状态监测与故障诊断基础(1)学习资料

冯坤

fk于状态监测的预知性维修培训交流提纲基于状态监测的预知性维修概述透平机械故障案例往复机械故障案例预知性维修目标工具5动关键设备静关键设备重大危险源设备状态数据预知性决策设备故障故障识别提出预知性维修方案状态监测交流提纲基于状态监测的预知性维修概述透平机械故障案例往复机械故障案例(4月)某主机厂标准齿式离心压缩机不平衡_油膜涡动/振荡_综合故障报告2011年3月 某石化3102J突发性掉叶片，在造成恶化和停机前发现，提出了诊断结论，给出了停机检查叶轮的明确意见,最后得到确认。避免了飞车等恶性事故，经济、安全效益显著。燃驱离心压缩机掉叶片/质量脱落案例离心压缩机结构人为降转速两次振动值上升阶跃两次阶跃时工频趋势—工频为主变成分：幅值、相位同步突变振值上升后不下降C机组离心压缩机两端测点工频振动突增，伴随相位突变，为质量脱落特征；由于不断开停机和振动异常，导致轴瓦磨损严重。3#机组可能主要存在问题有：压缩机转子与静子碰摩。并且压缩机叶轮叶片受损后少量脱落可能性不能排除。阳曲站出现的类似问题照片：非驱动端径向轴承瓦块磨损情况内侧止推瓦块照片磨损情况2011年3月 某石化化肥厂原料气压缩机，102J油膜涡动故障，早期发现，早期确认故障，避免盲目维修。发生快变报警的通道2008年12月，BH5000提示首次快变报警，0.5X出现102J压缩机机组BH5000图谱分析2009年1月，BH5000系统提示缓变报警：幅值发生波动（缓变），范围最大为62.59um，最小为36.93um。2点水平振动时有超标现象,并且波动范围较大。用户将振动的报警值修正为：黄灯2.0mils；红灯3.0mils。在2H通道的频谱图中1/2倍频出现明显幅值，达到了20um，并接近1倍频的幅值。某石化-化肥厂-102J-2V（振动幅值历史趋势图：2009-1-169:57:53—2009-1-2310:48:15）某石化-化肥厂-102J-2V（频谱图：2009-1-238:24:09）图谱注释：某石化-化肥厂-102J-2V（频谱图：2009-1-2118:10:51）图谱注释：102J2H/V轴心轨迹图，为内8字形比较频谱图，从轴相对振动信号中可见：1)振幅大时半频幅值明显并增大，振幅小时半频幅值几乎没有;2)通频振幅63微米时，一倍频38微米，半频12微米;通频振幅43微米时，一倍频37微米，半频几乎没有;3)轴心轨迹在振幅大时是内8字形。从频谱图和振动趋势上看,机组的汽轮机振动存在波动现象，存在2瓦间隙增大问题,且油中金属磨粒增加，说明2瓦在数月运行中，在初始瓦间隙较大的基础上，间隙又进一步增大，因此，在汽轮机转子系统受到干扰时振动就明显增大。另外，该汽轮机转子系统动力学特性，存在在某一转速区间振动较高的问题，也是影响机组振动的因素，这个特性主要与转速相关。维修建议1、尽量保证系统平稳；2、注意瓦温；3、准备好瓦间隙稍小些的轴瓦。102J压缩机机组诊断结论、维修建议2011年6月 某石化M101电气干扰，提前于用户发现，向用户提出了书面解决方案，避免了电气干扰误停机。月报中将问题提出与用户沟通后给出处理建议2011年6月 某石化K411，汽轮机高压端振动值波动，摩擦热弯故障机理。一阶临界转速4360RPM振值高点时刻，主要频率是1倍频振幅先升后降！工频趋势：幅值、相位均同步发生变化2011年7月

某石化105J压缩机动平衡问题诊断与处理。

故障诊断理论指导实践——动力学、机理，发挥巨大作用的实例。2012年5月

某石化K301压缩机开机时，在临界转速附近停留时间过长，导致碰摩。故障分析故障验证以后如何避免？（谁的责任？）某石化离心压缩机叶轮共振事故判定7月2日—空压站753K0001B空压机叶片断裂分析报告7月24日—空压站多轴空压机753-K-0001B模态分析报告50

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–2010kunfengphd@故障过程该机组未安装在线监测系统，只有Ｂｅｎｔｌｙ３５００保护系统。5月28日，发生一次振动值增长,由5um增至25um，但很快恢复,未超过厂家设定的跳车值49um；6月18日01:02:00振动再次出现异常，振动值突然增加至37um，且振动值不恢复；6月18日05:33:00，振动值再增至50um以上，联锁跳停车。振动异常最为显著的是2级转子振动。开盖检查发现2级叶轮已经损坏根据检维修人员反映，几次振动异常时机组均发生喘振53

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–2010kunfengphd@拆出的2级损坏叶轮55

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–2010kunfengphd@叶轮损坏图，共18支叶片红色为检查有裂纹或断裂的叶片绿色为尚未损坏叶片56

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–2010kunfengphd@根据破坏形态等信息出具的失效原因分析报告——定位为叶轮共振排除了碰摩、进异物等原因58

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–2010kunfengphd@为进一步核实分析结果，将转子进行了三维建模59

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–2010kunfengphd@计算出的二阶振型，固有频率2747.7Hz61

