设备振动诊断实施方法课件.ppt

1、设备振动诊断实施方法设备振动诊断实施方法 学习目标：学习目标：第二章曾经提到，设备状态监测与故障诊断工作并没有捷径可走，必须始终坚持科学严谨的工作作风。这是由于振动诊断是一项非常复杂的技术手段，集综合性、先进性、高度智能化和生产应用型于一身，对设备故障诊断从业人员有非常高的业务技能要求。为了更好地将振动分析用于设备故障诊断，人们在长期生产实践和科学实验的基础上，提出了许多行之有效的振动诊断策略和实施方法。本章将详细介绍设备振动诊断策略和实施方法，应使学生熟知实施现场振动诊断的6个基本步骤；紧紧围绕三“”一“H”这几个中心问题，深入、细致掌握振动诊断状态识别的基本方法，掌握设备劣化趋势分析的方法

2、与应用；了解工厂设备振动诊断方案实践，有条件的话，增加实训操作内容。第一节第一节 实施现场振动诊断的实施现场振动诊断的6个步骤个步骤 在日常工作中，诊断工程师主要采用人、机器、电脑、测振仪四位一体的方式，沿着“确定诊断范围了解诊断对象确定诊断方案（包括选择测点、频程、测量参数、仪器、传感器等）建立监测数据库（包括测点数据库、频率项数据库、报警数据库）设置巡检路线采集数据回放数据分析数据判断故障作出诊断决策择时检修检查验证”这条科学有效的途径开展工作。通观振动诊断的全过程，诊断步骤可概括为3个环节个环节，即：准备工作、诊断实施、决策与验证。准备工作、诊断实施、决策与验证。n稀有、昂贵、大型、精密

3、、无备台的关键设备；稀有、昂贵、大型、精密、无备台的关键设备；n连续化、快速化、自动化、流程化程度高的设备；连续化、快速化、自动化、流程化程度高的设备；n一旦发生故障可能造成很大经济损失，或是环境污染，或是人身伤亡事一旦发生故障可能造成很大经济损失，或是环境污染，或是人身伤亡事故等影响的设备；故等影响的设备；n故障率高的设备。故障率高的设备。此外，在确定诊断对象时，应尽可能多地覆盖各类设备，在每类设备中选定一至两台进行重点监测，以便取得关于该类设备的全部运行历程记录，并在生产实践中不断积累诊断经验，完善诊断策略，这样在遇到各类故障甚至是疑难杂症时都可能做到有的放矢。当然，对于机器设备的异常状态

4、，应当适当增加监测内容（包括设备、测点、参数和频次）。在确定了诊断对象的范围后，在实施设备诊断之前，必须对每台诊断对象的各个方面有充分的认识了解，就像医生治病必须熟悉人体的构就像医生治病必须熟悉人体的构造一样造一样。经验表明，诊断人员如果对设备没有足够充分的了解，甚至茫然无知，那么，即使是信号分析专家也是无能为力的。有很多企业的故障诊断从业人员在对本企业设备进行诊断时往往比信号分析专家更准确，就是因为他们做到了对现场设备了如指掌。一、确定、了解诊断对象一、确定、了解诊断对象 设备编号JZ 设备名称 资产原值/净值（万元）所属厂矿 安装地点 所占地位设备结构简图 滚动轴承 =滑动轴承 -联 轴

5、器 测 点维 修 及 故 障 情 况安装日期年 月 日故障部位投产日期年 月 日故障特征大修周期年故障频率次/年上次大修日期年 月 日易损零件大修费用元/次修复工期天年维修费用元修复费用元维修单位停机损失元正常运行参数项目单位参数值传动工作部件部件名称型号及主要参数设备铭牌型号名称项目填表单位 填表日期 年 月 日 填表人：表表6-1 监诊设备调查表监诊设备调查表 注：字母JZ为监测与诊断的缩写代号。表表6-2 监诊设备参数表监诊设备参数表设备名称：设备位号：设备简图：驱动机器：齿轮箱被驱动机器：制造厂：制造厂：制造厂：出厂编号：出厂编号：出厂编号：转速（r/min）最低：最高：转速（r/mi

