机械故障诊断第5章 (2012-10-26)

机械故障诊断主讲:刘贵杰2012年10月26日第5章设备状态的判定与趋势分析5.1设备状态诊断标准5.1.1振动诊断标准的判定参数设备振动诊断标准(或称判定标准)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，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中，是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，这也就是为什么有很多诊断标准，如IS02372、IS03945及VDl2056（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、高频工作状态，分别选用振幅(位移)和加速度。5.1.1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，通常将振动判定标准分为三类。1）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，国际标准化协会ISO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。目前应用较广泛的是：ISO2372《机器振动的评价标准基础》ISO3945《振动烈度的现场测定与评定》CDA/MS/NVSH107《轴承振动测量的判据》VDI2056《震动烈度判据》（德国标准）等5.1.2状态判定标准的分类2）相对判定标准相对判定标准是对同一设备，在同一部位定期测试，按某个时刻的正常值作为判定基准，而根据实测值与基准值的倍数，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基准，所以称为相对判定标准。5.1.2状态判定标准的分类3）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。5.1.2状态判定标准的分类1．旋转机械振动标准(1)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化组织颁布的ISO2372和ISO3945，德国标准VDI12056，英国标准BS4675，我国国家标准GB／T1l347一1989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的标准名称出现。5.1.3振动判定标准介绍振动强度ISO2372ISO3945分级范围速度有效值mm/sⅠ级Ⅱ级Ⅲ级Ⅳ级刚性基础柔性基础0.280.280.450.711.121.802.804.507.1011.2182845AAAA优优0.450.711.12B1.80B2.80CB良4.50CB良7.10DC可11.2DC可18D不可28D不可4571

表5-1ISO2372和ISO3945机械振动诊断标准

表5—5旋转机械振动诊断的相对标准注：1．本标准的判断依据有二：(1)实际测量振动值与其初始值之比；(2)所测振动信号的频率范围。2．标准将设备状态的评判分为三个等级：“良好…注意”、“危险”。振动频率1234567低频振动（≤1000Hz）良好注意危险高频振动（>1000Hz）良好注意危险实测值与初值之

比（2）旋转机械相对标准（3）电动机振动标准

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。国际标准化组织制订的ISO32373标准和德国标准DIN45665，在内容上是相同的，故合并列于表5-6。

表5—6ISO32373和DIN45665电动机振动标准注：1．本标准把电动机按其中心高度(H)分为三个类型，中心高度越大，振动阈值越大。2．电动机状态判别分为三个等级：正常、良好、特佳。3．本标准是指电动机在空转（不带负荷）条件下的阈值。4．诊断参数为速度有效值(Vrms)。质量等级转速r/min电动机中心高H=80～400mm，允许最大Vrms(mm/s)S≤H≤132132<H≤225225<H≤400N（正常值）600～36001.82.84.5H（良好级）600～18000.711.121.81800～36001.121.82.8S（特佳级）600～18000.450.711.121800～36000.711.121.8(4)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5一7为我国水电部于1959年颁布的《电力工业技术管理法规》，其中规定1500r／min、3000r／min和5000r／min之内的汽轮发电机组轴承的振动标准。

表5一7水电部汽轮发电机组振动标准（轴承双振幅允许值）注：1．本标准规定测点位置在轴承处的垂直和水平方向。

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。3．状态评判分为三个等级：“优”、“良”、“合格”。4．诊断参数为位移峰峰值(即双振幅)。转速r/min标准（Dp-p/μm）优良合格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

表5—8为国际电工委员会(IEC)推荐的汽轮机振动标准注：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。