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–2010kunfengphd@二阶振型与破坏结果比较接近其他见诊断案例专题PPT---喘振案例集基本原理：调制与解调(modulation/demodulation)基本方法：包络(enveloping)基本参数：gIE值(ImpulsiveEnergying,g=10m/s2)轴承、齿轮箱等冲击类故障诊断包络解调基本原理：什么是调制？！

请看敲杯子的信号……原始信号，直接做频谱，很难分析出特征！解调后，再做频谱，容易分析出特征！BH550监测到的3号测点gIE振动趋势：冲击能量有增长趋势半个月前包络谱发现了早期故障特征频率gIE趋势增长5.连续重整K202再生风机轴承故障设备基本信息机组组成：电机——再生风机（悬臂式）功率：250Kw风机转速：2750rpm介质：再生用风连接方式：膜片式联轴节风机润滑方式：飞溅润滑风机轴承型号：SKF6224C3现象风机振值有明显升高，从0.7mm/s涨到3.1mm/s，且现场噪音较大。故障分析振动速度幅值的趋势分析：该机组风机部分速度振值有上升趋势（从0.7mm/s升至3.1mm/s），尤其在风机联轴节侧的轴承处（测点位置3）振值上升趋势明显，见附图2。电机部分振值未见异常变化。现场噪音在测点位置3处较刺耳。从测点位置3垂直方向测得的速度频谱图看，振动以291.25Hz为主，在2月17日之前的频谱图中，未发现有该频率成分，到3月2日，该频率成为主要振动频率，其幅值上升较快，见附图3。该频率成分不是转速频率的谐频。测点位置3处的轴承型号为：SKF6224C3轴承，其外环特征频率为169.4Hz，内环特征频率为243.7Hz，滚动体特征频率为123.3Hz，保持架特征频率为18.8Hz。其中轴承外环特征频率和滚动体特征频率之和为292.7Hz，与291.25Hz接近。在测点位置3垂直方向的冲击脉冲包络频谱中存在大量的19Hz频率的谐频，与轴承保持架频率18.8Hz接近，见附图4，说明轴承保持架存在故障。从测点位置3处垂直方向振动速度频谱瀑布图可以看出（见附图5），在2月14日之后291.25Hz频率成分大幅上升，并出现明显的背景噪音频率。在该位置的冲击能量包络频谱瀑布图中可以看出，在2月28日更换密封和保温后，轴承故障进一步恶化（见附图6）。图2测点位置3（风机联轴节侧）垂直方向振动速度趋势图图3测点位置3垂直方向1月29日与3月3日的速度频谱比较图BH550监测到的3号测点gIE振动趋势：冲击能量有增长趋势半个月前包络谱发现了早期故障特征频率gIE趋势增长BH5503号测点、2天前—gIE包络谱gIE:g-加速度单位I:impact冲击E:energy能量各频率间隔19Hz(保持架频率)手动设置高通截止频率包络谱—部分特征频率不清晰DSE最优经典滤波方法自动优化高通截止频率包络谱—隐藏的特征频率清晰显现Entek25003号测点gIE包络谱三月三日，BH550监测到的3号测点上述异常振动后，出具了诊断报告；三月十一日，广西石化用户参考报告进行了检修。更换了转子和轴承，振动问题解决；检修后，BH550发现—异常振动消失；检修前后，测点3V振动频谱对比图说明—BH550的频谱图，确实具备反映故障的能力检修前后，3V测点，BH550冲击能量gIE趋势图；说明—BH550的特征趋势，确实具备真实反映故障的能力检修前检修后8.某烯烃事业部循环油浆泵—电机轴承跑套故障2012年4月

某石化P1209A泵运行中，电机非驱动端发生跑套。设备基本信息机组组成：电机——离心泵工作介质：循环油浆电机型号：YB400M2-2W额定转速：2976r/min自由端轴承型号：NU218ECJ/C3额定功率：280KW驱动端轴承型号：NU218ECJ/C3+6218额定电压/电流：6KV/31.5A测点布置机组概貌图和测点布置见附图1振动现象由于该关键机泵已安装BH5000P在线监测诊断系统，2012年4月1日记录如下机组异常现象：1、电机自由端1#轴承速度、加速度、gIE、峭度值均出现明显变化。2、离心泵各测点的振动，除电机自由端1#轴承外，均未发生明显变化；正常预警停机检修图4（2）电机1#测点振动加速度细化频谱图（可见较小的滚动轴承缺陷频率）诊断结论该电机1#轴承应该为轴承间隙过大或松动类故障,不存在明显点蚀、剥落等现象。检修建议检查电机轴承情况，视情处理。检修反馈解体后发现电机1#轴承跑套，计划发送到电机厂维修。进一步探讨：如何设置报警门限？速度趋势——无明显异常加速度趋势——无明显异常如果按照国家标准设置报警值，则泵始终处于报警状态。启发报警值，包括速度烈度，不应墨守成规，坚持ISO或国标。应考虑具体机组的历史趋势情况。

预警不应只考虑速度、加速度，应针对具体设备，考虑更有针对性的特征趋势（如：博华信智的gIE）。交流提纲基于状态监测的预知性维修概述透平机械故障案例往复机械故障案例机组概貌图典型案例1气阀阀片断裂典型案例1气阀阀片断裂

故障摘要(介质：氢气)