6、n）输入转速：输出转速：转速（r/min）最低：最高：功率（KW）：功率（KW）：功率（KW）：轴承（自由端）型号：轴承（输入）：轴承（输出）：轴承（自由端）型号：轴承（联轴器端）型号：轴承（联轴器端）型号：齿轮齿数主动齿轮：从动齿轮：叶片数目动叶：静叶：备注：备注：备注：设设 备备 状状 态态 检检 修修 系系 统统设设 备备 卡卡 片片 对一台列为诊断对象的设备要着重掌握对一台列为诊断对象的设备要着重掌握4个方面的内容：个方面的内容：1设备的结构组成设备的结构组成 对设备的结构主要掌握两点：搞清楚设备的基本组成部分及其联接关系。一台完整的设备一般由三大部分组成，即：原动机原动机（大多数采用

7、电动机，也有用内燃机、汽轮机、水轮机的，一般称辅机辅机）、工工作机作机（也称主机主机）和传动系统传动系统。要分别查明它们的型号、规格、性能参数及联接的形式，画出结构简图。必须查明各主要零部件（特别是运动零件）的型号、规格、结构参数及数量等，并在结构图上标明，或另予说明。具体地说，必需的数据包括：1功率2转速3轴承制造厂及型号，它的安装位置（尤其是滚动轴承）4风机或泵等流体机械的转子叶片数目及导流叶片数目（或称静止叶片）（如果是多级流体机械转子，应该尽可能收集每级的数据）5齿轮箱数据包括每级齿轮的齿数，多级传动的传动关系数据及它们的支承轴承数据，输入或输出转速6皮带传动应该包括皮带轮直径及转速7

8、交流感应电动机，应该包括电机的极对数（P），转子条数目，转速8同步电机，应该包括定子线圈数目（定子线圈数目=极数目线圈数目/每极）9直流电机，应该包括全波整流还是半波整流（如果是可控硅整流器整流的话）10联轴器型式11如果设备本身有振动允许值的要求，例如制造厂的指标，请列出具体数值（应该尽可能指明使用的振动单位，有效值还是峰值或峰峰值）2机器的工作原理和运行特性机器的工作原理和运行特性 各主要零部件的运动方式：旋转运动还是往复运动；机器的运动特性：平稳运动还是冲击性运动；转子运行速度：低速（6000r/min）；匀速还是变速；机器平时正常运行时及振动测量时的工况参数值。3机器的工作条件机器的工

9、作条件 载荷性质：均载、变载还是冲击负荷；工作介质：有无尘埃、颗粒性杂质或腐蚀性气（液）体。周围环境：有无严重的干扰（或污染）源存在，如振源、热源、粉尘等。4设备基础形式及状况设备基础形式及状况5主要技术档案资料主要技术档案资料图图6-1 某纸厂制浆车间直流电动机及其齿轮箱和螺杆机某纸厂制浆车间直流电动机及其齿轮箱和螺杆机的总体布置及测点位置示意图的总体布置及测点位置示意图 图图6-2 齿轮箱结构示意及相关数据齿轮箱结构示意及相关数据 直 流 电 动 机MOTOR减 速齿 轮 箱GEARBOX螺 杆 机SCREW1200千千 瓦瓦 1200转转/分分SKF6234C3某某 纸纸 厂厂 制制 浆

10、浆 车车 间间 直直 流流 电电 动动 机机 及及 其其 齿齿 轮轮 箱箱 和和 螺螺 杆杆 机机的的 总总 体体 布布 置置 及及 测测 点点 位位 置置 示示 意意 图图M 1HM 1HM 1VM 1VM 1AM 1AS5HS5HS5VS5VS5AS5AG 3HG 3HG 3VG 3VG 3AG 3AG 33HG 33HG 33VG 33VG 33AG 33AG 44HG 44HG 44VG 44VG 44AG 44AS6HS6HS6VS6VS6AS6AG 4HG 4HG 4VG 4VG 4AG 4A输 入 端电 动 机 侧输 出 端螺 杆 侧Z1Z0中 间 轴Z2Z3Z4Z5Fm3=Z4

11、N1=Z5N3Fm1=Z0N0=Z1N1Fm2=Z2N1=Z3N3SKF22324SKF22320SKF22324SKF24124FAG6022C3SKF22326SKF22320SKF23124INASL024926N0=1200RPM,Z0=25,Z1=88,Z2=74,Z3=56,Z4=37,Z5=28减减 速速 齿齿 轮轮 箱箱N0N1N2N3二、确定诊断方案二、确定诊断方案 1选择测点选择测点 n对振动反应敏感对振动反应敏感 n信息丰富信息丰富 n适应诊断目的适应诊断目的 n适于安置传感器适于安置传感器 n符合安全操作要求符合安全操作要求 图图6-3 测点的三个测量方向测点的三个测量

