，在振動診斷判定標(biāo)準(zhǔn)中，是以速度為準(zhǔn)比較適宜。對于大多數(shù)的機(jī)器設(shè)備，最佳參數(shù)是也速度，這也就是為什么有很多診斷標(biāo)準(zhǔn)，如IS02372、IS03945及VDl2056（德）等采用該參數(shù)的原因，當(dāng)然也還有一些標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)設(shè)備的低、高頻工作狀態(tài)，分別選用振幅(位移)和加速度。第一頁，共二十頁。5．1．2狀態(tài)判定標(biāo)準(zhǔn)的分類根據(jù)判定標(biāo)準(zhǔn)的制定方法的不同，通常將振動判定標(biāo)準(zhǔn)分為三類。1）絕對判定標(biāo)準(zhǔn)絕對判定標(biāo)準(zhǔn)由某些權(quán)威機(jī)構(gòu)頒布實施。由國家頒布的國家標(biāo)準(zhǔn)又稱為法定標(biāo)準(zhǔn)，具有強(qiáng)制執(zhí)行的法律效力。還有由行業(yè)協(xié)會頒布的標(biāo)準(zhǔn)，稱為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，國際標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會ISO頒布的國際標(biāo)準(zhǔn)。以及大企業(yè)集團(tuán)聯(lián)合體頒布的企業(yè)集團(tuán)標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)都是絕對判定標(biāo)準(zhǔn)，其適用范圍覆蓋頒布機(jī)構(gòu)所管轄的區(qū)域。國際標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)集團(tuán)標(biāo)準(zhǔn)都是根據(jù)某類設(shè)備長期使用、觀測、維修及測試后的經(jīng)驗總結(jié)，并規(guī)定了相應(yīng)的測試方法。因此在使用這些標(biāo)準(zhǔn)時，必需按規(guī)定的適用范圍和測定方法操作。目前應(yīng)用較廣泛的是：

ISO2372《機(jī)器振動的評價標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)》

ISO3945《振動烈度的現(xiàn)場測定與評定》

CDA/MS/NVSH107《軸承振動測量的判據(jù)》

VDI2056《震動烈度判據(jù)》

（德國標(biāo)準(zhǔn)）等第二頁，共二十頁。2）相對判定標(biāo)準(zhǔn)相對判定標(biāo)準(zhǔn)是對同一設(shè)備，在同一部位定期測試，按某個時刻的正常值作為判定基準(zhǔn)，而根據(jù)實測值與基準(zhǔn)值的倍數(shù)，進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)判定的方法。由于是基于設(shè)備自身某時刻的測量值作為判定基準(zhǔn)，所以稱為相對判定標(biāo)準(zhǔn)。

3）類比判定標(biāo)準(zhǔn)相對判定標(biāo)準(zhǔn)是建立在長期對某一設(shè)備的測量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上。若某個設(shè)備運行時間不長、或沒有建立長期測量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，在對設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)判定時，可以采用類比判定標(biāo)準(zhǔn)。類比判定標(biāo)準(zhǔn)是對多臺同樣設(shè)備在相同條件下運行時，通過對各設(shè)備的同一部位的測量值進(jìn)行相互對比，來判定設(shè)備狀態(tài)的方法。第三頁，共二十頁。5．1．3振動判定標(biāo)準(zhǔn)介紹1．旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動標(biāo)準(zhǔn)

(1)旋轉(zhuǎn)機(jī)械幾個常用的絕對標(biāo)準(zhǔn)

目前，旋轉(zhuǎn)機(jī)械常用的振動診斷標(biāo)準(zhǔn)有國際標(biāo)準(zhǔn)化組織頒布的ISO2372和ISO3945，德國標(biāo)準(zhǔn)VDI12056，英國標(biāo)準(zhǔn)BS4675，我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB／T1l347一1989等。這些標(biāo)準(zhǔn)在數(shù)值級別上大同小異，但在各類診斷文獻(xiàn)中常以各自的標(biāo)準(zhǔn)名稱出現(xiàn)。第四頁，共二十頁。表5—1ISO2372和ISO3945機(jī)械振動診斷標(biāo)準(zhǔn)振動強(qiáng)度ISO2372ISO3945分級范圍速度有效值mm/sⅠ級Ⅱ級Ⅲ級Ⅳ級剛性基礎(chǔ)柔性基礎(chǔ)0.280.280.450.711.121.802.804.507.1011.2182845AAAA優(yōu)優(yōu)0.450.711.12B1.80B2.80CB良4.50CB良7.10DC可11.2DC可18D不可28D不可4571第五頁，共二十頁。（2）旋轉(zhuǎn)機(jī)械相對標(biāo)準(zhǔn)