2011年3月~5月，东北某石化公司四缸立式往复压缩机4#缸运行过程中发生阀片断裂故障。故障现象如下：2个月左右时间内，外吸温度1相对于其他吸气阀温度上升了25oC左右，外排温度1相对于其他排气阀温度上升了10

oC左右；4#缸缸体振动冲击峰值异常增大，由3月40m/s2增大到5月初接近80m/s2，振动波形也在吸气阀开启相位冲击增大；BH5000R在线监测系统持续报警，现场停车后发现4#缸吸气阀阀片断裂。缸体振动趋势由40m/s2增大到80m/s2左右外吸温度1及外排温度1温度逐渐升高机组4#缸3月-5月运行状态图典型案例1气阀阀片断裂诊断结论从气阀温度趋势分析：吸气阀及其对应的排气阀温度存在升高趋势。从振动趋势上分析：伴随气阀温度的异常升高趋势，4#气缸缸体振动峰值显著增大；综上分析可知，4#气缸吸气阀出现气阀泄漏故障。维修建议及结果建议根据现场生产情况及时检查4#缸吸气阀情况；现场从生产方面考虑，延迟了检修时间，2011年5月24日停车检修，发现4#缸吸气阀阀片断裂。典型案例1气阀阀片断裂典型案例1气阀阀片断裂机组概貌图典型案例2拉缸典型案例2拉缸

故障摘要（介质：瓦斯气）

2011年8月~10月，西北某石化公司两缸卧式往复压缩机1#缸运行过程中拉缸故障。故障现象如下：2个月左右时间内，活塞杆沉降量相对变化量超过500μm，沉降波形在缸头处存在现出剧烈波动；缸体振动冲击峰值异常增大，由8月初20m/s2增大到10月初接近50m/s2，振动波形也在缸头处出现强烈冲击；BH5000R在线监测系统持续报警，现场停车后发现支撑环、活塞环已发生严重磨损，缸头处存在严重拉缸。活塞运行不平稳，存在波动1#缸缸体振动9月后存在逐渐增大趋势:开始拉缸机组1#缸8月-9月运行状态图典型案例2拉缸8月中旬相对8月初，1#缸活塞杆沉降增大超过500微米，系统报警，并通知现场诊断结论从活塞杆运行趋势上分析：活塞杆沉降量异常增大，相对变化超过500微米，超过报警线，沉降波形在缸头处存在显著波动；从振动趋势上分析：伴随活塞杆沉降异常变化趋势，1#气缸缸体振动峰值显著增大，也缸头处存在严重冲击；从气阀温度趋势分析：气阀温度无明显异常。综上分析可知，1#气缸支撑环、活塞环发生磨损，缸头处可能已存在拉缸。维修建议及结果建议立即停车检修1#气缸磨损情况；现场从生产方面考虑，延迟了检修时间，2011年10月8日停车检修，开缸后发现缸头处已存在严重拉缸。典型案例2拉缸缸头处存在拉缸该机组压缩介质含杂质较多典型案例2拉缸典型案例3撞缸典型案例3撞缸

故障摘要

2012年6月~7月，西北某石化公司往复压缩机2#缸运行过程中出现撞缸故障。故障现象如下：2#缸缸体冲击振动异常增大，在2012年6月运行期间振动趋势由30m/s2左右逐渐增大至超过120m/s2，7月6日上午10：30左右振动趋势异常增大至200m/s2以上振动波形显示活塞在内止点出现剧烈冲击；BH5000R在线监测系统持续报警，现场及时停车，发现2#缸十字头紧固螺母出现松动导致活塞在气缸内侧出现撞缸。历史运行状态图曲轴箱振动趋势异常增大2#缸缸体振动趋势异常增大典型案例3撞缸2#缸撞杆前缸体振动振动监测图典型案例3撞缸诊断结论缸体振动趋势上看，短时间内2#缸振动值异常增大，活塞位于内止点处时振动波形出现异常冲击，说明存在撞缸故障；判断2#缸出现撞缸故障，可能原因包括：缸体内掉入杂物、活塞杆紧固原件松动。维修结果现场及时停车，发现2#缸十字头紧固螺母松动。由于在线监测诊断系统及时报警，现场在故障进一步恶化前及时停车，避免了重大事故的发生；典型案例3撞缸典型案例4连杆螺栓断裂

故障摘要

2013年8月，西北某石化公司往复压缩机2#缸运行过程中出现连杆断裂故障。故障现象如下：2#缸缸体冲击振动异常增大，30分钟内由20m/s2左右快速增大至超过200m/s2，振动波形显示活塞在外止点出现剧烈冲击；发动机曲轴箱振动有效值快速增大，由8mm/s左右快速增大超过40mm/s；

BH5000R在线监测系统持续报警，现场及时停车，发现2#缸连杆出现断裂。发动机曲轴箱振动监测典型案例4连杆螺栓断裂曲轴箱振动趋势异常增大诊断结论缸体振动趋势上看，短时间内2#缸振动值异常增大，活塞位于外止点处时振动波形出现异常冲击，说明存在严重的撞缸；伴随故障的逐渐发展，发动机曲轴箱振动速度有效值异常增大，最大超过40mm/s，说明发动机整机振动能量异常增大；判断发动机1#缸出现撞缸故障，可能原因包括：缸体内掉入杂物、连杆断裂或活塞断裂。维修结果现场及时停车，发现连杆螺栓出现断裂。由于在线监测诊断系统及时报警，现场及时处理避免了故障进一步恶化；典型案例4连杆螺栓断裂典型案例4连杆螺栓断裂典型案例5活塞杆断裂

