設備狀態(tài)的判定機械故障診斷技術專家講座

4．3．5軸心軌跡空間圖像表示（三維全息圖）圖4—16軸心軌跡圖只表現(xiàn)了轉軸某個截面軸心軌跡，若沿著轉軸全長，將各個測量截面軸心軌跡圖上同一時點連接起來，就組成了軸心軌跡空間圖像。因為這么作，需繪制點、線很多。為了圖像清楚，突出需觀察重點。因而將圖分解為一階軸線圖（觀察動不平衡影響）、二階軸線圖（觀察不對中影響）…等。圖形繪制數(shù)學公式就是4．3．4節(jié)中兩個公式，分別取1階項（或2階項）來計算X、Y值。圖4—17一階軸線軌跡圖設備狀態(tài)的判定機械故障診斷技術專家講座第1頁

第4章√4-1 峭度指標對信號中_______很敏感，正常情況下其值在 ______________左右，假如這個值靠近4或超出4，則說明 _______________?！?-2 非周期信號分為___________和__________?！?-3 周期信號頻譜有哪些特征？

4-4 信號特征時域提取方法包含哪些？

4-5 闡述周期信號頻譜和非周期信號頻譜區(qū)分?！?-6 信號x(t)=sin(2πt）是否為周期信號，若是周期信號，求其周 期，并用公式求其平均和均方值。

4-7 什么是泄漏？為何會產生泄漏？窗函數(shù)為何能降低泄漏？

4-8 什么是窗函數(shù)？描述窗函數(shù)各項頻域指標能說明什么問題？

4-9 什么是柵欄效應？怎樣降低柵欄效應影響？

4-10 時域信號統(tǒng)計指標和頻譜圖在機械故障診療系統(tǒng)中作用分別 是什么？設備狀態(tài)的判定機械故障診斷技術專家講座第2頁4-11 在觀察頻譜圖作故障診療分析時，應注意哪些關鍵點？4-12 怎樣繪制軸心軌跡曲線？√4-13 測試信號中最高頻率為100Hz，為了防止混疊，時域中采樣時 間應怎樣選?。?-14 矩形窗頻譜圖有什么特點？4-15 為了降低譜泄漏，工程上采取哪兩種辦法？4-16 采樣定律內容是什么？4-17 頻率細化分析基本思想是什么？4-18 軸心軌跡圖通常應用在什么場所？怎樣繪制軸心軌跡圖？設備狀態(tài)的判定機械故障診斷技術專家講座第3頁第五章設備狀態(tài)判定與趨勢分析5．1設備狀態(tài)診療標準5．1．1振動診療標準判定參數(shù)

設備振動診療標準(或稱判定標準)是經過振動測試與分析，用來評價設備技術狀態(tài)一個標準。在選好對象設備，決定測試方案之后，就要進行認真測試。而對所測得數(shù)值怎樣，判定它是正常值還是異常值或故障值，就需要依靠診療標準幫助。所以診療標準制訂和應用是設備診療工作中一項十分主要和必不可少任務。

理論證實； 振動部件疲勞是與振動速度成正比， 而振動所產生能量則是與振動速度平方成正比， 因為能量傳遞結果造成了磨損和其它缺點， 所以，在振動診療判定標準中，是以速度為判定參數(shù)比較適宜。對于大多數(shù)機器設備，最正確參數(shù)是也速度，這也就是為何有很多診療標準，如IS02372、IS03945及VDl2056（德）等采取該參數(shù)原因。還有一些標準，依據(jù)設備低、高頻工作狀態(tài)，分別選取振幅(位移)和加速度。設備狀態(tài)的判定機械故障診斷技術專家講座第4頁5．1．2狀態(tài)判定標準分類

依據(jù)判定標準制訂方法不一樣，通常將振動判定標準分為三類。1）絕對判定標準絕對判定標準由一些權威機構頒布實施。由國家頒布國家標準又稱為法定標準，含有強制執(zhí)行法律效力。還有由行業(yè)協(xié)會頒布標準，稱為行業(yè)標準，國際標準化協(xié)會ISO頒布國際標準。以及大企業(yè)集團聯(lián)合體頒布企業(yè)集團標準。這些標準都是絕對判定標準，其適用范圍覆蓋頒布機構所管轄區(qū)域。

國際標準、國家標準、行業(yè)標準、企業(yè)集團標準都是依據(jù)某類設備長期使用、觀察、維修及測試后經驗總結，并要求了對應測試方法。因此在使用這些標按時，必需按要求適用范圍和測定方法操作。當前應用較廣泛是：

