设备状态的判定机械故障诊断技术专家讲座

4．3．5轴心轨迹空间图像表示（三维全息图）图4—16轴心轨迹图只表现了转轴某个截面轴心轨迹，若沿着转轴全长，将各个测量截面轴心轨迹图上同一时点连接起来，就组成了轴心轨迹空间图像。因为这么作，需绘制点、线很多。为了图像清楚，突出需观察重点。因而将图分解为一阶轴线图（观察动不平衡影响）、二阶轴线图（观察不对中影响）…等。图形绘制数学公式就是4．3．4节中两个公式，分别取1阶项（或2阶项）来计算X、Y值。图4—17一阶轴线轨迹图设备状态的判定机械故障诊断技术专家讲座第1页

第4章√4-1 峭度指标对信号中_______很敏感，正常情况下其值在 ______________左右，假如这个值靠近4或超出4，则说明 _______________。√4-2 非周期信号分为___________和__________。√4-3 周期信号频谱有哪些特征？

4-4 信号特征时域提取方法包含哪些？

4-5 阐述周期信号频谱和非周期信号频谱区分。√4-6 信号x(t)=sin(2πt）是否为周期信号，若是周期信号，求其周 期，并用公式求其平均和均方值。

4-7 什么是泄漏？为何会产生泄漏？窗函数为何能降低泄漏？

4-8 什么是窗函数？描述窗函数各项频域指标能说明什么问题？

4-9 什么是栅栏效应？怎样降低栅栏效应影响？

4-10 时域信号统计指标和频谱图在机械故障诊疗系统中作用分别 是什么？设备状态的判定机械故障诊断技术专家讲座第2页4-11 在观察频谱图作故障诊疗分析时，应注意哪些关键点？4-12 怎样绘制轴心轨迹曲线？√4-13 测试信号中最高频率为100Hz，为了防止混叠，时域中采样时 间应怎样选取？4-14 矩形窗频谱图有什么特点？4-15 为了降低谱泄漏，工程上采取哪两种办法？4-16 采样定律内容是什么？4-17 频率细化分析基本思想是什么？4-18 轴心轨迹图通常应用在什么场所？怎样绘制轴心轨迹图？设备状态的判定机械故障诊断技术专家讲座第3页第五章设备状态判定与趋势分析5．1设备状态诊疗标准5．1．1振动诊疗标准判定参数

设备振动诊疗标准(或称判定标准)是经过振动测试与分析，用来评价设备技术状态一个标准。在选好对象设备，决定测试方案之后，就要进行认真测试。而对所测得数值怎样，判定它是正常值还是异常值或故障值，就需要依靠诊疗标准帮助。所以诊疗标准制订和应用是设备诊疗工作中一项十分主要和必不可少任务。

理论证实； 振动部件疲劳是与振动速度成正比， 而振动所产生能量则是与振动速度平方成正比， 因为能量传递结果造成了磨损和其它缺点， 所以，在振动诊疗判定标准中，是以速度为判定参数比较适宜。对于大多数机器设备，最正确参数是也速度，这也就是为何有很多诊疗标准，如IS02372、IS03945及VDl2056（德）等采取该参数原因。还有一些标准，依据设备低、高频工作状态，分别选取振幅(位移)和加速度。设备状态的判定机械故障诊断技术专家讲座第4页5．1．2状态判定标准分类

依据判定标准制订方法不一样，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一些权威机构颁布实施。由国家颁布国家标准又称为法定标准，含有强制执行法律效力。还有由行业协会颁布标准，称为行业标准，国际标准化协会ISO颁布国际标准。以及大企业集团联合体颁布企业集团标准。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区域。

国际标准、国家标准、行业标准、企业集团标准都是依据某类设备长期使用、观察、维修及测试后经验总结，并要求了对应测试方法。因此在使用这些标按时，必需按要求适用范围和测定方法操作。当前应用较广泛是：