故障摘要

2011年11月~12月，西北某石化公司往复压缩机1#缸运行过程中出现活塞杆断裂故障。故障现象如下：1#缸缸体冲击振动异常增大，在2012年11月运行期间振动趋势由50m/s2左右逐渐增大至超过180m/s2，12月2日下午17：04左右振动趋势异常增大至200m/s2以上振动波形显示活塞在内止点出现剧烈冲击；1#缸活塞杆沉降趋势存在500μm以上的异常波动，机组停车前活塞杆沉降趋势出现2000μm左右的突变。BH5000R在线监测系统持续报警，现场，发现1#缸活塞杆断裂。历史运行状态图曲轴箱振动趋势异常增大1#缸活塞杆沉降趋势存在异常突变典型案例5活塞杆断裂1#缸缸体振动趋势异常增大历史运行状态图曲轴箱振动趋势异常增大1#缸活塞杆沉降趋势存在异常突变典型案例5活塞杆断裂1#缸缸体振动趋势异常增大1#缸活塞杆沉降历史比较图沉降趋势存在异常突变典型案例5活塞杆断裂诊断结论缸体振动趋势上看，短时间内1#缸振动值异常增大，于外止点处时振动波形出现异常冲击，说明存在撞缸故障；活塞杆沉降趋势上看，短时间内1#沉降趋势异常突变。判断1#缸出现活塞杆故障。维修结果现场及时停车，发现1#缸发生活塞杆断裂故障；典型案例5活塞杆断裂典型案例6连杆大头瓦磨损机组概貌图

故障摘要

2013年7月，中石油某炼化一台往复压缩机运行过程中大头瓦磨损故障。故障现象如下：活塞杆沉降、偏摆趋势峰峰值均存在较大变化，偏摆峰峰值趋势相对变化量超过400μm；两个曲轴箱振动测点均存在一定增大趋势，振动波动性在曲轴箱转角60o~120o左右冲击明显，且活塞杆位移波形的波动相位与缸体振动、曲轴箱振动波形的冲击相位一致。 BH5000R在线监测系统报警。现场没有立即停车，直至润滑油压力降低自动停车，发现连杆大头瓦存在严重磨损。典型案例6连杆大头瓦磨损典型案例6连杆大头瓦磨损大头瓦磨损照片典型案例6连杆大头瓦磨损机组历史运行状态图---润滑油油压低联锁清洗滤网后开车典型案例6连杆大头瓦磨损1#缸历史运行状态图典型案例6连杆大头瓦磨损1#缸振动波形分析典型案例6连杆大头瓦磨损曲轴箱振动波形历史比较：正常时刻曲轴箱振动波形故障时刻曲轴箱振动波形典型案例6连杆大头瓦磨损采用理论动态压力技术分析该缸连杆受力：理论动态压力大头瓦理论动态载荷：X/Y方向典型案例6连杆大头瓦磨损大头瓦磨损照片JL石化炼油厂新氢压缩机吸气阀泄漏早期预警C1102B机组2#缸外吸温度2从10月27日起逐渐升高了14oC左右，触发BH5000R系统报警。诊断人员进而分析发现：2#缸缸体振动趋势由3m/s2左右增加到6m/s2左右；振动波形在气阀开启处冲击增大。外吸温度2逐渐升高了14oC左右2#缸缸体振动存在增大趋势

图3C1102B机组2#缸历史运行状态图气阀泄漏的关键征兆1—温度缸体振动在吸气阀开启处冲击增大

图4C1102B机组1#缸缸体振动历史比较图气阀泄漏的关键征兆2—吸气阀开启角处振动冲击增大诊断分析结论：C1102B机组2#缸吸气阀存在泄漏。检维修确认：2#缸吸气阀泄漏，准备进行更换。在泄漏早期就已预警，避免了泄漏可能带来的恶性事故及时停机检查的气阀DG石化往复压缩机

支撑环磨损故障预警诊断人员发现，300K102A机组4#缸活塞杆沉降与偏摆量在2012年2月14日至15日开车期间均存在显著异常变化趋势，偏摆、沉降波形直流和交流均有变化，触发BH5000R系统报警，；4#缸缸体振动在2012年2月14日至15日开车期间振动波形显示整周期内能量均有增长。活塞杆偏摆相对变化量接近500μm,触发BH5000R报警！

图4机组1#缸活塞杆偏摆监测图磨损的关键征兆1—偏摆量缸体振动波形整周期内能量均有增长磨损的关键征兆2—全周期内振动能量增长诊断结论4#缸可能存在的故障包括：支撑环、活塞环磨损，填料函存在磨损。建议现场及早对4#缸进行开缸检查，重点检查活塞环、支撑环以及填料函的磨损状态，并查看活塞杆表面是否有划痕。避免发展为拉缸等严重故障。及时停机检查的支撑环磨损情况—水平垂直均有磨损

CQ石化氢气往复压缩机

活塞盖帽松动早期故障预警关键征兆1：1#缸沉降测点交流量趋势突变—BH5000R特有图谱11月30日突变、报警沉降交流量无标准可参照，无其他国内外经验可循，为诊断人员数年来依据BH5000R在线监测数据，经过努力探索和总结提出的报警方法，得到成功应用。关键征兆2：沉降量突变、振动冲击不稳定缸体振动冲击详细分析诊断结论