12、方向H水平方向水平方向 V垂直方向垂直方向 A轴向轴向 在通常情况下，轴承是监测振动最理想的部位轴承是监测振动最理想的部位。此外，设备的地脚、基础、机壳、缸体、进出口管道、阀门等部位，也是测振的常设测点。每个测点一般有三个测量方位，即水平（HHorizontal），垂直（VVertical）和轴向（AAxial），如图6-3所示。水平方向和垂直方向的振动反映径向振动，测量方向垂直于轴线；轴向振动的方向与轴线重合或平行。选择测量点n在状态监测工作中，应尽量在三个方向上进行测量，至少在工作的初期应该如此。n低频振动常常具有方向性（如不平衡在水平方向上，不同轴在轴向上，松动在垂直方向上比较容易发生）

13、。n测定点一经确定之后，就要经常在同一点进行测定。这要求在测定点上作出记号（如使用油漆或用钢针打出定位孔）。尤其对于环境条件差的场合，这一点更加重要，在测高频振动时，曾经出现过测定点偏移几毫米后，测定值相差6倍的情况。2预估频率和振幅预估频率和振幅 根据长期积累的现场诊断经验，对种类常见多发故障的振动特征频率和振幅作一个基本估计。根据设备的结构特点、性能参数和工作原理计算出某些可能发生的故障特征频率。利用便携式振动测量仪，在正式测量前进行分区多点搜索测试，发现一些振动烈度较大的部位，再通过改变测量频段和测量参数进行多次测量，也可以大致确定其敏感频段和幅值范围。广泛搜集诊断知识，掌握一些常用设备

14、的故障特征频率和相应的幅值大小。3确定测量参数确定测量参数 人们在诊断实践中总结出一条普遍性原则，即根据诊断对象振动信号的频率特征来选择诊断参数。n低频振动（1000Hz）采用加速度；n对大多数机器来说，最佳诊断参数是速度。此外，在诊断滚动轴承故障时，常采用g/SE作为诊断参数。4选择诊断仪器选择诊断仪器 仪器的频率范围频率范围要足够宽，要求能记下信号内所有重要的频率成分，一般在510000Hz或更宽一些。对于预示故障来说，高频成分是一个重要信息；而对于转速极低的机器来说，低频成分则更加重要，建议选用超低频传感器。要考虑仪器的动态范围动态范围。要求测量仪器在一定的频率范围内能对所有可能出现的振

15、动数值，从最高到最低均能保证一定的显示（或记录）精度。这种能够保证一定精度的数值范围称为仪表的动态范围。5选择与安装传感器选择与安装传感器 由转子交变力激起的轴承的振动称为绝对振动绝对振动，又叫瓦振瓦振；在激振力作用下，转子相对于轴承的振动称为相对振动相对振动，又叫轴振轴振。在现场实行简在现场实行简易振动诊断主要是使用压电式加速度传感器测量轴承的绝对振动。易振动诊断主要是使用压电式加速度传感器测量轴承的绝对振动。图图6-4 两种测量方式：绝对振动与相对振动两种测量方式：绝对振动与相对振动 传感器常用安装方法及特点安装方法及可用频率范围(+/-3 可分贝极限)优 点缺 点钢探杆：11000Hz铝

16、探杆：1700Hz附着快速手持频率范围有限注意手持方法磁座：12000Hz附着快速手持频率范围有限机器上须有铁磁性表面该表面必须干净螺纹连接:110000Hz可用频率范围宽测量重现性最佳需有螺孔接头费时间磁座使用方便而性能适中，是最常用的方法磁座使用方便而性能适中，是最常用的方法6做好其他相关事项的准备做好其他相关事项的准备充电、模拟测试、记录表格等，“万事俱备万事俱备”。三、进行振动测量与信号分析三、进行振动测量与信号分析1两种测量系统两种测量系统 模拟式测振仪所构成的测量系统 以数据采集器为代表的数字式数字式测振仪器所构成的振动诊断测量系统2振动测量与信号分析振动测量与信号分析3数据记录整