ISO2372《機器振動評價標準基礎》ISO3945《振動烈度現(xiàn)場測定與評定》CDA/MS/NVSH107《軸承振動測量判據(jù)》VDI2056《震動烈度判據(jù)》（德國家標準準）等設備狀態(tài)的判定機械故障診斷技術專家講座第5頁2）相對判定標準相對判定標準是對同一設備，在同一部位定時測試，按某個時刻正常值作為判定基準，而依據(jù)實測值與基準值倍數(shù)，進行設備狀態(tài)判定方法。因為是基于設備本身某時刻測量值作為判定基準，所以稱為相對判定標準。

3）類比判定標準相對判定標準是建立在長久對某一設備測量數(shù)據(jù)基礎上。若某個設備運行時間不長、或沒有建立長久測量數(shù)據(jù)基礎，在對設備進行狀態(tài)判定時，能夠采取類比判定標準。類比判定標準是對多臺一樣設備在相同條件下運行時，經過對各設備同一部位測量值進行相互對比，來判定設備狀態(tài)方法。設備狀態(tài)的判定機械故障診斷技術專家講座第6頁5．1．3振動判定標準介紹 依據(jù)判定標準制訂方法不一樣，可將振動判定標準分為以下10類：旋轉機械振動標準，金屬切削機床振動標準，齒輪判定標準，滾動軸承判斷標準，往復機械振動標準，各種機型混合振動標準，行業(yè)設備判斷標準，部分引進設備振動標準，類比判斷標準，管道振動判斷標準。1．旋轉機械振動標準

(1)旋轉機械幾個慣用絕對標準

當前，旋轉機械慣用振動診療標準有國際標準化組織頒布ISO2372和ISO3945，德國家標準準VDI12056，英國家標準準BS4675，我國國家標準GB／T1l347一1989等。這些標準在數(shù)值級別上大同小異，但在各類診療文件中常以各自標準名稱出現(xiàn)。（表5-1～表5-4）設備狀態(tài)的判定機械故障診斷技術專家講座第7頁

表5—1機械振動診療標準（ISO2372和ISO3945）振動強度ISO2372ISO3945分級范圍速度有效值mm/sⅠ級Ⅱ級Ⅲ級Ⅳ級剛性基礎柔性基礎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設備狀態(tài)的判定機械故障診斷技術專家講座第8頁說明：1.ISO2372標準中，把診療對象分為4個等級：Ⅰ級—小型機械，15kW以下電動機等；Ⅱ級—中型機械，15~75kW電動機等；Ⅲ級—剛性安裝大型機械（600~1r/min）；Ⅳ級—柔性安裝大型機械（600～1r/min）。2.A、B、C、D及優(yōu)、良、可、不可代表對設備狀態(tài)評價等級。A-良好，B-允許，C-較差，D-不允許。3.采取ISO2372標按時，要考慮被診療設備功率大小、基礎形式、轉速范圍等約束條件；采取ISO3945標按時，要考慮基礎特征。4.標準ISO2372和ISO3945所采取診療參數(shù)均為速度有效值Vrms。支承基礎（剛性和柔性）：柔性基礎——機械行業(yè)標準中，要求當支承系統(tǒng)一階固有頻率低于機組主激振頻率（指軸轉動頻率）時，屬于柔性基礎。剛性基礎——與柔性基礎定義相反。設備狀態(tài)的判定機械故障診斷技術專家講座第9頁設備狀態(tài)的判定機械故障診斷技術專家講座第10頁設備狀態(tài)的判定機械故障診斷技術專家講座第11頁設備狀態(tài)的判定機械故障診斷技術專家講座第12頁T.C.RATHBONE所制訂大型旋轉機械振動標準（圖5-1)該標準是國處應用得最早振動判據(jù)之一，它是在長久經驗積累基礎上制訂。使用該標準應注意以下幾點：1）這是一個用坐標圖形表示振動標準，每根曲線劃分為一個狀態(tài)范圍值。2）該標準主要考慮轉速(r/min)原因。3）該標準對狀態(tài)評價分六個級別：非常好、良好、允許、稍壞、壞、非常壞。4）診療參數(shù)為最大位移（雙峰）。設備狀態(tài)的判定機械故障診斷技術專家講座第13頁（2）旋轉機械相對標準