从活塞杆沉降历史比较图上分析：1#缸活塞杆沉降量（直流量）在2011年11月30日11月30日发生突变，变化量达到1000um，活塞杆沉降量峰峰值（交流量）也发生显著变化，由200um变化到600um；同时，缸体振动增大，由17.51m/s2增长到68.51m/s2，主要体现在220度相位增大。综合分析得知：2缸活塞组件出现松动类故障。停机检查发现活塞盖帽松动。由于系统报警准确，诊断人员响应快速，与诊断人员间沟通良好；现场及时停机，避免了发展为严重撞缸甚至活塞杆断裂事故及可能带来的更大损失。及时停机检查的活塞冯坤

fk平压缩机组监测与诊断

——理论、基础与案例一、旋转机械状态监测概要 1.1旋转机械种类和从属关系1.2旋转机械振动监测手段二、旋转机械振动故障分析2.1旋转机械振动特点、频谱分析2.2旋转机械监测诊断图谱的使用交流提纲一、旋转机械状态监测概要 1.1旋转机械种类和从属关系1.2旋转机械振动监测手段二、旋转机械振动故障分析2.1旋转机械振动特点、频谱分析2.2旋转机械监测诊断图谱的使用交流提纲三、旋转机械故障诊断案例四、滚动轴承与齿轮冲击性故障分析4.1轴承/齿轮箱故障分析手段4.2案例分析交流提纲一、旋转机械状态监测概要 1.1旋转机械种类和从属关系1.2旋转机械振动监测手段二、旋转机械振动故障分析2.1旋转机械振动特点、频谱分析2.2旋转机械监测诊断图谱的使用交流提纲一、旋转机械状态监测概要 1.1旋转机械种类和从属关系1.2旋转机械振动监测手段二、旋转机械振动故障分析2.1旋转机械振动特点、频谱分析2.2旋转机械监测诊断图谱的使用交流提纲157驱动透平机械分类按主被动方式气体压缩机容积式透平式往复式回转式活塞式柱塞式隔膜式罗茨式叶氏式螺杆式滑片式离心式轴流式斜流式复合式按压缩气体的方式透平压缩机组分类159透平压缩机组透平压缩机组工作范围为什么监测诊断真实照片燃驱离心压缩机组汽驱离心压缩机组燃驱离心压缩机组让我们看看为了保护机器，人们都做了哪些工作

（仅限于监测诊断方面）径向位移传感器测量部位：轴颈轴向位移传感器测量部位：轴颈轴承温度传感器测量部位：轴承1H1V1A1、1A2动画演示—两种涡流传感器在线监测完备性——相对振动与绝对振动轴振瓦振/壳振研究相对振动的力学模型研究绝对振动的力学模型地面xoyo不完备案例1——绝对振动不完备：2011-1月，某电驱离心压缩机组机壳封堵螺栓断裂，而振动在线监测系统无反应。不完备案例2——工艺量不完备：2011-3月，某燃气轮机-离心压缩机组,燃气轮机静叶片烧毁，而振动在线监测系统无反应。机组状态监测从传感器端到分析端振动信号转化为电信号后的传输过程信号由面板接出机组上的振动传感器数采工控机与中间件服务器中间件服务器（转发储存数据）数采（采集发送信号）网线(数据传输)电缆(信号传输)机柜(隔离保护)光纤传输数采采集、计算后的数据网络传输客户端计算机及其显示界面辽化稀烃厂监测站现在，来看一下网络化实时监测诊断系统的整体结构~~~~各分公司内部局域网网络化设备监测诊断信息管理系统现场掌上巡检仪……Internet机泵群重要机泵往复压缩机关键机组……监测诊断系统远程实时监测诊断系统自动诊断专家系统人机诊断专家系统离线掌上智能巡检系统临时在线监测诊断系统防爆箱控制室DCS系统防爆箱防爆箱BENTLY3300/3500等中石化内部局域网集团级远程监测诊断中心会诊专家组远程诊断专家北京化工大学监测诊断中心厂级监测诊断中心分公司级监测诊断中心集团级远程监测诊断中心构成介绍BENTLY3300/3500/7200各类DCSPLC现场控制室现场设备便携巡检仪在线数据采集器已装有传感器的机组没有装传感器的设备现场嵌入式数据采集系统防爆箱防爆箱九家公司企业局域网……Internet数据服务器中间件服务器控制室监测诊断工作站厂、车间监测诊断中心网关机或路由器企业通讯代理服务器企业防火墙拨号上网或ADSL等用户便携远程诊断客户中石油远程监测诊断中心北京监测诊断中心机泵群设备中油内部局域网光纤VPN专线远程监测诊断中心构成工程展示——中油远程中心中心级监测系统介绍我们先从外围宏观上了解了在线监测系统的组成、结构，现在我们来从内部细观上了解一下振动的产生、测量和分析~~~~这会涉及：振动分析、故障机理、频谱分析……一、旋转机械状态监测概要 1.1旋转机械种类和从属关系1.2旋转机械振动监测手段二、旋转机械振动故障分析2.1旋转机械振动特点、频谱分析2.2旋转机械监测诊断图谱的使用交流提纲可以说：运转中的各种机器，各个部件都发生着不同程度的振动。旋转机械监测诊断系统重点监测哪种机器的哪个部件的振动呢？答：旋转类机械-如汽轮机（Turbine,透平）、烟机、离心压缩机，即：其主要工作部件—转子旋转运动的机械。旋转机械监测诊断系统的传感器测量到的信号，多数是转子上某些部位的振动情况什么是振动？

