机械故障诊断第5章 (2012-10-26)课件

1、机械故障诊断机械故障诊断主讲主讲: :刘贵杰刘贵杰20122012年年1010月月2626日日第第5章章 设备状态的判定与趋势分析设备状态的判定与趋势分析5.1 5.1 设备状态诊断标准设备状态诊断标准5.1.1 5.1.1 振动诊断标准的判定参数振动诊断标准的判定参数设备振动诊断标准设备振动诊断标准 ( (或称判定标准或称判定标准) )是通过振动测试与分是通过振动测试与分析，用来评价设备技术状态的一种标准。在选好对象设备，析，用来评价设备技术状态的一种标准。在选好对象设备，决定测试方案之后，就要进行认真的测试。而对所测得的数决定测试方案之后，就要进行认真的测试。而对所测得的数值如何，判定它是

2、正常值还是异常值或故障值，就需要依靠值如何，判定它是正常值还是异常值或故障值，就需要依靠诊断标准的帮助。因此诊断标准的制订和应用是设备诊断工诊断标准的帮助。因此诊断标准的制订和应用是设备诊断工作中一项十分重要和必不可少的任务。作中一项十分重要和必不可少的任务。理论证明，振动部件的疲劳是与振动速度成正比，而振动理论证明，振动部件的疲劳是与振动速度成正比，而振动所产生的能量则是与振动速度的平方成正比，由于能量传递所产生的能量则是与振动速度的平方成正比，由于能量传递的结果造成了磨损和其他缺陷，因此，在振动诊断判定标准的结果造成了磨损和其他缺陷，因此，在振动诊断判定标准中，是以速度为准比较适宜。中，是

3、以速度为准比较适宜。对于大多数的机器设备，最佳参数是也速度，对于大多数的机器设备，最佳参数是也速度，这也就是为什么有很多诊断标准，如这也就是为什么有很多诊断标准，如IS02372、IS03945及及VDl2056（德）等采用该参数的（德）等采用该参数的原因，当然也还有一些标准，根据设备的低、原因，当然也还有一些标准，根据设备的低、高频工作状态，分别选用振幅高频工作状态，分别选用振幅(位移位移)和加速度。和加速度。5.1.1 振动诊断标准的判定参数振动诊断标准的判定参数根据判定标准的制定方法的不同，通常将振动判定根据判定标准的制定方法的不同，通常将振动判定标准分为三类。标准分为三类。1 1）绝对

4、判定标准）绝对判定标准绝对判定标准由某些权威机构颁布实施。由国家颁绝对判定标准由某些权威机构颁布实施。由国家颁布的国家标准又称为法定标准，具有强制执行的法律布的国家标准又称为法定标准，具有强制执行的法律效力。还有由行业协会颁布的标准，称为行业标准，效力。还有由行业协会颁布的标准，称为行业标准，国际标准化协会国际标准化协会ISOISO颁布的国际标准。以及大企业集颁布的国际标准。以及大企业集团联合体颁布的企业集团标准。这些标准都是绝对判团联合体颁布的企业集团标准。这些标准都是绝对判定标准，其适用范围覆盖颁布机构所管辖的区域。定标准，其适用范围覆盖颁布机构所管辖的区域。5.1.2 状态判定标准的分类

5、状态判定标准的分类 国际标准、国家标准、行业标准、企业集团标准国际标准、国家标准、行业标准、企业集团标准都是根据某类设备长期使用、观测、维修及测试后的都是根据某类设备长期使用、观测、维修及测试后的经验总结，并规定了相应的测试方法。因此在使用这经验总结，并规定了相应的测试方法。因此在使用这些标准时，必需按规定的适用范围和测定方法操作。些标准时，必需按规定的适用范围和测定方法操作。目前应用较广泛的是：目前应用较广泛的是：ISO 2372 机器振动的评价标准基础机器振动的评价标准基础ISO 3945 振动烈度的现场测定与评定振动烈度的现场测定与评定CDA/MS/NVSH 107 轴承振动测量的判轴承