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振动的2倍。3．测量参数为位移峰峰值。

(5)离心鼓风机和压缩机振动标准表5—9为机电部关于《离心鼓风机和压缩机技术条件》中规定的轴承振动标准。表5—9离心鼓风机和压缩机技术振动标准注：1．本标准按转速将离心鼓风机和压缩机分为4个类型，转速越高，允许振动值越小。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。3．诊断参数为振动位移峰峰值(双幅)。标准（Dp-p|μm）转速（r/min）≤1000150030003600≥6000轴承上7550252112轴上（靠近轴承）150100504420标准（Dp-p|μm）转速（r/min）≤1000150030003600≥6000轴承上7550252112轴上（靠近轴承）150100504420(6)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5-13是化工行业制订的几种设备的振动标准。表5-13部分化工设备的振幅标准序号设备类别设备转速r/min允许全振幅mm标准代号1活塞式压缩机①基础振动<200200～400>4000.250.150.10HGJ1018—792汽轮机0.02HGJ1019—793离心式压缩机0.015HGJ1020—794离心式冷冻机0.015HGJ1021—795螺杆式压缩机0.05HGJ1022—796离心式通(鼓)风机1000150020002500300040000.120.110.100.090.060.05HGJ1024—797轴流式通风机0.15HGJ1025—79(7)部分引进设备振动标准

表5-15日本制造厂为宝钢引进设备提供的部分振动标准注：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．判断参数为位移峰峰值(Dp-p)。序号设备名称测定位置功率KW转速r/min振动标准Dp-pμm1高炉引风机轴48003000502烧结机主排风机轴承93001000283转炉OG风机轴承3100600～1450804初轧均热炉风机轴承3701426805焦化煤气排送机轴承8307308306烧结余热回收风机轴承570～1440337烧结冷却机送风机轴承750538除尘风机轴承1.68mm/s当有数台机型相同，规格一致的设备，在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：1）在低频段(≤1000Hz)测量，其振动值大于其它大多数设备振动值的l倍以上时，判为异常；在高频段(>1000Hz)实测振动值大于正常值的2倍以上时，判为异常。2）在低频段测量，若其振动值大于其他设备的2倍以上；或高频段的振动测值大于其他设备4倍以上时，一般判为故障严重，应考虑停机修理。(8)类比判断标准5.2设备状态劣化趋势分析5.2.1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24小时的连续监测分析。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、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间序列特征的数据，是设备状态劣化趋势分析的基础。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，有利维修决策和过程控制。设备劣化趋势分析的作用有：l）检查设备状态是否处于控制范围以内；2）观测设备状态的变化趋向或现实状况；3）预测设备状态发展到危险水平的时间；4）早期发现设备异常，及时采取对策；5）及时找出有问题的设备(提交精密诊断)。5.2设备状态劣化趋势分析趋势图样例

设备劣化趋势分析的数据类型可以是状态信号分析中的各项时域指标，也可以是频谱分析中的某一特征频率的振幅，或者是执行点巡检制度所获得的记录数据。图5—5是时域指标的趋势分析图例。其中：最下面的趋势曲线是有效值Vrms；中间的趋势曲线是峰值指标；最上面的是劣化指标——峭度值β2。图5—5时域指标的趋势分析图例绘制趋势管理图的步骤第1步

制作图表格式首先要编制如图5—6所示的表，在左上栏绘出设备简图，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2步

标明刻度低频领域以振动速度表示，选择合适的计量单位，如图所示的范围在0.01—10cm／s之间，每格为0.1cm/s。中频领域Hd及高频领域Hi以加速度g为计量单位。第3步

填入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。第4步

填入判断标准需填入报警(Caution)值Xc及危险(Danger)值Xd，当无历史数据或经验数据时，可利用第3步中在正常状态下测得的N个振值，首先计算出标准方差σ，然后再利用σ计算出报警值Xc及危险值Xd。以上报警值和危险值都必须记入图中。第5步

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行设备状态参数的测取，然后将测得的值按时间序列的先后填入表格，用曲线或折线将这些数据点连接起来，构成了设备状态参数的趋势曲线。绘制趋势管理图的步骤即便是趋势管理图中的总体测量值都是位于注意范围之内，也必须经常注意有无任何特殊的趋势。因为设备如在正常状态下，其测点值是中间多两端少，在标准线的上下均等，并且应是随机分布。因此，在采用了理论性的统计方法之后，对数据的不规则性的检查很有必要，在现场如能对以下五项进行检验，将会取得好的效果。1）测点值的连接链是否够