17、理数据记录整理 除了记录仪器显示的参数外，还要记下与测量分析有关的与测量分析有关的其他内容其他内容，如环境温度、电源参数、仪器型号、仪器的通道数（数采器有单通道、双通道之分），以及测量时设备运行的工况参数（如负荷、转速、进出口压力、轴承温度、声音、润滑等）。如果不及时记录，以后无法补测，将严重影响分析判断的准确性。四、实施状态判别四、实施状态判别 根据测量数据和信号分析所得到的信息，对设备状态作出判别。首先判断它是否正常，然后对存在异常的设备作进一步分析，指出故障的原因、部位和程度。对那些不能用简易诊断解决的疑难故障，须动用精密手段去加以确诊。五、作出诊断决策五、作出诊断决策 通过测量分析、状

18、态识别等几个程序，弄清了设备的实际状态，为处理决策创造了条件。这时应当提出处理意见：或是继续运行，或是停机修理。对需要修理的设备，应当指出修理的具体内容，如待处理的故障部位、所需要更换的零部件等。六、检查验证六、检查验证 设备诊断的全过程并不是到作出结论就算结束了，最后还有重要一步，必须检查验证诊断结论及处理决策的结果。诊断人员应当向用户了解设备拆机检修的详细情况及处理后的效果，如果有条件的话，最好亲临现场察看，检查诊断结论与实际情况是否符合，这是对整个诊断过程最权威的总这是对整个诊断过程最权威的总结结。第二节第二节 振动诊断状态识别方法振动诊断状态识别方法 振动诊断状态识别的中心问题是三“”

19、（这里指“Where”故障部位；“What”什么故障；“When”什么时候发生、发展）一“H”（即“How”故障程度）。一、设备有无异常的识别（即设备总体状态的识别）一、设备有无异常的识别（即设备总体状态的识别）1标准识别法标准识别法2图像识别法图像识别法二、故障类型识别（二、故障类型识别（“What”）“定型定型”1振动形态识别法振动形态识别法这里所讲的振动“形态”，是专指振动信号的时域波形随激励源的变化而改变的势专指振动信号的时域波形随激励源的变化而改变的势态态。电磁振动：当断掉电源后，电动机转速稍有降低时其振动幅值便立即衰减为零。共振：振动幅值随转速下降而迅速下降。不平衡振动：振动幅值随

20、转速下降而平稳连续地缓慢下降（中间不停滞）。失稳振动：振动幅值在转速下降之后的很大一个范围内几乎没有什么改变，过一段时间后才较快地下降。DCBA转速nO振幅V图图6-6 旋转机械的振动形态旋转机械的振动形态A电磁振动 B共振C不平衡振动 D失稳振动2振动方向特征识别法振动方向特征识别法 在现场诊断中，有时会碰到这样的情形，有些设备故障的振动特征表有些设备故障的振动特征表现出明显的方向性现出明显的方向性。有实例表明，当设备出现转子不平衡时，轴承测点各个方向的振动值表现出这样一种关系：水平振动垂直振动轴向振动。当存在不对中时则表现为：轴向振动1/2径向振动。还有些故障的振动方向特征也是很明显的，例

21、如机器地脚螺栓松动，一般表现出垂直方向振动很大。据诊断文献记载，当滑动轴承振裂时，该轴承部位垂直方向的振动大于水平方向。这是一条很有实用价值的经验。设备振动的方向特征不但与故障性质有关，还与设备的结构特点有密切关系，所以在判断时须根据设备的具体情况作具体分析。3振动参数动态特征识别法振动参数动态特征识别法 利用振动参数的动态特征，最容易发现摩擦故障摩擦故障的存在，或其他引起机器运转不稳定的因素，比如电压不稳定，载荷不均匀也会引起振动波动。但是这只有采用模拟式（即电表式）仪表模拟式（即电表式）仪表测量才能实现，若用数字式测振仪器必须采用其它分析方法才能作出判断。4幅值比较识别法幅值比较识别法 若

22、要检测机器上某些连接部件是否存在松动松动，最简单的办法可采用幅值比较法。如图6-7，通过测量测点垂直方向的振动值加以比较，就可以判断是否存在松动，以及松动所在的部位。图图6-7 幅值比较判别松动幅值比较判别松动机器地脚 底座 基础5相位比较识别法相位比较识别法6主频率（特征频率）识别法主频率（特征频率）识别法 再次强调，频率特征是大多数振动故障的首要标志。7共变法共变法 从某种意义上说，设备状态的识别过程，是一个查明故障与特征的因果联系的过程。但有些不同性质的故障却会出现相同的特征，为了区别这种情况，形式逻辑上用于求因果联系的“共变法”为我们提供了思路。它它的基本判别准则是：如果当某一现象发生