—让我们暂时抛开学术上那相对枯燥的定义，先看到以下事实：—让我们暂时先剥开机器的外壳，仅仅把转子拿出来看振动是如何产生又是如何被测量的。离心压缩机汽轮机齿轮箱透平压缩机组型式烟机-离心压缩机－轴流压缩机－电动/发电机串联轴系多级压缩机组透平压缩机组型式大型四机组串联轴系多级压缩机组透平压缩机组型式串联轴系多级压缩机组透平压缩机组型式大流量、高压比串联轴系多级压缩机透平压缩机组型式——等温高效离心压缩机组高效92%透平压缩机组型式高参数、高性能、高可靠性、智能控制多工况、多干扰、非定常理论基本级、主辅设备、机组之间的耦合关联极端条件下关键部件的动态特性与长周期运行网络化监测和智能化技术214混流式多级压缩机透平压缩机组型式汽轮机转子§6.1概述大型蒸汽轮机转子透平压缩机组型式DSE中心实验平台多跨转子自动平衡实验台透平机组故障自愈调控实验台转子振动实验台压缩机变工况实验室217透平(汽轮机）结构与原理——了解汽轮机工作原理(视频)汽轮机透平(汽轮机）结构透平(汽轮机）结构透平(汽轮机）结构226汽轮机高压转子汽轮机低压转子透平(汽轮机）结构蒸汽透平机叶片断裂汽轮机现状汽轮机现状蒸汽透平机叶片断裂蒸汽轮机掉叶片事故230透平（离心压缩机）结构与原理——重点离心压缩机(视频)232离心压缩机组事故离心压缩机组事故234但是压缩机故障频发，停机损失严重，连续运行周期是国外的1/2-2/3，重特大事故时有发生。离心压缩机叶片“扫堂”事故离心压缩机叶片“扫堂”事故离心压缩机叶片“扫堂”事故离心压缩机气缸轴承转子密封两段8级双吸气式转子结构图一段3级单吸气式结构图气缸——水平剖分式气缸——筒形转子主轴叶轮平衡盘推力盘转子叶轮平衡盘主轴转子叶轮平衡盘单轴多级转子平衡盘推力盘叶轮主轴单轴串联轴系多级转子闭式叶轮闭式叶轮半开式叶轮半开式叶轮离心式压缩机单个叶轮能产生较大的轴向力。若多个叶轮顺排，轴向力为每级叶轮轴向力之和，累积后转子总的轴向力将很大。因此，只要在结构上允许，往往对称布置叶轮（可降低较大的轴向力）。250平衡盘作用为降低轴向力，常采用平衡盘来平衡轴向力，平衡盘总是设在转子的高压端处，平衡盘外缘于气缸间设有迷宫密封，其一侧为压力最高的末级叶轮，另一侧与压力最低的进气管相通，其两侧的压差使转子受到一个与叶轮轴向力反向的力，其大小决定于平衡盘的受力面积。251平衡盘作用平衡盘可将大部分轴向力（大约70％的轴向力）平衡掉，但通常总要留下10000N左右的残余轴向力（大约30％的轴向力)，由推力轴承来承担，以防止转子产生轴向窜动。推力盘轴瓦组合——径向瓦+推力盘+推力瓦推力盘+推力瓦径向瓦推力盘推力盘推力盘推力盘+推力瓦下瓦碎裂径向瓦碎裂透平压缩机组——推力轴承故障推力轴承严重损坏透平压缩机组——推力轴承故障259问题：几级？问题：几级？几段？转子主轴平衡盘转子平衡盘径向轴承轴承推力轴承径向轴承发展圆筒瓦椭圆瓦可倾瓦径向瓦的种类圆瓦—椭圆瓦—多油楔瓦—多油叶瓦—可倾瓦可倾瓦可倾瓦压气机转子涡轮转子动画演示转子运转形态——进动（Precession）动画演示键相传感器与（绝对）相位测量—实际机械产生的振动是何种形态？机械振动分类稳态振动周期振动简谐振动周期振动非周期振动衰减振动准周期振动随机振动—这么多的机械振动中最简单的一种：……简谐振动

三要素—幅值、频率、相位幅值频率相位振动信号三要素振动参数、振动术语简介瞬时值(Instantvalue)

振动的任一瞬时的数值。峰值

(Peakvalue)

振动离平衡位置的最大偏离。均值(Meanvalue)

又称平均值或直流分量。有效值

(Rootmeansquarevalue)

又称均方根xpx=x(t)复杂振动的幅值参数正峰值负峰值峰峰值xrms正峰值负峰值平均绝对值有效值平均值峰峰值振动测试技术-名词术语通频振动：原始的振动。基频振动：与机器工作转速频率一致的振动，通常又叫做工频振动。振动测试技术-名词术语同步运动与转速频率变化保持一定比例关系的振动频率分量。一般是指与旋转频率的整数倍关系或是分倍数关系：1X、2X、3X、1/2X、1/3X异步运动与转速频率无关的频率振动分量。问题：实际信号一般比较复杂，能否用简单的正弦波去描述一个复杂的信号呢？！傅里叶变换FourierTransform—

