振动监测与故障诊断修改

振动监测与故障诊断周民强技术中心技术支持联系电话箱：zhoumq@1.综述2.振动基础3.数据采集与信号处理4.振动监测与工程实施5.数据分析与故障诊断目录2故障诊断目的1、综述3故障诊断方法设备维修方法设备维修方法故障后维修（Breakdownmaintenance）

设备故障或损坏后进行维修故障后维修又称事后维修……1、综述——这是一种最原始的设备维修方法，这种方法可能带来巨大的经济损失！——4设备维修方法特点

无日常投入的维修费用无法控制设备使用寿命一旦设备发生故障，可能导致直接报废设备维修成本往往很高适用于维修成本大于本身价值的设备

1、综述5设备维修方法预防性维修（Preventivemaintenance)

预防性维修又称计划维修、定期维修……

预防性维修在传统设备维修中较常见，我们的风力发电设备“定期维护”就属于预防性维修的一种。

1、综述6设备维修方法优点防止突发性的事故发生可在便利的时间进行设备维修易于控制维护成本和备品备件缺点设备可能被过度维修维修可能带来新的问题无法完全科学合理的维修时间间隔

1、综述7设备维修方法预测性维修预测性维修又称基于状态的维修……

预测性维修的前提是：“状态监测”

1、综述——“无故障，不维修”——8设备维修方法优点可减少非预期的停机可在便利的时间安排维修可一定程度地保证设备使用寿命提供更有效的运行环境，增强设备安全和可靠性缺点增加了状态监测设备，增加了设备和人力成本，不能确保延长设备使用寿命1、综述9设备维修方法精确性维修精确性维修又称主动维修、基于可靠性的维修……比较切合中医的观点，杜绝出现“头痛医头，脚痛医脚”的现象。

1、综述10———“治标，并治本”——设备维修方法优点可有效延长设备使用寿命提高设备可靠性降低故障率和二次损坏减少设备怠工时间减少设备维修成本

1、综述11设备维修方法缺点需增加状态监测设备，增加相应的人力成本和设备成本需要设备管理人员具备特殊的技能需改变管理人员的观念

1、综述12故障诊断方法按诊断模式分离线人工分析诊断在线监测诊断远程监测诊断……

1、综述13故障诊断方法按诊断手段分振动检测诊断法噪声检测诊断法温度检测诊断法油样检测诊断法压力检测诊断法声发射检测诊断法铁谱分析诊断法金相分析诊断法射线分析诊断法……