6、振动测量的判据据VDI 2056 震动烈度判据（德国标准）等震动烈度判据（德国标准）等5.1.2 状态判定标准的分类状态判定标准的分类2 2）相对判定标准）相对判定标准 相对判定标准是对同一设备，在同一部位定期相对判定标准是对同一设备，在同一部位定期测测试，按某个时刻的正常值作为判定基准，而根据实试，按某个时刻的正常值作为判定基准，而根据实测测值与基准值的倍数，进行设备状态判定的方法。值与基准值的倍数，进行设备状态判定的方法。 由于是基于设备自身某时刻的测量值作为判定由于是基于设备自身某时刻的测量值作为判定基基准，所以称为相对判定标准。准，所以称为相对判定标准。5.1.2 状态判定标准的分类状

7、态判定标准的分类 3 3）类比判定标准）类比判定标准 相对判定标准是建立在长期对某一设备的测相对判定标准是建立在长期对某一设备的测量数据的基础上。若某个设备运行时间不长、量数据的基础上。若某个设备运行时间不长、或没有建立长期测量数据的基础，在对设备进或没有建立长期测量数据的基础，在对设备进行状态判定时，可以采用类比判定标准。行状态判定时，可以采用类比判定标准。 类比判定标准是对多台同样设备在相同条件类比判定标准是对多台同样设备在相同条件下运行时，通过对各设备的同一部位的测量值下运行时，通过对各设备的同一部位的测量值进行相互对比，来判定设备状态的方法。进行相互对比，来判定设备状态的方法。5.1.

8、2 状态判定标准的分类状态判定标准的分类1 1旋转机械振动标准旋转机械振动标准(1)(1)旋转机械几个常用的绝对标准旋转机械几个常用的绝对标准 目前，旋转机械常用的振动诊断标准有国际标准目前，旋转机械常用的振动诊断标准有国际标准化组织颁布的化组织颁布的ISO 2372ISO 2372和和ISO 3945ISO 3945，德国标准，德国标准VDI VDI 1205612056，英国标准，英国标准BS4675BS4675，我国国家标准，我国国家标准GBGBT1l347T1l347一一19891989等。这些标准在数值级别上大同小异，但在各等。这些标准在数值级别上大同小异，但在各类诊断文献中常以各自

9、的标准名称出现。类诊断文献中常以各自的标准名称出现。5.1.3 振动判定标准介绍振动判定标准介绍振动强度振动强度ISO 2372ISO 3945分级范围分级范围速度有效值速度有效值mm/s级级级级级级级级刚性刚性基础基础柔性柔性基础基础0.280.280.450.711.121.802.804.507.1011.2182845AAAA优优优优0.450.711.12B1.80B2.80CB良良4.50CB良良7.10DC可可11.2DC可可18D不可不可28D不可不可4571 表表5-1 ISO 2372和和ISO 3945机械振动诊断标准机械振动诊断标准 表表55 55 旋转机械振动诊断的相

10、对标准旋转机械振动诊断的相对标准注：注：1 1本标准的判断依据有二：本标准的判断依据有二：(1)(1)实际测量振动值与其初始值之比；实际测量振动值与其初始值之比； (2) (2)所测振动信号的所测振动信号的 频率范围。频率范围。 2 2标准将设备状态的评判分为三个等级：标准将设备状态的评判分为三个等级：“良好良好注意注意”、“危险危险”。振动频率振动频率1234567低频振动（低频振动（1000Hz）良好良好注意注意危险危险高频振动（高频振动（1000Hz1000Hz）良好良好注意注意危险危险实测值与初值之 比（2）旋转机械相对标准）旋转机械相对标准（3 3）电动机振动标准）电动机振动标准电动

11、机也属于旋转机械。它是一种原动机，为它制定了专用标准电动机也属于旋转机械。它是一种原动机，为它制定了专用标准后，便于单机检测，有利于加强对电动机的维护管理。国际标准化后，便于单机检测，有利于加强对电动机的维护管理。国际标准化组织制订的组织制订的ISO32373ISO32373标准和德国标准标准和德国标准DIN45665DIN45665，在内容上是相同的，在内容上是相同的，故合并列于表故合并列于表5-65-6。表表56 ISO3237356 ISO32373和和DIN45665 DIN45665 电动机振动标准电动机振动标准注：注：1 1本标准把电动机按其中心高度本标准把电动机按其中心高度(H)