既然如此，怎样直观地展示一个相对复杂的信号到底由哪几个正弦波组成？—

答：频谱！什么是振动信号进行频谱分析绝大多数机械振动信号是包含各种频率成分的复杂波形，各种频率成分以频率为横坐标,按频率由低到高排列起来的谱图，就叫做频谱。频谱有幅值谱、功率谱、相位谱等，我们常用的是幅值谱，即纵坐标为振动信号幅值。如：关于频谱的几个其他问题横坐标：频率（Hz）纵坐标：幅值机械故障的发生、发展一般都会引起振动信号的频率变化，主要有以下两方面：1）产生新的频率成分2）原有频率成分会增长通过这些变化，可以考察故障的类型和严重程度为什么进行频谱分析正常轴承振动信号故障轴承振动信号有关采样和频谱的几个基本概念1.采样频率（fs）是指振动信号通过电路传入数采设备后，(通过A/D转换)转化为数字量的速率。也即：每秒钟采得的振动信号样本的点数。如果需要分析的最高频率为fmax，那么根据“采样定理”采样频fs必须至少是fmax的2倍，工程上，一般取2.56倍。fmax最高分析频率此即为“采样定理”！别名：香农采样定理，奈奎斯特采样定理2.采样间隔（Ts）采样频率的倒数，也即：每两次采样之间的时间间隔。3.采样点数（Ns）数采设备采得的振动信号样本点的数目。4.采样时间(Δt)数采设备采得全部样本点所需的时间。5.分析线数(#lines)频谱图上有效的谱线数6.频率分辨率(df，Hz)频谱图上相邻两谱线的频率间隔7.总结上述各参数间关系：8.示例采样点数：1024点（1K）采样频率：2048Hz（2K）采样时间：0.5s采样间隔：约0.000488s分析线数：1024/2.56=400线频率分辨率：2048/1024=2Hz最高分析频率：800Hz与旋转机械有关的几个概念：基频/工频/倍频/1倍频synchronous同步振动2倍频、3倍频高倍频2X、3X(Alsocalledharmonic,superharmonic,andsupersynchronous.)谐波、高频谐波、超异步残振residualoscillation/viabration

残余振动通频值overallvalue0.5X、0.47X…（Alsocalledsubharmonicandsubsynchronous)亚异步振动、分频这些概念，与转子的转速（rotatespeed）紧密相关工频=转速(rpm)/60,单位：Hz—频谱告诉了我们一个转子振动信号的组成，那么这些组成又能告诉我们什么呢？！转子动不平衡故障——波形、频谱及轴心轨迹分析309

copyright中国石油辽阳石化波形为简谐波，少毛刺。轴心轨迹为圆或椭圆。1X频率为主。轴向振动不大。振幅随转速升高而增大。过临界转速有共振峰。透平风机TOTI齿轮箱转子不平衡的类型出现2X频率成分。轴心轨迹成香蕉形或8字形。轴向振动一般较大。转子不对中故障的频谱正确对中e=0,

=0转子不对中的类型平行不对中e

0,

=0角度不对中e=0,

0综合不对中e

0,

0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）不同联轴节的情况一、旋转机械状态监测概要 1.1旋转机械种类和从属关系1.2旋转机械振动监测手段二、旋转机械振动故障分析2.1旋转机械振动特点、频谱分析2.2旋转机械监测诊断图谱的使用交流提纲1.轴心轨迹图2.波德图/极坐标图3.全谱、全息谱如何使用一般旋转机械监测诊断系统（如BH5000C）中的专业图谱进行诊断1.轴心轨迹图—动画演示轴心轨迹图测试原理2.波德(Bode)图/极坐标图2.波德(Bode)图/极坐标图幅值-转速+相位-转速图=波德图波德图(BodePlot)和极坐标图(PolarPlot)两者所含信息相同，都表示基频振动的幅值和相位随机器转速的变化规律。极坐标图上曲线发生的变化，包含了机组状况的信息。虽然不能直接告诉我们变化的原因，但有助于寻找原因、采取应对措施。

—《转子动力学》波德图极坐标图对监测、诊断起到什么作用?华鲁汽轮机碰摩故障诊断某石化CO2压缩机碰摩故障诊断波德图为什么重要？12月26日某石化化肥厂K101高压缸大振动无法启机高压缸振值逐渐上升，11月口头告知用户转子平衡恶化，继续运行存在风险，应尽快停机揭缸排查故障。12月26，因工艺需要停车，但未揭缸。A=F/K27晚-28日凌晨，3次开机因高压缸高振动失败；现场人员紧急来电，经对机组历史数据和3次启机数据分析，当时明确告知用户机组已发生碰摩，并再次建议用户开盖检修。28日，用户未采纳意见，又连续开车3次，均失败。29日上午开始，用户最终不得不开盖检修，发现离心压缩机3段1级气封磨损严重。故障诊断的象鼻子法！3.全谱图/全息谱图—动画演示：如何用全谱图进行故障诊断往复压缩机在线监测诊断技术应用交流北京博华信智科技股份有限公司一.往复机械监测背景与意义二.常见故障及监测手段三.