表5—5旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動診斷的相對標(biāo)準(zhǔn)注：1．本標(biāo)準(zhǔn)的判斷依據(jù)有二：(1)實際測量振動值與其初始值之比；

(2)所測振動信號的頻率范圍。

2．標(biāo)準(zhǔn)將設(shè)備狀態(tài)的評判分為三個等級：“良好…注意”、“危險”。振動頻率1234567低頻振動（≤1000Hz）良好注意危險高頻振動（>1000Hz）良好注意危險實測值與初值之

比第六頁，共二十頁。（3）電動機(jī)振動標(biāo)準(zhǔn)

電動機(jī)也屬于旋轉(zhuǎn)機(jī)械。它是一種原動機(jī)，為它制定了專用標(biāo)準(zhǔn)后，便于單機(jī)檢測，有利于加強(qiáng)對電動機(jī)的維護(hù)管理。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織制訂的ISO32373標(biāo)準(zhǔn)和德國標(biāo)準(zhǔn)DIN45665，在內(nèi)容上是相同的，故合并列于表5—6。表5—6ISO32373和DIN45665電動機(jī)振動標(biāo)準(zhǔn)注：1．本標(biāo)準(zhǔn)把電動機(jī)按其中心高度(H)分為三個類型，中心高度越大，振動閾值越大。

2．電動機(jī)狀態(tài)判別分為三個等級：正常、良好、特佳。

3．本標(biāo)準(zhǔn)是指電動機(jī)在空轉(zhuǎn)（不帶負(fù)荷）條件下的閾值。

4．診斷參數(shù)為速度有效值(Vrms)。質(zhì)量等級轉(zhuǎn)速r/min電動機(jī)中心高H=80～400mm，允許最大Vrms(mm/s)S≤H≤132132<H≤225225<H≤400N（正常值）600～36001.82.84.5H（良好級）600～18000.711.121.81800～36001.121.82.8S（特佳級）600～18000.450.711.121800～36000.711.121.8第七頁，共二十頁。(4)汽輪機(jī)及汽輪發(fā)電機(jī)組振動標(biāo)準(zhǔn)汽輪機(jī)也屬于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的類型。表5一7為我國水電部于1959年頒布的《電力工業(yè)技術(shù)管理法規(guī)》，其中規(guī)定1500r／min、3000r／min和5000r／min之內(nèi)的汽輪發(fā)電機(jī)組軸承的振動標(biāo)準(zhǔn)。表5一7水電部汽輪發(fā)電機(jī)組振動標(biāo)準(zhǔn)（軸承雙振幅允許值）注：1．本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定測點位置在軸承處的垂直和水平方向。

2．閾值的大小取決于汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速愈大，振動位移允許值愈小。

3．狀態(tài)評判分為三個等級：“優(yōu)”、“良”、“合格”。

4．診斷參數(shù)為位移峰峰值(即雙振幅)。轉(zhuǎn)速r/min標(biāo)準(zhǔn)（Dp-p/μm）優(yōu)良合格150030以下50以下70以下300020以下30以下50以下≤300010以下30以下30以下第八頁，共二十頁。表5—8為國際電工委員會(IEC)推薦的汽輪機(jī)振動標(biāo)準(zhǔn)注：1．本標(biāo)準(zhǔn)按轉(zhuǎn)速將汽輪機(jī)分為五種類型，隨轉(zhuǎn)速增大：汽輪機(jī)允許振幅減小。

2．表中分別列出兩種測量方式的標(biāo)準(zhǔn)值，即：測量軸承與測軸，軸振動允許值約為軸承振動的2倍。

3．測量參數(shù)為位移峰峰值。

(5)離心鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)振動標(biāo)準(zhǔn)表5—9為機(jī)電部關(guān)于《離心鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)技術(shù)條件》中規(guī)定的軸承振動標(biāo)準(zhǔn)。表5—9離心鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)技術(shù)振動標(biāo)準(zhǔn)注：1．本標(biāo)準(zhǔn)按轉(zhuǎn)速將離心鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)分為4個類型，轉(zhuǎn)速越高，允許振動值越小。2．測點部位分兩種型式：主軸軸承和齒輪箱軸承，后者振動值允差略高予前者。3．診斷參數(shù)為振動位移峰峰值(雙幅)。（其它，如：機(jī)床、齒輪、軸承等機(jī)械的判定標(biāo)準(zhǔn)，請參考教材本章的內(nèi)容）標(biāo)準(zhǔn)（Dp-p|μm）轉(zhuǎn)速