ISO2372《机器振动评价标准基础》ISO3945《振动烈度现场测定与评定》CDA/MS/NVSH107《轴承振动测量判据》VDI2056《震动烈度判据》（德国家标准准）等设备状态的判定机械故障诊断技术专家讲座第5页2）相对判定标准相对判定标准是对同一设备，在同一部位定时测试，按某个时刻正常值作为判定基准，而依据实测值与基准值倍数，进行设备状态判定方法。因为是基于设备本身某时刻测量值作为判定基准，所以称为相对判定标准。

3）类比判定标准相对判定标准是建立在长久对某一设备测量数据基础上。若某个设备运行时间不长、或没有建立长久测量数据基础，在对设备进行状态判定时，能够采取类比判定标准。类比判定标准是对多台一样设备在相同条件下运行时，经过对各设备同一部位测量值进行相互对比，来判定设备状态方法。设备状态的判定机械故障诊断技术专家讲座第6页5．1．3振动判定标准介绍 依据判定标准制订方法不一样，可将振动判定标准分为以下10类：旋转机械振动标准，金属切削机床振动标准，齿轮判定标准，滚动轴承判断标准，往复机械振动标准，各种机型混合振动标准，行业设备判断标准，部分引进设备振动标准，类比判断标准，管道振动判断标准。1．旋转机械振动标准

(1)旋转机械几个惯用绝对标准

当前，旋转机械惯用振动诊疗标准有国际标准化组织颁布ISO2372和ISO3945，德国家标准准VDI12056，英国家标准准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，但在各类诊疗文件中常以各自标准名称出现。（表5-1～表5-4）设备状态的判定机械故障诊断技术专家讲座第7页

表5—1机械振动诊疗标准（ISO2372和ISO3945）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设备状态的判定机械故障诊断技术专家讲座第8页说明：1.ISO2372标准中，把诊疗对象分为4个等级：Ⅰ级—小型机械，15kW以下电动机等；Ⅱ级—中型机械，15~75kW电动机等；Ⅲ级—刚性安装大型机械（600~1r/min）；Ⅳ级—柔性安装大型机械（600～1r/min）。2.A、B、C、D及优、良、可、不可代表对设备状态评价等级。A-良好，B-允许，C-较差，D-不允许。3.采取ISO2372标按时，要考虑被诊疗设备功率大小、基础形式、转速范围等约束条件；采取ISO3945标按时，要考虑基础特征。4.标准ISO2372和ISO3945所采取诊疗参数均为速度有效值Vrms。支承基础（刚性和柔性）：柔性基础——机械行业标准中，要求当支承系统一阶固有频率低于机组主激振频率（指轴转动频率）时，属于柔性基础。刚性基础——与柔性基础定义相反。设备状态的判定机械故障诊断技术专家讲座第9页设备状态的判定机械故障诊断技术专家讲座第10页设备状态的判定机械故障诊断技术专家讲座第11页设备状态的判定机械故障诊断技术专家讲座第12页T.C.RATHBONE所制订大型旋转机械振动标准（图5-1)该标准是国处应用得最早振动判据之一，它是在长久经验积累基础上制订。使用该标准应注意以下几点：1）这是一个用坐标图形表示振动标准，每根曲线划分为一个状态范围值。2）该标准主要考虑转速(r/min)原因。3）该标准对状态评价分六个级别：非常好、良好、允许、稍坏、坏、非常坏。4）诊疗参数为最大位移（双峰）。设备状态的判定机械故障诊断技术专家讲座第13页（2）旋转机械相对标准

表5—5旋转机械振动诊疗相对标准注：1．本标准判断依据有二： (1)实际测量振动值与其初始值之比；(2)所测振动信号频率范围。2．标准将设备状态评判分为三个等级：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