12、(H)分为三个类型，中心高度越大，振动阈值越大。分为三个类型，中心高度越大，振动阈值越大。2 2电动机状态判别分为三个等级：正常、良好、特佳。电动机状态判别分为三个等级：正常、良好、特佳。3 3本标准是指电动机在空转（不带负荷）条件下的阈值。本标准是指电动机在空转（不带负荷）条件下的阈值。4 4诊断参数为速度有效值诊断参数为速度有效值(Vrms)(Vrms)。质量等级质量等级转速转速r/min电动机中心高电动机中心高H=80400mm，允许最大，允许最大Vrms(mm/s)SH132132H225225H400N（正常值）（正常值）60036001.82.84.5H（良好级）（良好级）6001

13、8000.711.121.8180036001.121.82.8S（特佳级）（特佳级）60018000.450.711.12180036000.711.121.8(4) (4) 汽轮机及汽轮发电机组振动标准汽轮机及汽轮发电机组振动标准汽轮机也属于旋转机械的类型。表汽轮机也属于旋转机械的类型。表5 5一一7 7为我国水电部于为我国水电部于19591959年年颁布的颁布的电力工业技术管理法规电力工业技术管理法规，其中规定，其中规定1500r1500rminmin、3000r3000rminmin和和5000r5000rminmin之内的汽轮发电机组轴承的振动标准。之内的汽轮发电机组轴承的振动标准。

14、 表表5 5一一7 7 水电部汽轮发电机组振动标准（轴承双振幅允许值）水电部汽轮发电机组振动标准（轴承双振幅允许值）注：注：1 1本标准规定测点位置在轴承处的垂直和水平方向。本标准规定测点位置在轴承处的垂直和水平方向。 2 2阈值的大小取决于汽轮机的转速，转速愈大，振动位移允许值愈小。阈值的大小取决于汽轮机的转速，转速愈大，振动位移允许值愈小。 3 3状态评判分为三个等级：状态评判分为三个等级：“优优”、“良良”、“合格合格”。 4 4诊断参数为位移峰峰值诊断参数为位移峰峰值( (即双振幅即双振幅) )。转速转速r/min标准（标准（Dp-p / m）优优良良合格合格150030以下以下50以

15、下以下70以下以下300020以下以下30以下以下50以下以下300010以下以下30以下以下30以下以下 表表5858为国际电工委员会为国际电工委员会(IEC)(IEC)推荐的汽轮机振动标准推荐的汽轮机振动标准注：注：1 1本标准按转速将汽轮机分为五种类型，随转速增大：汽轮机允许振幅减小。本标准按转速将汽轮机分为五种类型，随转速增大：汽轮机允许振幅减小。 2 2表中分别列出两种测量方式的标准值，即：测量轴承与测轴，轴振动允许值约为轴承表中分别列出两种测量方式的标准值，即：测量轴承与测轴，轴振动允许值约为轴承振动的振动的2 2倍。倍。 3 3测量参数为位移峰峰值。测量参数为位移峰峰值。 (5)

16、(5)离心鼓风机和压缩机振动标准离心鼓风机和压缩机振动标准表表5959为机电部关于为机电部关于离心鼓风机和压缩机技术条件离心鼓风机和压缩机技术条件中规定的轴承振中规定的轴承振动标准。动标准。表表59 59 离心鼓风机和压缩机技术振动标准离心鼓风机和压缩机技术振动标准注：注：1 1本标准按转速将离心鼓风机和压缩机分为本标准按转速将离心鼓风机和压缩机分为4 4个类型，转速越高，允许振动值越小。个类型，转速越高，允许振动值越小。 2 2测点部位分两种型式：主轴轴承和齿轮箱轴承，后者振动值允差略高予前者。测点部位分两种型式：主轴轴承和齿轮箱轴承，后者振动值允差略高予前者。 3 3诊断参数为振动位移峰峰

17、值诊断参数为振动位移峰峰值( (双幅双幅) )。标准（标准（Dp-p |m）转速转速 （r/min）10001500300036006000轴承上轴承上7550252112轴上（靠近轴承）轴上（靠近轴承）150100504420标准（标准（Dp-p |m）转速转速 （r/min）10001500300036006000轴承上轴承上7550252112轴上（靠近轴承）轴上（靠近轴承）150100504420(6)(6)行业设备判断标准行业设备判断标准国内有的部门也曾制定了本行业的设备判断标准。表国内有的部门也曾制定了本行业的设备判断标准。表5-13 5-13 是化工行业是化工行业制订的几种设备的