表5—5旋轉機械振動診療相對標準注：1．本標準判斷依據(jù)有二： (1)實際測量振動值與其初始值之比；(2)所測振動信號頻率范圍。2．標準將設備狀態(tài)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

比設備狀態(tài)的判定機械故障診斷技術專家講座第14頁（3）電動機振動標準

電動機也屬于旋轉機械。它是一個原動機，為它制訂了專用標準后，便于單機檢測，有利于加強對電動機維護管理。國際標準化組織制訂ISO32373標準和德國家標準準DIN45665，在內容上是相同，故合并列于表5—6。表5—6ISO32373和DIN45665電動機振動標準注：1．本標準把電動機按其中心高度(H)分為三個類型，中心高度越大，振動閾值越大。2．電動機狀態(tài)判別分為三個等級：正常、良好、特佳。3．本標準是指電動機在空轉（不帶負荷）條件下閾值。4．診療參數(shù)為速度有效值(Vrms)。質量等級轉速r/min電動機中心高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設備狀態(tài)的判定機械故障診斷技術專家講座第15頁(4)汽輪機及汽輪發(fā)電機組振動標準汽輪機也屬于旋轉機械類型。表5一7為我國水電部于1959年頒布《電力工業(yè)技術管理法規(guī)》，其中要求1500r／min、3000r／min和5000r／min之內汽輪發(fā)電機組軸承振動標準。表5一7水電部汽輪發(fā)電機組振動標準（軸承雙振幅允許值）注：1．本標準要求測點位置在軸承處垂直和水平方向。2．閾值大小取決于汽輪機轉速，轉速愈大，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．診療參數(shù)為位移峰峰值(即雙振幅)。轉速r/min標準（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以下設備狀態(tài)的判定機械故障診斷技術專家講座第16頁表5—8為國際電工委員會(IEC)推薦汽輪機振動標準注：1．本標準按轉速將汽輪機分為五種類型，隨轉速增大：汽輪機允許振幅減小。2．表中分別列出兩種測量方式標準值，即：測量軸承與測軸，軸振動允許值約為軸承振動2倍。3．測量參數(shù)為位移峰峰值。

(5)離心鼓風機和壓縮機振動標準表5—9為機電部關于《離心鼓風機和壓縮機技術條件》中要求軸承振動標準。表5—9離心鼓風機和壓縮機技術振動標準注：1．本標準按轉速將離心鼓風機和壓縮機分為4個類型，轉速越高，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．診療參數(shù)為振動位移峰峰值(雙幅)。標準（Dp-p|μm）轉速（r/min）≤1000150030003600≥6000軸承上7550252112軸上（靠近軸承）150100504420標準（Dp-p|μm）轉速（r/min）≤1000150030003600≥6000軸承上7550252112軸上（靠近軸承）150100504420設備狀態(tài)的判定機械故障診斷技術專家講座第17頁2.金屬切削機床振動標準 金屬切削機床大多數(shù)屬于旋轉機械，但作為工作母機，它與普通非加工機械有很大差異。它工作性質決定它要求有很高運動精度，所以對振動水平控制尤其嚴格，比普通機械振動標準要求高得多。設備狀態(tài)的判定機械故障診斷技術專家講座第18頁3.齒輪判定標準

因為齒輪類型和大小不一樣，其判斷標準也不相同。圖5-2為國外一個齒輪箱判斷標準，這里只能算一個實例。1）本標準分兩個頻段確定差異參數(shù)及其閾值。測量頻率在1000Hz以下，用速度作為診療參數(shù)，且其標準值不隨頻率而改變；測量頻率在1000Hz以上，用加速度作為診療參數(shù)，且標準值隨頻率增大而減小。2）齒輪狀態(tài)分為三個等級：良好、注意、危險。設備狀態(tài)的判定機械故障診斷技術專家講座第19頁4.滾動軸承判斷標準圖5-3是國外某企業(yè)用于診療滾動軸承加速度標準。使用該標準幾點說明：1）應用該標按時，橫坐標=轉速X轉軸軸頸直徑；縱坐標=實測軸承加速度。2）軸承狀態(tài)分為三個等級：A（良）、B（注意）、C（危險）。3）測量參數(shù)采取加速度g。設備狀態(tài)的判定機械故障診斷技術專家講座第20頁5.往復機械振動標準在工業(yè)生產中，應用最多往復機械是往復空壓機。當前用于往復機械振動診療標準較少，使用經驗也不多，表5-11為一個。設備狀態(tài)的判定機械故障診斷技術專家講座第21頁6.各種機型混合振動標準（即綜合型標準）