（r/min）≤1000150030003600≥6000軸承上7550252112軸上（靠近軸承）150100504420標(biāo)準(zhǔn)（Dp-p|μm）轉(zhuǎn)速

（r/min）≤1000150030003600≥6000軸承上7550252112軸上（靠近軸承）150100504420第九頁，共二十頁。(6)略（見書）(7)行業(yè)設(shè)備判斷標(biāo)準(zhǔn)國內(nèi)有的部門也曾制定了本行業(yè)的設(shè)備判斷標(biāo)準(zhǔn)。表5—13是化工行業(yè)制訂的幾種設(shè)備的振動標(biāo)準(zhǔn)。表5—13部分化工設(shè)備的振幅標(biāo)準(zhǔn)序號設(shè)備類別設(shè)備轉(zhuǎn)速r/min允許全振幅mm標(biāo)準(zhǔn)代號1活塞式壓縮機(jī)①基礎(chǔ)振動<200200～400>4000.250.150.10HGJ1018—792汽輪機(jī)0.02HGJ1019—793離心式壓縮機(jī)0.015HGJ1020—794離心式冷凍機(jī)0.015HGJ1021—795螺桿式壓縮機(jī)0.05HGJ1022—796離心式通(鼓)風(fēng)機(jī)1000150020002500300040000.120.110.100.090.060.05HGJ1024—797軸流式通風(fēng)機(jī)0.15HGJ1025—79第十頁，共二十頁。(8)部分引進(jìn)設(shè)備振動標(biāo)準(zhǔn)

表5—15日本制造廠為寶鋼引進(jìn)設(shè)備提供的部分振動標(biāo)準(zhǔn)注：1．本表所列全部是風(fēng)機(jī)的振動標(biāo)準(zhǔn)。考慮的相關(guān)因素有：轉(zhuǎn)速、功率、測點位置及設(shè)備的作業(yè)地位等，這也是參考使用表中數(shù)據(jù)時應(yīng)當(dāng)考慮的。

2．判斷參數(shù)為位移峰峰值(Dp-p)。序號設(shè)備名稱測定位置功率KW轉(zhuǎn)速r/min振動標(biāo)準(zhǔn)Dp-pμm1高爐引風(fēng)機(jī)軸48003000502燒結(jié)機(jī)主排風(fēng)機(jī)軸承93001000283轉(zhuǎn)爐OG風(fēng)機(jī)軸承3100600～1450804初軋均熱爐風(fēng)機(jī)軸承3701426805焦化煤氣排送機(jī)軸承8307308306燒結(jié)余熱回收風(fēng)機(jī)軸承570～1440337燒結(jié)冷卻機(jī)送風(fēng)機(jī)軸承750538除塵風(fēng)機(jī)軸承1.68mm/s第十一頁，共二十頁。(9)類比判斷標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)有數(shù)臺機(jī)型相同，規(guī)格一致的設(shè)備，在相同的條件下對它們進(jìn)行同等測量時，一般按下列標(biāo)準(zhǔn)判斷：

1）在低頻段(≤1000Hz)測量，其振動值大于其它大多數(shù)設(shè)備振動值的l倍以上時，判為異常；在高頻段(>1000Hz)實測振動值大于正常值的2倍以上時，判為異常。