18、振动标准。制订的几种设备的振动标准。表表5-13 5-13 部分化工设备的振幅标准部分化工设备的振幅标准序号序号设备类别设备类别设备转速设备转速r/min允许全振幅允许全振幅mm标准代号标准代号1活塞式压缩机活塞式压缩机基础振动基础振动2004004000.250.150.10HGJ1018792汽轮机汽轮机0.02HGJ1019793离心式压缩机离心式压缩机0.015HGJ1020794离心式冷冻机离心式冷冻机0.015HGJ1021795螺杆式压缩机螺杆式压缩机0.05HGJ1022796离心式通离心式通(鼓鼓)风机风机1000150020002500300040000.120.110.1

19、00.090.060.05HGJ1024797轴流式通风机轴流式通风机0.15HGJ102579(7)(7)部分引进设备振动标准部分引进设备振动标准表表5-15 5-15 日本制造厂为宝钢引进设备提供的部分振动标准日本制造厂为宝钢引进设备提供的部分振动标准注：注：1 1本表所列全部是风机的振动标准。考虑的相关因素有：转速、功率、测点位置及本表所列全部是风机的振动标准。考虑的相关因素有：转速、功率、测点位置及 设备的作业地位等，这也是参考使用表中数据时应当考虑的。设备的作业地位等，这也是参考使用表中数据时应当考虑的。2 2判断参数为位移峰峰值判断参数为位移峰峰值(Dp-p)(Dp-p)。序号序号

20、设备名称设备名称测定位置测定位置功率功率KW转速转速r/min振动标准振动标准Dp-p m1高炉引风机高炉引风机轴轴48003000502烧结机主排风机烧结机主排风机轴承轴承93001000283转炉转炉OG风机风机轴承轴承31006001450804初轧均热炉风机初轧均热炉风机轴承轴承3701426805焦化煤气排送机焦化煤气排送机轴承轴承8307308306烧结余热回收风机烧结余热回收风机轴承轴承5701440337烧结冷却机送风机烧结冷却机送风机轴承轴承750538除尘风机除尘风机轴承轴承1.68 mm/s当有数台机型相同，规格一致的设备，在相同的条件当有数台机型相同，规格一致的设备，在

21、相同的条件下对它们进行同等测量时，一般按下列标准判断：下对它们进行同等测量时，一般按下列标准判断：1 1）在低频段）在低频段(1000Hz)(1000Hz)测量，其振动值大于其它大多测量，其振动值大于其它大多数设备振动值的数设备振动值的l l 倍以上时，判为异常；在高频段倍以上时，判为异常；在高频段(1000 (1000 Hz)Hz)实测振动值大于正常值的实测振动值大于正常值的2 2倍以上时，判为异常。倍以上时，判为异常。2 2）在低频段测量，若其振动值大于其他设备的）在低频段测量，若其振动值大于其他设备的2 2倍以倍以上；或高频段的振动测值大于其他设备上；或高频段的振动测值大于其他设备4 4

22、倍以上时，一般倍以上时，一般判为故障严重，应考虑停机修理。判为故障严重，应考虑停机修理。(8)(8)类比判断标准类比判断标准5.2 设备状态劣化趋势分析设备状态劣化趋势分析 5.2.1 5.2.1 状态趋势分析在故障监测预警中的作用状态趋势分析在故障监测预警中的作用设备诊断的实质就是设备运行状态识别。在工业现场有设备诊断的实质就是设备运行状态识别。在工业现场有两类设备诊断模式都在应用，一类是在线故障监测诊断系统，两类设备诊断模式都在应用，一类是在线故障监测诊断系统，它依靠复杂的测试分析系统对重要设备进行它依靠复杂的测试分析系统对重要设备进行2424小时的连续监小时的连续监测分析。另一种是采用便

23、携式仪器，对设备进行定期的巡检，测分析。另一种是采用便携式仪器，对设备进行定期的巡检，记录所测定的参数，根据在时间历程的数据进行故障判断、记录所测定的参数，根据在时间历程的数据进行故障判断、劣化趋势分析。这类模式称为点巡检制度。又称定人员、定劣化趋势分析。这类模式称为点巡检制度。又称定人员、定时间、定测点参数、定测点部位、定测量仪器的五定作业制时间、定测点参数、定测点部位、定测量仪器的五定作业制度。度。这两种设备诊断模式都在使用过程中产生大量的具有时这两种设备诊断模式都在使用过程中产生大量的具有时间序列特征的数据，是设备状态劣化趋势分析的基础。趋势间序列特征的数据，是设备状态劣化趋势分析的基础