表5-12是加拿大政府頒布軸承振動速度判據(jù)。此標準包含12種機型24種規(guī)格各類設備，其中主要是旋轉機械（有各種機型），也有往復機械，下面把作為綜合型標準列出，以利查詢。設備狀態(tài)的判定機械故障診斷技術專家講座第22頁設備狀態(tài)的判定機械故障診斷技術專家講座第23頁設備狀態(tài)的判定機械故障診斷技術專家講座第24頁7.行業(yè)設備判斷標準

國內有部門也曾制訂了本行業(yè)設備判斷標準。表5—13是化工行業(yè)制訂幾個設備振動標準。表5—13部分化工設備振幅標準(測量參數(shù)為位移全振幅，峰峰值）序號設備類別設備轉速r/min允許全振幅mm標準代號1活塞式壓縮機①基礎振動<200200～400>4000.250.150.10HGJ1018—792汽輪機0.02HGJ1019—793離心式壓縮機0.015HGJ1020—794離心式冷凍機0.015HGJ1021—795螺桿式壓縮機0.05HGJ1022—796離心式通(鼓)風機100015002500300040000.120.110.100.090.060.05HGJ1024—797軸流式通風機0.15HGJ1025—79設備狀態(tài)的判定機械故障診斷技術專家講座第25頁8.部分引進設備振動標準

表5—15日本制造廠為寶鋼引進設備提供部分振動標準注：1．本表所列全部是風機振動標準。考慮相關原因有：轉速、功率、測點位置及設備作業(yè)地位等，這也是參考使用表中數(shù)據(jù)時應該考慮。2．判斷參數(shù)為位移峰峰值(Dp-p)。序號設備名稱測定位置功率KW轉速r/min振動標準Dp-pμm1高爐引風機軸48003000502燒結機主排風機軸承93001000283轉爐OG風機軸承3100600～1450804初軋均熱爐風機軸承3701426805焦化煤氣排送機軸承8307308306燒結余熱回收風機軸承570～1440337燒結冷卻機送風機軸承750538除塵風機軸承1.68mm/s設備狀態(tài)的判定機械故障診斷技術專家講座第26頁設備狀態(tài)的判定機械故障診斷技術專家講座第27頁9.類比判斷標準當有數(shù)臺機型相同，規(guī)格一致設備，在相同條件下對它們進行同等測量時，普通按以下標準判斷：1）在低頻段(≤1000Hz)測量，其振動值大于其它大多數(shù)設備振動值l倍以上時，判為異常；在高頻段(>1000Hz)實測振動值大于正常值2倍以上時，判為異常。2）在低頻段測量，若其振動值大于其它設備2倍以上；或高頻段振動測值大于其它設備4倍以上時，普通判為故障嚴重，應考慮停機修理。設備狀態(tài)的判定機械故障診斷技術專家講座第28頁10.管道振動判斷標準

機器設備異常振動有時會引發(fā)與之相連接管道振動器一樣，管道異常振動（如壓氣管道振動）也會造成設備振動超差。（1）管道振動速度判斷標準1984年加拿大梅特提出管道和機器振動速度現(xiàn)場判斷標準。設備狀態(tài)的判定機械故障診斷技術專家講座第29頁（2）管道振動位移判斷標準日本西南研究所曾經作出了一個允許管道振動標準。設備狀態(tài)的判定機械故障診斷技術專家講座第30頁5．2設備狀態(tài)劣化趨勢分析5．2．1狀態(tài)趨勢分析在故障監(jiān)測預警中作用

設備診療實質就是設備運行狀態(tài)識別。在工業(yè)現(xiàn)場有兩類設備診療模式都在應用：一類是在線故障監(jiān)測診療系統(tǒng)，它依靠復雜測試分析系統(tǒng)對主要設備進行24小時連續(xù)監(jiān)測分析。另一類是采取便攜式儀器，對設備進行定時巡檢，統(tǒng)計所測定參數(shù)，依據(jù)在時間歷程數(shù)據(jù)進行故障判斷、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、定測量儀器五定作業(yè)制度。設備狀態(tài)的判定機械故障診斷技術專家講座第31頁這兩種設備診療模式都在使用過程中產生大量含有時間序列特征數(shù)據(jù)，是設備狀態(tài)劣化趨勢分析基礎。趨勢分析屬于預測技術，對于設備劣化趨勢分析屬于設備趨勢管理內容，也是狀態(tài)預知維修與其它維修方式相比，所含有顯著而獨特方式，其目標是從過去和現(xiàn)在已知情況出發(fā)，利用一定技術伎倆，去分析設備正常、異常和故障三種狀態(tài)，推測故障發(fā)展過程，有利維修決議和過程控制。設備劣化趨勢分析作用有：l）檢驗設備狀態(tài)是否處于控制范圍以內；2）觀察設備狀態(tài)改變趨向或現(xiàn)實情況；3）預測設備狀態(tài)發(fā)展到危險水平時間；4）早期發(fā)覺設備異常，及時采取對策；5）及時找出有問題設備(提交精密診療)。設備狀態(tài)的判定機械故障診斷技術專家講座第32頁趨勢分析圖例