1、综述14振动检测诊断法是使用最广泛，也是最有效的诊断方法！故障诊断方法1、综述15故障诊断方法按诊断对象分风力机故障汽轮机故障压缩机故障化工机械故障液压系统故障……1、综述16故障诊断目的根本目的保证设备安全、可靠、高效和经济地运行。1、综述17故障诊断目的主要目的及时、准确、有效地对设备的各种异常状态或故障状态作出诊断，预防或消除故障，同时对设备的运行维护进行必要的指导；制定合理的检（监）测维修制度，保证设备工作时能发挥最大的设计能力，同时在允许的条件下充分挖掘设备潜力，延长服役期；通过检测和监测、故障分析、性能评估等工作，为设备修改结构、优化设计、合理制造及生产过程提供数据和信息。1、综述18振动基本参数2、振动基础19振动的分类振动的概念时域信号频域信号振动的概念振动是一种运动，非刚性物体受到外界作用力或自身内部的作用力时，将产生外效应（运动效应）和内效应（变形效应），当这些效应共同作用时，就成为一种振动。——火车驶过发出的轰隆声——吉他或钢琴弹出的音乐——秋千——钟摆……2、振动基础20振动的概念力是改变物体状态的唯一条件！系统运动微分方程：kx称为弹性力cx’称为阻尼力mx”称为惯性力2、振动基础21振动的分类按产生振动的原因自由振动强迫振动自激振动按振动的规律2、振动基础22振动的分类按振动自由度单自由度振动多自由度振动按振动位移的特征扭转振动直线振动2、振动基础23振动的基本参数周期定义：完成一次振动所需要的时间符号：T单位：秒（s）频率定义：单位时间完成振动的次数符号：f单位：赫兹（Hz）两者关系：f=1/T2、振动基础24周期频率＝1/周期振动的基本参数振幅表征振动烈度的一种方式表达方式：峰－峰值：波峰至波谷的幅值峰值：零点至波峰的幅值平均值：峰值的绝对平均值有效值：振动波形的均方根值2、振动基础25振动的基本参数相位相位定义：两个相同频率信号的“时间差”单位：度2、振动基础26时域信号振动是一种波，实际的振动信号是各种简单波形的叠加2、振动基础27频域信号频域信号是振动波的另一种表达形式，分析频域信号，可观察各个不同频率简单波形的振动情况2、振动基础28频域信号谐频和边频2、振动基础29信号处理3、数据采集与信号处理30数据采集传感器传感器3、数据采集与信号处理31传感器3、数据采集与信号处理32位移传感器（涡流式）优点极好的低频响应（最低至0Hz）测量轴承中轴的真正相对位移如果安装正确，测量值及其可靠缺点价格昂贵，安装麻烦不能用于高频测量传感器标定与转轴材质有关转轴表面情况易产生错误信号传感器3、数据采集与信号处理33速度传感器（电磁感应式）优点无需外部电源，输出信号稳定使用方便，无安装问题可在高温环境下使用缺点不适用于低频和高频信号的测量灵敏度随温度变化而变化内部磁体磨损会缩短传感器寿命速度传感器尺寸较大，精确度不高传感器3、数据采集与信号处理34加速度传感器（压电效应）优点频率范围非常广，幅值范围广，工作温度宽比较坚固，能适用于大多数应用环境通过内部积分，可得到位移和速度值信号稳定，无需频繁标定缺点低频响应差，不能低至0Hz若存在内部放大器，使用温度有限制数据采集3、数据采集与信号处理35采样原理脉冲信号与被测信号的乘积数据采集3、数据采集与信号处理36夏农采样定理采样频率至少是最高分析频率的2倍，否则数据处理时会产生频率混叠。数据采集3、数据采集与信号处理37几个采样参数的关系T——采样时长Ts——采样周期N——采样点数Fs——采样频率Fmax——最高分析频率Line——设备分析谱信号处理3、数据采集与信号处理38周期信号的傅立叶级数满足狄利克雷（Dirichlet）条件的周

期信号可以展开成正弦函数的级数。3、数据采集与信号处理39非周期信号的傅立叶变换非周期信号可以看成是周期无穷大的信号。

傅立叶变换将时间域分析转为频率域分析。

（此时应采用频谱密度的概念。）——傅立叶变换是傅立叶级数的一种延伸。信号处理3、数据采集与信号处理40非周期信号的傅立叶变换非周期信号可以看成是周期无穷大的信号。

傅立叶变换将时间域分析转为频率域分析。

（此时应采用频谱密度的概念。）——傅立叶变换是傅立叶级数的一种延伸。信号处理3、数据采集与信号处理41傅立叶变换的性质连续时间函数的变换为连续频率函数周期性连续时间函数的变换为离散函数离散时间函数变换为周期性连续频率函数周期性离散函数变换为周期性离散频率函数信号处理3、数据采集与信号处理42离散快速傅立叶变换FFT计算机处理时，可使用快速傅立叶变换方法，即FFT。加速度传感器输出的是模拟信号数采器和计算机能处理的是数字信号原始信号必须通过模/数转换，才能被处理信号处理3、数据采集与信号处理43FFT加窗若选取的时间段中，不包含整数个周期，则出现泄漏现象，影响数据分析的准确性。信号处理3、数据采集与信号处理44FFT窗函数可以解决：泄漏现象不改变截取信号的频率成分仅改变截取前部和后部信号的幅值情况不同的窗函数，它们的频率特性和幅值特性均不同。常用窗函数：矩形窗、汉宁窗、平顶窗信号处理3、数据采集与信号处理45矩形窗矩形窗等价于不加窗窗因子1，频域分辨率高，幅值不确定度大（56.5%），常用于敲击试验。信号处理050