BH5000R系统介绍往复机械在线监测诊断背景

往复压缩机是典型的往复机械，目前被广泛应用于采油、采气、炼化、输气管道等行业中。由燃气发动机驱动的往复压缩机组是目前地下储气库的核心设备，与离心压缩机、轴流压缩机等旋转设备相比，具有压力适用范围广、压缩效率高、工作压力稳定等特点，但是由于往复运动特点，机组故障发生频率高、检维修周期短。由于机组工作环境恶劣，压缩介质危险，若不能及时发现并排除故障，易引发重大安全事故，造成人身伤亡、生产损失。往复机械在线监测诊断背景机组爆炸现场338为往复机械提供有效的早期预警、

在线监测诊断系统势在必行。往复压缩机在线监测诊断背景活塞杆断裂活塞杆断裂往复压缩机在线监测诊断背景连杆螺栓断裂拉缸往复压缩机在线监测诊断背景往复在线监测诊断现状

截止到2016年12月，中石油大庆石化、辽阳石化、大庆炼化、兰州石化、北京天然气管道有限公司、长庆油田等20多家企业，已对近360台往复压缩机进行在线监测，其中燃气发动机驱动机组约30台。

此外，中石化燕山石化，扬子石化，茂名石化，以及中海油海上平台已有近30台往复压缩机安装在线监测诊断系统。已建成目前国内最大的远程在线监测诊断中心。监测机组数量：1000多台关键机组，往复机组分布为黄色标记用户分布：42家石油、石化企业序号客户单位机组名称介质数量1中石油大庆炼化K5100A、K5200-5300A等往复压缩机氢气182中石油独山子石化新氢气往复压缩机C1002A/B等氢气113中石油兰州石化炼油厂C1101A/B氢气往复压缩机等氢气74中石油辽阳石化K201A/B氢气往复压缩机等氢气75中石油大港石化新氢K4001/1-2-3,重整K101A，加氢裂化300－K102A/B/C等氢气76中石油吉林石化芳烃重整GB－202A/B,乙烯氢气GB701S等氢气77中石油华北石化二加氢K5201A、二重整K202A等氢气68中石油锦州石化二加氢K2001A/B/C等氢气59中石油CQ石化C3402A/B新氢压缩机等氢气610中石油乌鲁木齐石化干气气柜K203等瓦斯气411中石油北京天然气管道有限公司大张陀1＃，2#，3#，4#燃机发动机－往复压缩机等天然气26往复压缩机在线监测诊断现状序号客户单位机组名称介质数量1中石化长岭石化炼油厂氢气32中石化燕山石化炼油2厂氢气23中石化茂名石化炼油厂氢气14中石化扬子石化炼油厂氢气1序号客户单位机组名称介质数量1中海油天津分公司93平台1#外送气压缩机等天然气42中海油湛江分公司涠洲平台2#外送气压缩机等天然气4往复压缩机在线监测诊断现状

截止到2014年5月，中石油远程诊断中心（包括北京分中心）利用已上线的BH5000R远程监测诊断系统积累故障案例98个，其中活塞杆断裂、活塞断裂、撞缸、拉缸、液击等严重故障16个，支撑环、活塞环磨损、泄漏、气阀泄漏、阀片断裂等常见故障70个，大头瓦磨损等疑难故障5个，仪器仪表故障2个，辅助系统故障4个，机组设计类故障1个。往复压缩机在线监测诊断现状序号案例名称时间1某华北石化企业氢气往复压缩机活塞环支撑环磨损2012.022某东北石化企业氢气往复压缩机活塞环支撑环磨损2013.023某西北石化企业氢气往复压缩机活塞环支撑环磨损2013.024某东北石化企业氢气往复压缩机活塞环支撑环磨损2013.025某东北采油企业燃气发动机涡轮增压器漏油故障2013.036某西北石化企业氢气往复压缩机气阀积垢故障2013.037某东北石化企业天然气往复压缩机活塞杆偏摆磨损故障2013.038某西北石化企业氢气往复压缩机活塞环支撑环磨损2013.049某西北石化企业氢气往复压缩机吸气阀阀片损坏、泄漏故障2013.042013年往复故障诊断案例往复压缩机在线监测诊断现状序号案例名称时间10某华北石化企业氢气往复压缩机气阀泄漏2013.0411某西北石化企业瓦斯气往复压缩机气阀泄漏、活塞组件磨损故障2013.0512某东北石化企业丙烯气往复压缩机活塞环支撑环磨损2013.0613某西北石化企业氢气往复压缩机大头瓦磨损故障2013.0714某西北石化企业氢气往复压缩机连杆螺栓断裂故障2013.0815某华北石化企业氢气往复压缩机气阀泄漏、活塞组件磨损故障2013.0816某东北石化企业瓦斯气往复压缩机阀片断裂故障2013.0917某东南石化企业氢气往复压缩机活塞裂纹故障2013.1118某东北石化企业瓦斯气往复压缩机大头瓦磨损故障2013.1119某华北石化企业氢气往复压缩机气阀泄漏故障2013.12往复压缩机在线监测诊断现状序号案例名称时间20某西北石化企业氢气往复压缩机撞缸故障2013.1221某东北石化企业瓦斯气压缩机组支撑环断裂故障2013.1122某东北石化企业氢气往复压缩机活塞环支撑环磨损故障2013.1223某东北石化企业氢气往复压缩机活塞环支撑环磨损故障2013.1224某东北石化企业氢气往复压缩机气缸液击故障2013.1225某东北石化企业氢气往复压缩机气缸液击、撞缸故障2013.12往复压缩机在线监测诊断现状一.往复机械监测背景与意