故障诊断0810

1、?1?2内内 容容 提提 要要n趋势分析诊断法 通频值趋势分析 频谱趋势分析 报警值和危险值的确定 n相关分析诊断法 自相关分析 互相关分析n倒频谱分析诊断法n状态监测和故障诊断n故障诊断的各种手段n监测仪器的分类及其选用 离线仪器和在线系统n频谱分析诊断法 不同故障的特征频率 不平衡、不对中、松动、 轴承故障、齿轮故障举例 ?3n在设备运行运行中或在基本不拆卸基本不拆卸的情况下，n通过各种手段，掌握设备运行状态掌握设备运行状态，n判定产生故障的部位和原因故障的部位和原因，n并预测、预报设备未来的状态。什么是状态监测和故障诊断？什么是状态监测和故障诊断？_是防止事故和计划外停机的有效手段。_是

2、预知维修的基础，是设备维修的发展方向。?4监测和诊断的各种手段监测和诊断的各种手段 振动：振动：适用于旋转机械、往复机械、轴承、齿轮等。 温度（红外）：温度（红外）：适用于工业炉窑、热力机械、电机、电器等。 声发射：声发射：适用于压力容器、往复机械、轴承、齿轮等。 油液（铁谱）油液（铁谱） ：适用于齿轮箱、设备润滑系统、电力变压器等。 无损检测：无损检测：采用物理化学方法，用于关键零部件的故障检测。 压力：压力：适用于液压系统、流体机械、内燃机和液力耦合器等。 强度：强度：适用于工程结构、起重机械、锻压机械等。 表面：表面：适用于设备关键零部件表面检查和管道内孔检查等。 工况参数：工况参数：适

3、用于流程工业和生产线上的主要设备等。 电气：电气：适用于电机、电器、输变电设备、电工仪表等。?5仪器分类仪器分类：n离线测量仪表 便携式测振表 数据采集器n在线测量系统 表盘式的 计算机化的监测和诊断仪器的分类和选用监测和诊断仪器的分类和选用仪器选用原则仪器选用原则： 被监测对象在生产中的地位 生产的规模和产量 预计的投资 设备管理人员的水平和素质?6振动监测系统的分类和选择设备类型损坏后果推荐监测手段主 要 功 能大约价格关键设备完全停产100%计算机化的监测系统振动幅值、频谱的连续监测数据存储、数据比较，数据文件管理趋势分析、谱趋势分析启、停车等瞬态过程数据收集超限报警、保护，事故记忆故障

4、诊断，人工智能，联网，远程等数十万元以上重要设备部分停产50100%表盘式的监测系统振动幅值的连续监测超限报警、保护数据存储、比较，趋势分析几万数十万元一般设备部分停产或不停产050%数据采集器振动幅值、频谱的周期采集数据存储和管理数据比较，趋势分析几万元便携测振表振动幅值的采集简单的频率分析几千元监测和诊断仪器的分类和功能监测和诊断仪器的分类和功能?7监测和诊断仪器选用监测和诊断仪器选用在线监测数据自动采集离线监测数据周期采集25重要机器重要机器5关键机器关键机器30一般重要机器一般重要机器20次要机器次要机器20普通机器普通机器不监测用坏为止透平机压缩机汽轮发电机组燃气轮机大电机大、中型泵

5、风机齿轮箱小电机小型泵通风机?8测振表的外形和工作框图测振表的外形和工作框图阻抗变换前置放大指示选频网络微积分检波主放大电池灵敏度调节传感器输入交流输出 直流输出?9计算机存贮器打印机屏 幕软件放大接口存贮显示时钟电池管理环节传感器数据采集器计算机及外部设备数据采集器的外形数据采集器的外形和工作框图和工作框图?10数据采集器的工作流程数据采集器的工作流程主 菜 单趋势分析显示和打印调用存储数据趋势分析和谱趋势分析巡检准备输入组态信息清除内存出发巡检校对时钟数据处理下载数据数据比较巡检报表频谱分析频谱图轨迹图显示和打印轨迹分析定巡检路线新开巡检组定设备和测点定测量参数更改测量参数增减设备和测点增