比设备状态的判定机械故障诊断技术专家讲座第14页（3）电动机振动标准

电动机也属于旋转机械。它是一个原动机，为它制订了专用标准后，便于单机检测，有利于加强对电动机维护管理。国际标准化组织制订ISO32373标准和德国家标准准DIN45665，在内容上是相同，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）条件下阈值。4．诊疗参数为速度有效值(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设备状态的判定机械故障诊断技术专家讲座第15页(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类型。表5一7为我国水电部于1959年颁布《电力工业技术管理法规》，其中要求1500r／min、3000r／min和5000r／min之内汽轮发电机组轴承振动标准。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．本标准要求测点位置在轴承处垂直和水平方向。2．阈值大小取决于汽轮机转速，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．诊疗参数为位移峰峰值(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以下设备状态的判定机械故障诊断技术专家讲座第16页表5—8为国际电工委员会(IEC)推荐汽轮机振动标准注：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标准值，即：测量轴承与测轴，轴振动允许值约为轴承振动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》中要求轴承振动标准。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．诊疗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设备状态的判定机械故障诊断技术专家讲座第17页2.金属切削机床振动标准 金属切削机床大多数属于旋转机械，但作为工作母机，它与普通非加工机械有很大差异。它工作性质决定它要求有很高运动精度，所以对振动水平控制尤其严格，比普通机械振动标准要求高得多。设备状态的判定机械故障诊断技术专家讲座第18页3.齿轮判定标准

因为齿轮类型和大小不一样，其判断标准也不相同。图5-2为国外一个齿轮箱判断标准，这里只能算一个实例。1）本标准分两个频段确定差异参数及其阈值。测量频率在1000Hz以下，用速度作为诊疗参数，且其标准值不随频率而改变；测量频率在1000Hz以上，用加速度作为诊疗参数，且标准值随频率增大而减小。2）齿轮状态分为三个等级：良好、注意、危险。设备状态的判定机械故障诊断技术专家讲座第19页4.滚动轴承判断标准图5-3是国外某企业用于诊疗滚动轴承加速度标准。使用该标准几点说明：1）应用该标按时，横坐标=转速X转轴轴颈直径；纵坐标=实测轴承加速度。2）轴承状态分为三个等级：A（良）、B（注意）、C（危险）。3）测量参数采取加速度g。设备状态的判定机械故障诊断技术专家讲座第20页5.往复机械振动标准在工业生产中，应用最多往复机械是往复空压机。当前用于往复机械振动诊疗标准较少，使用经验也不多，表5-11为一个。设备状态的判定机械故障诊断技术专家讲座第21页6.各种机型混合振动标准（即综合型标准）

表5-12是加拿大政府颁布轴承振动速度判据。此标准包含12种机型24种规格各类设备，其中主要是旋转机械（有各种机型），也有往复机械，下面把作为综合型标准列出，以利查询。设备状态的判定机械故障诊断技术专家讲座第22页设备状态的判定机械故障诊断技术专家讲座第23页设备状态的判定机械故障诊断技术专家讲座第24页7.行业设备判断标准

国内有部门也曾制订了本行业设备判断标准。表5—13是化工行业制订几个设备振动标准。表5—13部分化工设备振幅标准(测量参数为位移全振幅，峰峰值）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100015002500300040000.120.110.100.090.060.05HGJ1024—797轴流式通风机0.15HGJ1025—79设备状态的判定机械故障诊断技术专家讲座第25页8.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部分振动标准注：1．本表所列全部是风机振动标准。考虑相关原因有：转速、功率、测点位置及设备作业地位等，这也是参考使用表中数据时应该考虑。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设备状态的判定机械故障诊断技术专家讲座第26页设备状态的判定机械故障诊断技术专家讲座第27页9.类比判断标准当有数台机型相同，规格一致设备，在相同条件下对它们进行同等测量时，普通按以下标准判断：1）在低频段(≤1000Hz)测量，其振动值大于其它大多数设备振动值l倍以上时，判为异常；在高频段(>1000Hz)实测振动值大于正常值2倍以上时，判为异常。2）在低频段测量，若其振动值大于其它设备2倍以上；或高频段振动测值大于其它设备4倍以上时，普通判为故障严重，应考虑停机修理。设备状态的判定机械故障诊断技术专家讲座第28页10.管道振动判断标准

机器设备异常振动有时会引发与之相连接管道振动器一样，管道异常振动（如压气管道振动）也会造成设备振动超差。（1）管道振动速度判断标准1984年加拿大梅特提出管道和机器振动速度现场判断标准。设备状态的判定机械故障诊断技术专家讲座第29页（2）管道振动位移判断标准日本西南研究所曾经作出了一个允许管道振动标准。设备状态的判定机械故障诊断技术专家讲座第30页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作用