100150

200

250

time(ms)v(mm/s)(矩形窗)10150-15062.5125f(Hz)v(mm/s)3、数据采集与信号处理46汉宁窗幅值不确定度（16%）较小，频域分辨率较高，窗因子1.5，是故障诊断中常用的窗函数。信号处理050

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time(ms)v(mm/s)Hanning汉宁窗(1-cos2-

evaluation)10150-15062.5125f(Hz)v(mm/s)3、数据采集与信号处理47平顶窗幅值不确定度小（1%），但频域分辨率低，窗因子为3.8，是状态监测中常用的窗函数。信号处理150-15062.5125f(Hz)v(mm/s)050

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time(ms)v(mm/s)FlatTop平顶窗(Bessel-Characteristic)

103、数据采集与信号处理48数据平均现实中机器的振动值总是随机变化的振动过程中往往伴随着很多随机噪声为了得到较好的测量值，通常需要进行平均值计算信号处理3、数据采集与信号处理49线性平均能在一定程度上抑制噪声分段采集时域波形后，再依次进行FFT变化将若干个FFT频谱进行线性平均信号处理3、数据采集与信号处理50重叠平均线性平均的改进由于窗函数的存在，某块时域波形的前部和后部信号被削弱。选取若干块时域信号，将其重叠起来，进行平均值计算。可加快平均值计算的过程。信号处理3、数据采集与信号处理51峰值保持平均记录每个频率的最大值，并将最大值统计下来。多用于起停机测试、敲击试验、模态测试。和线性平均相比，后者抑制了噪声，前者对噪声有记录的特性。信号处理3、数据采集与信号处理52时间同步平均线性平均仅抑制噪声，不能去除噪声，时间同步平均可去除噪声（随机噪声和其它噪声），挖掘出较小振幅的有用信号。时间同步平局必须与转速传感器配合使用。时间同步平均通常需要平均100次以上信号处理3、数据采集与信号处理53微分和积分位移速度速度加速度

信号处理微分微分积分积分3、数据采集与信号处理54滤波低通高通带通带阻

信号处理低通高通带通带阻原始信号频谱3、数据采集与信号处理55典型信号的FFT变换正弦信号１倍频（１×）

信号处理3、数据采集与信号处理56方波信号奇次谐波（1×，３×，５×，７×．．．）

信号处理3、数据采集与信号处理57削顶波信号多次整数倍谐波

信号处理3、数据采集与信号处理58瞬态波信号高次谐波和边频

信号处理3、数据采集与信号处理59幅值调制出现边频成分

信号处理3、数据采集与信号处理60拍振信号幅值周期性增加和减小

信号处理工程实施注意事项4、振动监测与工程实施61风电机组振动监测方案振动监测方案的确定62测量参数的确定位移低速运转的设备（通常<600rpm）速度中速运转的设备（600rpm～60000rpm）加速度高速运转的设备（＞60000rpm）

振动监测方案的确定4、振动监测与工程实施63振动监测方案的确定4、振动监测与工程实施加速度传感器速度传感器有效范围相对幅值位移传感器

Hz1000100001000000100000001000001000000001010010001000010.11010064最高分析频率的确定我们所关心的或需要考虑的最高分析频率通常——最高分析频率应为运行转速的10倍滚动轴承——内环故障频率的10倍滑动轴承——10×转速风扇、叶片——3×叶片数×转速电气故障——3×2×电源频率齿轮啮合——3×啮合频率