6、减巡检组组 态打印组态表?11典型的表盘式监测系统典型的表盘式监测系统双通道振动表推力瓦位和瓦温表振动传感器在瓦盖上水泵的监测系统水泵的监测系统?12典型的表盘式监测系统典型的表盘式监测系统前置器双通道轴位表推力瓦温表键相信号双通道轴振表径向瓦温表键相传感器90度布置的两涡流传感器推力瓦温传感器径向瓦温传感器轴向位置传感器报警信号输出离心压缩机离心压缩机监测系统监测系统?13计算机化的监测系统框图计算机化的监测系统框图 n最简单的计算机化监测系统。n单一计算机完成数据采集、管理、数据分析、人机对话等功能。存贮器打印机屏 幕软件适调放大切换装置A/D变换器来自传感器监测仪表计算机?14汽轮发电机

7、组的监测系统框图汽轮发电机组的监测系统框图下位机分析处理联网显示存贮人机对话通讯适调放大适调放大限幅整形光电隔离光电隔离光电隔离同步采样采样上位机振动信号（快变）温度、压力信号（慢变）键相信号?15精密诊断的方法精密诊断的方法n频谱分析法n趋势分析法n时域分析法 波形分析、相关函数分析n倒频谱分析法n模态分析法n随机减量法n冲击脉冲法（SPM）其他数学方法 模式识别法 模糊诊断法 故障树诊断法 神经网络法 小波分析法 灰色系统法 分形几何法?16频谱分析法频谱分析法n频谱分析法是最基本和最常用的故障诊断方法。n每种故障有其对应的特征频率。n根据特征频率及其变化确定机器的故障性质和严重程度。?1

8、7转动机械常见故障的频率特征转动机械常见故障的频率特征强迫振动类故障强迫振动类故障自激振动类故障自激振动类故障R: 转动频率故障名称 频率特征 转动特征 故障名称 频率特征 转动特征 不平衡 1R 同步正进动 油膜涡动 (0.40.49)R 正进动 永久弯曲 1R 同步正进动 油膜振荡 等于低阶固有频率 正进动 不对中 2R 正进动 气隙振荡 等于低阶固有频率 正进动 磁拉力 不平衡 2NR N 为磁极对数 正进动 内腔积液 失稳前 0.5R 失稳后为低阶固有频率 正进动 松 动 1R, 2R 等 也有 1.5R, 2.5R 等 转子内阻 失稳前 0.5R 失稳后为低阶固有频率 正进动 齿轮故

9、障 啮合频率等于 齿数R ， 边带频率 径向摩擦 失稳前小于低阶固有频率 失稳后等于低阶固有频率 反进动 滚动轴承 外环故障 内环故障 滚珠故障 轴向摩擦 失稳前小于低阶固有频率 失稳后等于低阶固有频率 ?18转子不平衡故障的频谱转子不平衡故障的频谱n波形为简谐波，少毛刺。n轴心轨迹为圆或椭圆。n1X频率为主。n轴向振动不大。n振幅随转速升高而增大。n过临界转速有共振峰。透平风机TOTI齿轮箱1X频率(水平)1X频率(水平)1X频率(铅垂)1X频率(铅垂)轴向很小轴向很小?19转子不平衡的类型转子不平衡的类型不平衡类型 特 征 消除措施 质量不平衡 低速晃动小 平衡 永久弯曲 低速晃动大 静态

10、校直 热弯曲 振动随负荷增大，但有滞后 找出原因 部件位移或脱落 振动阶跃增加，然后稳定 停车检查 部件结垢 振动缓慢增加，轴向振动和轴向推力增大，机器效率降低 清垢 联轴器不平衡 相邻轴承振动大，相位相同 平衡 ?20转子不对中故障的频谱转子不对中故障的频谱 n出现 2X 频率成分。n轴心轨迹成香蕉形或8字形。n轴向振动一般较大。n本例中，出现叶片通过频率。电机水泵POPIMOMI1X 频率2X 频率叶片通过频率?21转子不对中的类型转子不对中的类型正确对中 e = 0, = 0平行不对中 e 0, = 0角度不对中 e = 0, 0综合不对中 e 0, 0?22不同联轴节的情况不同联轴节的