設備劣化趨勢分析數(shù)據(jù)類型：*能夠是狀態(tài)信號分析中各項時域指標；*也能夠是頻譜分析中某一特征頻率振幅；*或者是執(zhí)行點巡檢制度所取得統(tǒng)計數(shù)據(jù)。圖5—5是時域指標趨勢分析圖例。其中：最下面趨勢曲線是有效值Vrms；中間趨勢曲線是峰值指標；最上面是劣化指標—峭度值Cq。圖5—5時域指標趨勢分析圖例因為Cq對軸承缺點十分敏感，不易受型號參數(shù)、轉速、負荷、溫度等影響，且其在正常狀態(tài)下標準值=3，故慣用于故障診療中作為趨勢分析第一項指標。設備狀態(tài)的判定機械故障診斷技術專家講座第33頁例：熱軋機軋輥趨勢分析管理圖表。設備狀態(tài)的判定機械故障診斷技術專家講座第34頁設備狀態(tài)的判定機械故障診斷技術專家講座第35頁設備狀態(tài)的判定機械故障診斷技術專家講座第36頁繪制趨勢管理圖步驟第1步制作圖表格式

首先要編制如圖5-6所表示表，在左上欄繪出設備簡圖，標明測點。設備規(guī)格參數(shù)是診療主要依據(jù)，必須從實填寫。第2步標明刻度

低頻領域Lo以振動速度表示，選擇適當計量單位，如圖所表示范圍在0.5—5.0cm／s之間。中頻領域Hd及高頻領域Hi以加速度g為計量單位，范圍在（0.1～0.6）g之間。這些刻度能夠依據(jù)詳細設備振動情況自行劃分。第3步填入標準值

把設備在正常狀態(tài)下振動平均值作為標準值記入圖表。當無歷史數(shù)據(jù)或經驗數(shù)據(jù)以確定標準值時，可用正常狀態(tài)下振動平均值取代。其方法為：在認為設備處于正常狀態(tài)時，測定N個（≥20）振值x1、x2…、xn，并以其平均值作為標準值。這個做法又稱基準線預計。設備狀態(tài)的判定機械故障診斷技術專家講座第37頁其計算公式為：第4步填入判斷標準

需填入報警(Caution)值Xc及危險(Danger)值Xd，當無歷史數(shù)據(jù)或經驗數(shù)據(jù)時，可利用第3步中在正常狀態(tài)下測得N個振值，首先計算出標準方差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。設備狀態(tài)的判定機械故障診斷技術專家講座第38頁第5步按時間序列填寫測定值

按要求點檢測定周期，對被監(jiān)測設備各要求測點進行設備狀態(tài)參數(shù)測取，然后將測得值按時間序列先后填入表格，用曲線或折線將這些數(shù)據(jù)點連接起來，組成了設備狀態(tài)參數(shù)趨勢曲線。分析：從圖中能夠看到1月23日有2路臨測信號測量值表現(xiàn)出突然升高，是正常值2.5～5倍，所以需要安排檢修計劃，準備備品備件，確定施工方案等，在2月27日～3月1日檢修中分別堅固松馳螺栓和更換軋輥軸承。設備狀態(tài)的判定機械故障診斷技術專家講座第39頁5．2．2趨勢分析應用方法

設備劣化趨勢分析第一個任務是觀察近期設備振動發(fā)展情況，判斷是否存在異常；第二個任務是預測設備狀態(tài)到達危險值時間，方便及早采取預防性辦法，以利于檢修計劃安排。數(shù)據(jù)不規(guī)則性檢驗即便是趨勢管理圖中總體測量值都是位于注意范圍之內，也必須經常注意有沒有任何特殊趨勢。因為設備如在正常狀態(tài)