振动监测方案的确定4、振动监测与工程实施65频率分辨率确定频谱相邻的两条谱线间隔。对于某些频率非常接近的成分，若要区分两个频率，应增加频率分辨率——减小谱线间隔。

振动监测方案的确定4、振动监测与工程实施66传感器的选择根据测量参数选择对应的传感器

振动监测方案的确定4、振动监测与工程实施67测量位置选择

振动监测方案的确定4、振动监测与工程实施68测点选择原则

振动监测方案的确定4、振动监测与工程实施1.仅允许一种传导介质

2.信号传递路径应该尽可能直接（例如：在轴承座外测量）3.信号传递路径尽可能短4.在负载方向进行测量总是在信号最强处进行测量！！！69传感器安装方式的确定

振动监测方案的确定4、振动监测与工程实施测量可靠性测量稳定性频率响应测量重复性人为误差测点成本测量灵活性70传感器安装位置应合理，避开易受环境和人为因素影响的区域；传感器应安装可靠，不受维护等现场工作影响；现场人员在进行维护工作时，应避免踩踏传感器，扯、拽传感器线缆；定期对传感器、信号电缆等进行检查和维护，防止测量信号失真；．．．．．．

工程实施注意事项4、振动监测与工程实施71传感器相关问题接触面过脏导致高频信号的损失解决方案：去除测点上的灰尘、油污或油漆等热传导影响导致信号不稳定解决方案：避免测量2个温差较大的点，或将传感器放在机器上后，稳定后再进行测量

工程实施注意事项4、振动监测与工程实施72共振影响非刚性连接，放大振动值解决方案：去除测点上的灰尘、油污等，使传感器完全与测点接触传感器导线问题接头接触不良或导线断裂，会导致不正常的读数或无读数解决方案：换一根完好的导线进行测试工程实施注意事项4、振动监测与工程实施73传感器充电时间ICP传感器需要充电时间，此时测得数据无效解决方案：将传感器放在测点上后，过一会再开始测量传感器本身问题传感器内部电路问题，导致无法读出正确读数解决方案：一般数采器上均有自检功能，探测传感器是否工作正常工程实施注意事项4、振动监测与工程实施74整体方案

风电机组振动监测方案4、振动监测与工程实施75传动部件测点布置（陆上机组）

风电机组振动监测方案4、振动监测与工程实施76传动部件测点布置（海上机组）

风电机组振动监测方案4、振动监测与工程实施77传动部件测点实例

风电机组振动监测方案4、振动监测与工程实施78采集站安装实例

风电机组振动监测方案4、振动监测与工程实施79采集站供电与通讯方式

风电机组振动监测方案4、振动监测与工程实施专用空开机舱柜光电交换机/光电转换器80采集站雷电保护

风电机组振动监测方案4、振动监测与工程实施81采集站设备接地（等电位）

风电机组振动监测方案4、振动监测与工程实施82采集站模拟量信号接入

风电机组振动监测方案4、振动监测与工程实施为了更好的分析机组运行状态，将机组功率、发电机转速等信号量接入至采集站。

83中控室监控软件（风场总览）

风电机组振动监测方案4、振动监测与工程实施84中控室监控软件（单台总览）

风电机组振动监测方案4、振动监测与工程实施85图谱分析风电机组振动监测方案4、振动监测与工程实施1.趋势图2.波形频谱图3.瀑布图4.包络解调图5.其他86故障频率自动检测风电机组振动监测方案4、振动监测与工程实施87报警设置（VDI3834标准）风电机组振动监测方案4、振动监测与工程实施根本原因分析阶段5、数据分析与故障诊断88分析阶段检查阶段确认阶段分析与诊断金字塔理论89分析与诊断金字塔理论5、数据分析与故障诊断检查阶段（Detection）设置、调整警报值生成异常报告统计故障发生率分析阶段（Analysis）识别故障频谱