11、情况联轴节类型 不对中形式 振 动 特 征刚性联轴节 平行不对中 有2X成分 角度不对中 轴向振动1X成分大 轴向振动大，有2X及高次谐波齿式联轴节 径向振动可能有2X、3X、4X 联轴节两侧振动的相位常相反膜片联轴节 有nX 成分（n为螺钉数）?23转子系统松动故障的频谱转子系统松动故障的频谱n波形出现许多毛刺。n谱图中噪声水平高。n出现精确的倍频2X，3X等成分。n松动结合面两边，振幅有明显差别。电机水泵POPI转速的精确倍频成分本例中最高出现16X成分噪声水平高?24松动故障引起的间入谐量松动故障引起的间入谐量n未松动时的频未松动时的频谱谱n松动时的频谱松动时的频谱 出现0.5X，1.5

12、X，2.5X，3.5X.等频率成分?25松动结合面两边振动差别大松动结合面两边振动差别大50353815101218402558松动！松动！不松动不松动?26D 节圆直径d 滚珠直径 接触角z 滚珠数R 轴的转速频率滚动轴承故障的特征频率滚动轴承故障的特征频率 dD外环故障频率内环故障频率滚珠故障频率保持架碰外环保持架碰内环RDdzf)cos1 (2RDdzf)cos1 (2RDddDf22cos)(1RDdf)cos1 (21RDdf)cos1 (21?27滚动轴承故障的频谱滚动轴承故障的频谱 n轴承每一种零件有其特殊的故障频率。n随着故障发展，它的幅值增加，并有谐波；谐波两边产生边频。n还

13、可用如共振解调、倒频谱等诊断方法。电机离心泵PIPO1X2X频率故障基本频率6.71X基本频率的四个谐波?28带滚动轴承的机械的频谱特点带滚动轴承的机械的频谱特点 不平衡不对中松动滚动轴承故障频率0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50RFrequency in order3.53.02.52.01.51.00.50Velocity in mm/s pk?29带滑动轴承的机械的频谱特点带滑动轴承的机械的频谱特点不对中松动引起的谐波不平衡油膜涡动、碰摩0 2 4 6 8 10 12 14 16Frequency in orderDisplacement in m pk to

14、pk12.510.07.55.02.50?30齿轮故障的频谱齿轮故障的频谱n齿轮啮合频率 GMF 齿数齿轮转速频率n齿轮啮合频率两边有边频，间距为1X。n随着齿轮故障发展，边频越来越丰富，幅值增加。n可用倒频谱作进一步分析。OUBSISOL齿轮箱上辊下辊输入轴啮合频率GMF上边频下边频2X?31趋势分析法的理论根据趋势分析法的理论根据n监视机器的劣化过程n预测机器的失效时间正常使用期耗损期磨合期故障率时间“浴盆曲线”停机日期报警日期故障征兆时间劣化曲线报警值危险值?32通频值趋势分析通频值趋势分析报警值报警值危险值危险值停机日期停机日期报警日期报警日期?33确定报警值和危险值的方法确定报警值和

15、危险值的方法 绝对法绝对法 根据相应的国际标准、国家标准、行业标准等， 如： ISO， GB， API 等。 相对法相对法 以机器正常状态的振动值作为基数，自己和自己比。 ?34转机振动标准举例转机振动标准举例( (轴承振动轴承振动) )ISO2372ISO2372，ISO3945ISO3945振动烈度：振动速度的有效值测量频率范围 101000HzI 级：小型机械 例 15kW以下电机II级：中型机械 例 1575kW以下电机 和300kW以下机械III级：大型机械，刚性基础 60012000r/minIV 级：大型机械，弹性基础 60012000r/minA优优，B良，良，C可可，D不可不

16、可振动烈度mm/s 设 备 分 级 范 围 限 值 I 级 II 级 III 级 IV级 0.28 0.45 0.71 A A A 1.12 A A A 1.8 B B B A A A 2.8 B B B A A A 4.5 C C C B B B 7.1 C C C B B B 11.2 C C C 18 C C C 28 45 71 0.28 0.45 0.71 1.12 1.8 2.8 4.5 7.1 11.2 18 28 45 D D D D D D D D D D D D ?35(轴振动)转机振动标准举例转机振动标准举例VDI德国工程师协会IEC 国际电工协会API 美国石油协会NE