23、一定程度的变化时，另一现象的基本判别准则是：如果当某一现象发生一定程度的变化时，另一现象也随之发生一定程度的变化，那么这两个现象之间就有因果联系。也随之发生一定程度的变化，那么这两个现象之间就有因果联系。例如，转子不平衡故障的显著特点是振动频率等于转子的转速频率。但这与共振或不对中容易混淆。因为发生共振时也表现为转速频率峰值突出，不对中故障也存在转速频率成分。这时如果采用改变转速的方法进行振动测量就使问题容易得到解决了。如果是转子不平衡故障，则应有两个显著特点：机器的转速改变，主要激振频率也改变，且始终保持与转速频率一致；转频幅值随转速升高而增加。而如果机器存在共振或不对中，那么就不存在激振频

24、率、转频幅值都随转速同步变化的关系。8时域波形识别法时域波形识别法1特征频率识别法特征频率识别法2分区搜索法分区搜索法 振动测量有一条基本的原则，即测点越靠近振源，振动反振动测量有一条基本的原则，即测点越靠近振源，振动反映故障越敏感，得到的信息越可靠，判断越准确。映故障越敏感，得到的信息越可靠，判断越准确。因此根据机器的结构特点和故障特性，合理选布测点，进行分区搜索测试，从测值大小和分布特点分析振源来确定故障的部位，也是现场常用的简易方法。多数情况下，分区搜索法尚不能做到将故障的部位具体到某个零件，但在许多场合这已经足够了。3变速法和空档法变速法和空档法 用冲击脉冲法诊断滚动轴承故障时，有时会

25、采取变速法和空档法，以排除来自其他轴承或冲击源的干扰。对于那些可以实现变速的设备（例如金属切削机床），可以采用变速法和空档法对轴承实施定位判断，与前述共变法的原理相似相似。三、故障部位识别（三、故障部位识别（“Where”）“定位定位”4类比法类比法 类比法是最常用的简易方法。在生产现场我们经常遇到这样一类设备，它们具有结构完全相同或者相似的部件结构完全相同或者相似的部件，在进行故障诊断时，就可以采用类比法确定故障部位。案例一：案例一：2005年12月笔者在对一台紧张热定型机测试时发现其振动异常，与此同时，润滑油过滤器开始频繁报警，清洗时发现大量金属切削，事实表明该设备存在故障。如图6-8所示

26、，该设备共有六组结构完全一样的辊轴部件，受结构限制，测点均距3#辊、4#辊较远（约1.5米）。测试结果显示4个测点的频谱特征一致，均反映为辊前轴承外环故障频率（13.93Hz）之谐频成份，如图6-9所示。那么，究竟是哪只轴承存在故障呢？那么，究竟是哪只轴承存在故障呢？1#辊 3#辊 5#辊 2#辊 4#辊 6#辊 图图6-8 定型机测点布置示意图定型机测点布置示意图 图图6-9 定型机定型机g/SE谱图谱图 见表6-4，比较4个测点的振动幅值，显见测点大于测点，说明振源应位于机器下部。再有测点的振动幅值相差不大，假如是2#辊或6#辊出现故障应该不可能出现这一情况，这样就可以将故障源锁定在4#辊

27、前轴承。2006年1月27日利用停车机会打开箱体检查，发现4#辊前轴承外环已存在裂纹。案例二：案例二：电动机是应用极广的原动机，转子支承轴承故障是其常见的失效形式。由于大多数电动机的前端（负荷端）、后端（自由端）两轴承型号一样，故障频率相同，为了避免误换正常的轴承，这就存在一个如何判断哪只轴承如何判断哪只轴承存在故障存在故障的问题，特别是对于那些大功率的电动机而言尤为重要。笔者建议采取在电动机地脚螺栓位置进行测试在电动机地脚螺栓位置进行测试的方法（注意测前应先检查确认地脚螺栓无松动），因为该处基本可以等效地反映两轴承的振动情况。表6-5列出了某电动机的测试数据，采用类比法可知是后端轴承存在故障