设备诊疗实质就是设备运行状态识别。在工业现场有两类设备诊疗模式都在应用：一类是在线故障监测诊疗系统，它依靠复杂测试分析系统对主要设备进行24小时连续监测分析。另一类是采取便携式仪器，对设备进行定时巡检，统计所测定参数，依据在时间历程数据进行故障判断、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、定测量仪器五定作业制度。设备状态的判定机械故障诊断技术专家讲座第31页这两种设备诊疗模式都在使用过程中产生大量含有时间序列特征数据，是设备状态劣化趋势分析基础。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内容，也是状态预知维修与其它维修方式相比，所含有显著而独特方式，其目标是从过去和现在已知情况出发，利用一定技术伎俩，去分析设备正常、异常和故障三种状态，推测故障发展过程，有利维修决议和过程控制。设备劣化趋势分析作用有：l）检验设备状态是否处于控制范围以内；2）观察设备状态改变趋向或现实情况；3）预测设备状态发展到危险水平时间；4）早期发觉设备异常，及时采取对策；5）及时找出有问题设备(提交精密诊疗)。设备状态的判定机械故障诊断技术专家讲座第32页趋势分析图例

设备劣化趋势分析数据类型：*能够是状态信号分析中各项时域指标；*也能够是频谱分析中某一特征频率振幅；*或者是执行点巡检制度所取得统计数据。图5—5是时域指标趋势分析图例。其中：最下面趋势曲线是有效值Vrms；中间趋势曲线是峰值指标；最上面是劣化指标—峭度值Cq。图5—5时域指标趋势分析图例因为Cq对轴承缺点十分敏感，不易受型号参数、转速、负荷、温度等影响，且其在正常状态下标准值=3，故惯用于故障诊疗中作为趋势分析第一项指标。设备状态的判定机械故障诊断技术专家讲座第33页例：热轧机轧辊趋势分析管理图表。设备状态的判定机械故障诊断技术专家讲座第34页设备状态的判定机械故障诊断技术专家讲座第35页设备状态的判定机械故障诊断技术专家讲座第36页绘制趋势管理图步骤第1步制作图表格式

首先要编制如图5-6所表示表，在左上栏绘出设备简图，标明测点。设备规格参数是诊疗主要依据，必须从实填写。第2步标明刻度

低频领域Lo以振动速度表示，选择适当计量单位，如图所表示范围在0.5—5.0cm／s之间。中频领域Hd及高频领域Hi以加速度g为计量单位，范围在（0.1～0.6）g之间。这些刻度能够依据详细设备振动情况自行划分。第3步填入标准值

把设备在正常状态下振动平均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，可用正常状态下振动平均值取代。其方法为：在认为设备处于正常状态时，测定N个（≥20）振值x1、x2…、xn，并以其平均值作为标准值。这个做法又称基准线预计。设备状态的判定机械故障诊断技术专家讲座第37页其计算公式为：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。设备状态的判定机械故障诊断技术专家讲座第38页第5步按时间序列填写测定值

按要求点检测定周期，对被监测设备各要求测点进行设备状态参数测取，然后将测得值按时间序列先后填入表格，用曲线或折线将这些数据点连接起来，组成了设备状态参数趋势曲线。分析：从图中能够看到1月23日有2路临测信号测量值表现出突然升高，是正常值2.5～5倍，所以需要安排检修计划，准备备品备件，确定施工方案等，在2月27日～3月1日检修中分别坚固松驰螺栓和更换轧辊轴承。设备状态的判定机械故障诊断技术专家讲座第39页5．2．2趋势分析应用方法

设备劣化趋势分析第一个任务是观察近期设备振动发展情况，判断是否存在异常；第二个任务是预测设备状态到达危险值时间，方便及早采取预防性办法，以利于检修计划安排。数据不规则性检验即便是趋势管理图中总体测量值都是位于注意范围之内，也必须经常注意有没有任何特殊趋势。因为设备如在正常状态