17、MA MITI/JEAC ?36相对法确定振动限值相对法确定振动限值1 2 3 4 5 6 7 8滚动轴承滚动轴承齿齿 轮轮旋转机械旋转机械滑动轴承滑动轴承(23) (46) 报警值危险值正常值正常值?37相关分析及其应用相关分析及其应用n自相关函数的定义n自相关分析的应用n互相关函数的定义n互相关分析的应用?38自相关函数的定义自相关函数的定义n信号和其延迟信号的乘积在一定时间内的平均值。n反映信号x(t)和其延迟信号x(t + )的相似程度。TTxttxtxTR0d)()(1lim)(?39典型信号的自相关函数典型信号的自相关函数正弦正弦 随机窄带随机宽带随机?40Rx()随 很快衰减至零

18、，信号为宽带随机。Rx()出现周期成分，机器有周期冲击。把各轴的转动频率和T 对比，可确定故障来自哪根轴。自相关分析的应用自相关分析的应用 C630车床主轴箱的故障诊断车床主轴箱的故障诊断?41互相关函数的定义互相关函数的定义n信号和另一延迟信号的乘积在一定时间内的平均值。n反映信号x(t)和另一延迟信号y(t + )的相似程度。TTxyttytxTR0d)()(1lim)(?42互相关分析的应用互相关分析的应用确定管道泄漏故障点确定管道泄漏故障点Rx1x2()的尖峰的横坐标0是3点振动传播到点1和2的时间差故1和2的中点到泄漏点3的位置 s0.5v 0 v 为声在管道中传播速度?43互相关函

19、数的应用互相关函数的应用振源的确定振源的确定y(t)与x2(t) 的互相关比y(t)与x1(t) 的互相关强，判明驾驶座 的振动主要来自后轮。根据Rx2y()的尖峰的横坐标可确定振动传播的时间。?44倒频谱分析诊断法倒频谱分析诊断法n倒频谱分析用于识别频谱图中的周期结构n倒频谱的定义和有关的术语n倒频谱分析主要应用于滚动轴承和齿轮的故障诊断?45滚动轴承故障的频谱滚动轴承故障的频谱 n轴承每一种零件故障有其特殊的故障频率。n随着故障发展，会产生故障频率的谐波和边频带。n多个故障并存时，频谱图很复杂，难以识别。电机离心泵PIPO1X2X频率故障基本频率6.71X基本频率的四个谐波?46齿轮故障的

20、频谱齿轮故障的频谱 n每对齿轮有一啮合频率。n随着故障发展，会产生啮合频率的谐波和边频带。n有多种故障和多对齿轮时，频谱图很复杂，难以识别。OUIUILOL齿轮箱上辊下辊输入轴啮合频率GMF上边频下边频2X?47 倒频谱是对数功率谱的频谱。 通俗地说，倒频谱是频谱图的频谱。 它突出了频谱图中的周期成分。 倒频谱图的横坐标为倒频率（时间）。倒频谱的定义倒频谱的定义log (Fxx( f ) c( )FFT?48倒频谱的有关术语倒频谱的有关术语 参照频谱的术语，定义了倒频谱的一些新术语频谱频谱 (Spectrum) 倒频谱倒频谱 (Cepstrum)频率频率 (Frequency) 倒频率倒频率

21、(Quefrency)幅值幅值 (Magnitude) 倒幅值倒幅值 (Gamnitude)谐波谐波 (Harmonics) 倒谐波倒谐波 (Rahmonics)相位 (Phase) 倒相位 (Saphe)?49 齿轮轴承故障的频谱是带有上下边频的许多谐波。 倒频谱分析突出了频谱图中的周期成分。倒频谱分析示意倒频谱分析示意f /Hzf /Hzq/msq/msFFTFFTOOOO频谱图倒频谱图?50倒频谱分析的特点倒频谱分析的特点n能显示频谱图中不明显（被淹没）的复杂的周期频谱结构，并精确地确定其倒频率（振动周期）。n倒频谱的主要峰值是大量周期分量的平均值，数值较稳定，它可作为评定机械状态的一个指标。n对从振源到测点之间信号传递路径的变化不大敏感。?51倒频谱分析的应用倒频谱分析的应用齿轮信号中确定周期成分齿轮信号中确定周期成分(一一)n电机轴50Hz，63个齿n水泵轴121Hz，26个齿n频谱图中看到