28、。测点标识振动幅值（mm/s）0.32530.58580.31070.544测试部位后端北后端南前端北前端南振动幅值（mm/s）4.06514.26852.54142.0548表表6-4 定型机测试数据一览表定型机测试数据一览表 表表6-5 某电动机地脚螺栓位置测试数据某电动机地脚螺栓位置测试数据 5剩余法（排除法）剩余法（排除法）任何一台机器，不管结构多么简单，其振源都不止一个。只要掌握了产生振动的各种因素，又判定其中某几个部分与振动异常无关，那么振源就可能出在余下的部位上了。由此作进一步分析，就可以确定故障产生的部位。这个方法在形式逻辑上称为判断因果联系的剩余法判断因果联系的剩余法。四、故

29、障程度识别（四、故障程度识别（“How”）1标准识别法标准识别法 ISO2372振动标准中，把设备状态分为“良好良好”、“允许允许”、“较差较差”和和“不允不允许许”4个等级个等级，当设备处于“允许”状态时就意味着存在早期故障了，当达到“不允许”时，说明故障已经十分严重，需停机检查处理。再如，有些诊断系统将设备故障等级分别用“绿绿”、“黄黄”、“橙橙”、“红红”灯灯指示，形象而直观。振动标准的建立，为故障诊断从定性判断发展到定量判断创造了必要的条件，是设备诊断技术发展过程中的一次飞跃。一个好的故障诊断从业人员，应该致力于研究并制定本企业乃至本行业的本企业乃至本行业的机器设备振动判别标准机器设备

30、振动判别标准。2频率识别法频率识别法 通过频率来识别故障的严重程度，首先必须建立“基准谱”，即设备在一定的运行条件下处于“良好”状态时所测得的振动频谱，如果再作细一点，最好还能建立在各种故障状态下的“故障谱”。这种“基准谱基准谱”、“故障谱故障谱”就相当于“标准标准”，在作判别时，将测得的振动频谱与标准谱比较，不但能知道设备有无故障，而且可以大概知道故障的严重程度，也就是诊断人员常说的“看图识谱看图识谱”。当然，要达到这一步需要做许多艰苦细致的工作，应当作为设备故障诊断从业人员追求的目标应当作为设备故障诊断从业人员追求的目标。3冲击脉冲法冲击脉冲法4峰值因数峰值因数C法法 下列规则下列规则可以

31、判别轴承的故障程度：C1020表示轴承故障已发展到严重程度。如果C值上升后又从20跌落下来到3左右时，说明轴承故障已经扩展，甚至可能损坏。五、设备状态发展趋势识别（五、设备状态发展趋势识别（“When”）从趋势图中，可以看出机器状态是突变还是渐变。从趋势图中，可以看出机器状态是突变还是渐变。对特征频率分量的幅值变化作趋势管理，除了监视总体状态变化外，还有助于诊断故对特征频率分量的幅值变化作趋势管理，除了监视总体状态变化外，还有助于诊断故障的原因。障的原因。对渐变性故障实行趋势管理，可以预测设备状态未来的发展趋势。对渐变性故障实行趋势管理，可以预测设备状态未来的发展趋势。利用趋势管理图判断设备的

32、状态，还必须注意一个问题，我们不但要关注每次测我们不但要关注每次测值的大小，尤其要注重参数值变化的速率值的大小，尤其要注重参数值变化的速率。图6-11中，曲线1尽管监测参数x的绝对值并不很大，或者还没有超过允许范围，然而幅值的变化率x1/t很大，这往往预示着设备在加速劣化加速劣化，或者有突发性突发性事故发生的可能。曲线2所代表的另一台设备，其振动参数的变化率x2/t要小得多，说明设备状态变化是渐进性渐进性的。x121tx2图图6-10 设备状态趋势管理示例设备状态趋势管理示例 图图6-11 趋势管理曲线（两种幅值变化率比较）趋势管理曲线（两种幅值变化率比较）1、2两台设备的趋势管理曲线x1，x

33、2幅值增量 t时间增量 第三节第三节 设备劣化趋势分析的方法与应用设备劣化趋势分析的方法与应用 一、设备劣化趋势分析的目的一、设备劣化趋势分析的目的其目标是从过去和现在已知情况出发，利用一定技术方法，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。设备劣化趋势分析与管理的目的有：检查设备状态是否处于控制范围以内，检查设备状态是否处于控制范围以内，观测设备状态的变化趋向或现实状况，观测设备状态的变化趋向或现实状况，预测设备状态发展到危险水平的时间，预测设备状态发展到危险水平的时间，早期发现设备异常，及时采取对策，早期发现设备异常，及时采取对策，及时找出有问题的设