2）在低頻段測量，若其振動值大于其他設(shè)備的2倍以上；或高頻段的振動測值大于其他設(shè)備4倍以上時，一般判為故障嚴(yán)重，應(yīng)考慮停機(jī)修理。第十二頁，共二十頁。5．2設(shè)備狀態(tài)劣化趨勢分析5．2．1狀態(tài)趨勢分析在故障監(jiān)測預(yù)警中的作用設(shè)備診斷的實質(zhì)就是設(shè)備運行狀態(tài)識別。在工業(yè)現(xiàn)場有兩類設(shè)備診斷模式都在應(yīng)用，一類是在線故障監(jiān)測診斷系統(tǒng)，它依靠復(fù)雜的測試分析系統(tǒng)對重要設(shè)備進(jìn)行24小時的連續(xù)監(jiān)測分析。另一種是采用便攜式儀器，對設(shè)備進(jìn)行定期的巡檢，記錄所測定的參數(shù)，根據(jù)在時間歷程的數(shù)據(jù)進(jìn)行故障判斷、劣化趨勢分析。這類模式稱為點巡檢制度。又稱定人員、定時間、定測點參數(shù)、定測點部位、定測量儀器的五定作業(yè)制度。這兩種設(shè)備診斷模式都在使用過程中產(chǎn)生大量的具有時間序列特征的數(shù)據(jù)，是設(shè)備狀態(tài)劣化趨勢分析的基礎(chǔ)。趨勢分析屬于預(yù)測技術(shù)，對于設(shè)備劣化趨勢分析屬于設(shè)備趨勢管第十三頁，共二十頁。理的內(nèi)容，也是狀態(tài)預(yù)知維修與其他維修方式相比，所具有的顯著而獨特的方式，其目標(biāo)是從過去和現(xiàn)在的已知情況出發(fā)，利用一定技術(shù)手段，去分析設(shè)備的正常、異常和故障三種狀態(tài)，推測故障的發(fā)展過程，有利維修決策和過程控制。設(shè)備劣化趨勢分析的作用有：

l）檢查設(shè)備狀態(tài)是否處于控制范圍以內(nèi)；

2）觀測設(shè)備狀態(tài)的變化趨向或現(xiàn)實狀況；

3）預(yù)測設(shè)備狀態(tài)發(fā)展到危險水平的時間；

4）早期發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，及時采取對策；

5）及時找出有問題的設(shè)備(提交精密診斷)。第十四頁，共二十頁。趨勢圖樣例

設(shè)備劣化趨勢分析的數(shù)據(jù)類型可以是狀態(tài)信號分析中的各項時域指標(biāo)，也可以是頻譜分析中的某一特征頻率的振幅，或者是執(zhí)行點巡檢制度所獲得的記錄數(shù)據(jù)。圖5—5是時域指標(biāo)的趨勢分析圖例。其中：最下面的趨勢曲線是有效值Vrms；中間的趨勢曲線是峰值指標(biāo)；最上面的是劣化指標(biāo)——峭度值β2。圖5—5時域指標(biāo)的趨勢分析圖例第十五頁，共二十頁。繪制趨勢管理圖的步驟第1步

制作圖表格式首先要編制如圖5—6所示的表，在左上欄繪出設(shè)備簡圖，標(biāo)明測點。設(shè)備的規(guī)格參數(shù)是診斷的重要依據(jù)，必須從實填寫。第2步

標(biāo)明刻度低頻領(lǐng)域以振動速度表示，選擇合適的計量單位，如圖所示的范圍在0.01—10cm／s之間，每格為0.1cm/s。中頻領(lǐng)域Hd及高頻領(lǐng)域Hi以加速度g為計量單位。第3步

填入標(biāo)準(zhǔn)值把設(shè)備在正常狀態(tài)下的振值作為標(biāo)準(zhǔn)值

記入圖表。當(dāng)無歷史數(shù)據(jù)或經(jīng)驗數(shù)據(jù)以確定標(biāo)準(zhǔn)值時，可用正常狀態(tài)下的振動平均值取代。第十六頁，共二十頁。第4步

填入判斷標(biāo)準(zhǔn)需填入報警(Caution)值Xc及危險(Danger)值Xd，當(dāng)無歷史數(shù)據(jù)或經(jīng)驗數(shù)據(jù)時，可利用第3步中在正常狀態(tài)下測得的N個振值，首先計算出標(biāo)準(zhǔn)方差σ，然后再利用σ計算出報警值Xc及危險值Xd。以上報警值和危險值都必須記入圖中。第5步

按時間序列填寫測定值按規(guī)定的點檢測定周期，對被監(jiān)測的設(shè)備各規(guī)定測點進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)參數(shù)的測取，然后將測得的值按時間序列的先后填入表格，用曲線或折線將這些數(shù)據(jù)點連接起來，構(gòu)成了設(shè)備狀態(tài)參數(shù)的趨勢曲線。第十七頁，共二十頁。5．2．2趨勢分析應(yīng)用方法即便是趨勢管理圖中的總體測量值都是位于注意范圍之內(nèi)，也必須經(jīng)常注意有無任何特殊的趨勢。因為設(shè)備如在正常狀態(tài)下，其測點值是中間多兩端少，在標(biāo)準(zhǔn)線

的上下均等，并且應(yīng)是隨機(jī)分布。因此，在采用了理論性的統(tǒng)計方法