24、。趋势分析属于预测技术，对于设备劣化趋势分析属于设备趋势管分析属于预测技术，对于设备劣化趋势分析属于设备趋势管 理的内容，也是状态预知维修与其他维修方式相比，所具理的内容，也是状态预知维修与其他维修方式相比，所具有的显著而独特的方式，其目标是从过去和现在的已知情有的显著而独特的方式，其目标是从过去和现在的已知情况出发，利用一定技术手段，去分析设备的正常、异常和况出发，利用一定技术手段，去分析设备的正常、异常和故障三种状态，推测故障的发展过程，有利维修决策和过故障三种状态，推测故障的发展过程，有利维修决策和过程控制。程控制。设备劣化趋势分析的作用有：设备劣化趋势分析的作用有：l l）检查设备状态

25、是否处于控制范围以内；）检查设备状态是否处于控制范围以内；2 2）观测设备状态的变化趋向或现实状况；）观测设备状态的变化趋向或现实状况；3 3）预测设备状态发展到危险水平的时间；）预测设备状态发展到危险水平的时间；4 4）早期发现设备异常，及时采取对策；）早期发现设备异常，及时采取对策；5 5）及时找出有问题的设备）及时找出有问题的设备( (提交精密诊断提交精密诊断) )。5.2 设备状态劣化趋势分析设备状态劣化趋势分析趋势图样例趋势图样例 设备劣化趋势分析的设备劣化趋势分析的数据类型可以是状态信号数据类型可以是状态信号分析中的各项时域指标，分析中的各项时域指标，也可以是频谱分析中的某也可以是

26、频谱分析中的某一特征频率的振幅，或者一特征频率的振幅，或者是执行点巡检制度所获得是执行点巡检制度所获得的记录数据。的记录数据。图图5555是时域指标的是时域指标的趋势分析图例。其中：最趋势分析图例。其中：最下面的趋势曲线是有效值下面的趋势曲线是有效值VrmsVrms；中间的趋势曲线是；中间的趋势曲线是峰值指标；最上面的是劣峰值指标；最上面的是劣化指标化指标峭度值峭度值2 2。图55 时域指标的趋势分析图例绘制趋势管理图的步骤绘制趋势管理图的步骤第第1 1步步 制作图表格式制作图表格式首先要编制如图首先要编制如图5656所示的表，在左上栏绘出设备简图，所示的表，在左上栏绘出设备简图，标明测点。设

27、备的规格参数是诊断的重要依据，必须从实填写。标明测点。设备的规格参数是诊断的重要依据，必须从实填写。第第2 2步步 标明刻度标明刻度低频领域以振动速度表示，选择合适的计量单位，如图所低频领域以振动速度表示，选择合适的计量单位，如图所示的范围在示的范围在0.0110cm0.0110cms s之间，每格为之间，每格为0.1cm/s0.1cm/s。中频领域中频领域H Hd d及高频领域及高频领域HiHi以加速度以加速度g g为计量单位。为计量单位。第第3 3步步 填入标准值填入标准值把设备在正常状态下的振值作为标准值把设备在正常状态下的振值作为标准值 记入图表。当记入图表。当无历史数据或经验数据以确

28、定标准值时，可用正常状态下无历史数据或经验数据以确定标准值时，可用正常状态下的振动平均值取代。的振动平均值取代。第第4 4步步 填入判断标准填入判断标准需填入报警需填入报警(Caution)(Caution)值值XcXc及危险及危险(Danger)(Danger)值值XdXd，当无历，当无历史数据或经验数据时，可利用第史数据或经验数据时，可利用第3 3步中在正常状态下测得的步中在正常状态下测得的N N个振值，首先计算出标准方差个振值，首先计算出标准方差，然后再利用，然后再利用计算出报计算出报警值警值XcXc及危险值及危险值XdXd。以上报警值和危险值都必须记入图中。以上报警值和危险值都必须记入图中。第第5 5步步 按时间序列填写测定值按时间序列填写测定值按规定的点检测定周期，对被监测的设备各规定测点进按规定的点检测定周期，对被监测的设备各规定测点进行设备状态参数的测取，然后将测得的值按时间序列的先行设备状