34、备（提交精密诊断）。及时找出有问题的设备（提交精密诊断）。二、趋势管理的分类二、趋势管理的分类趋势管理一般分为量值趋势管理和数次趋势管理两种，如图6-12所示。性能监测 量值趋势管理 劣化趋势管理 二次效应 数次趋势管理事件监测图图6-12 设备趋势管理分类设备趋势管理分类1量值趋势管理量值趋势管理 它是对振动、噪声、温度、压力等连续变化的物理量所进行的趋势管理，是一般工厂中常用的，量值趋势管理又分为性能监测性能监测或一次效应一次效应，即设备的主要功能参数如功率输出、泵压性能、燃料消耗等。二次效应二次效应则是对设备在运行中所产生的振动、噪声、温度等进行趋势管理，常根据正态分布原理，用3法计算控

35、制限值。以振动为征兆参数的趋势管理又有3种，如图6-13所示。总振值趋势管理（测振表等的值的趋势管理）振动值的趋势管理劣化指标趋势管理（如波形因数、峰值因数的趋势管理）图谱的趋势管理（如频谱等图谱的趋势管理）图图6-13 振动值的趋势管理振动值的趋势管理2数次趋势管理数次趋势管理 它是对故障次数、质量缺陷数等离散数量所进行的趋势管理，有时也叫做“事项监测事项监测”（event monitoring）。通常是把一定时间内的故障或不良状态所引起的停机次数绘成图表，用来了解工厂全部设备的管理状况，也能用于单台设备的管理。三、预测设备状态到达危险极值时间三、预测设备状态到达危险极值时间 预测极值时间有

36、两种简便方法，一种是采用两点异常状态的方法，另一种是正确的预测统计方法，如用最小二乘法的方法。图图6-15 按照最小二乘法的预测按照最小二乘法的预测 图图6-15 根据两点法的预测根据两点法的预测 第四节第四节 工厂设备振动诊断方案实践工厂设备振动诊断方案实践 一、设备振动诊断标准的制订一、设备振动诊断标准的制订1背景资料背景资料 2003年7月，该化纤公司某分厂九万吨直接纺涤纶短纤维项目建成投产，设备投入正常运行。2实施步骤、方法实施步骤、方法 一套新装置如同一名初生的婴儿一套新装置如同一名初生的婴儿，我们必须自其试车伊始同步开始信号采集工作，并贯穿试车、投产、优化、升负荷到稳定生产试车、投

37、产、优化、升负荷到稳定生产的每个阶段。然后，通过对大量即得数据进行系统科学的整理、统计与分析，制定出符合新装置实际情况且可操作性强的振动诊断标准。选择机器设备、测点位置及测量方向 首先，在充分了解新装置工艺流程、设备概况的基础上，根据各台设备的性能用途和运行特性（特别是可能引起振动的原因）确定实施数采的范围。考虑到在试车、投产阶段力求数据的广泛性，我们采取了全全面撒网面撒网的方式，以对尽可能多的设备采集其初始运行信息。至于测点位置及测量方向的选择，则依据这五项原则五项原则：A.机器设备构造；B.信号尽可能丰富、敏感处，如轴承座部位；C.测量方向尽可能全面（HVA），至少在数采初期应该如此，之后

38、可重点考虑振动方向特征和载荷方向实际以减轻工作量；D.传感器探头便于安装；E.确保测试人员人身安全。建立状态监测数据库，设置巡检路线 运用状态监测与故障诊断系统软件的强大数据库功能建立状态监测数建立状态监测数据库据库，内容包括三级树状结构（工厂、车间、机器），设备位号，测点标识，测量方向（水平、径向、轴向），测量参数（位移、速度、加速度、峰值能量），数据类型（幅值、频谱、波形），频程等等，然后，根据现场工艺、装置布置情况设置最优巡检路线设置最优巡检路线。注：注：以上两项工作必须在新装置进入调试开车阶段之前完成。采集、回放数据 新装置进入空载调试阶段后，我们便开始数据采集工作。在试车、投产到逐渐

39、优化的一个月时间内，按照35次的频次进行；之后逐步延长测逐步延长测试周期试周期，直至过渡到正常频次；本次数据采集工作，贯穿了试车、投产、优化、升负荷到稳定生产的全过程。采集好的数据回放至计算机。统计、分析数据，制定诊断标准 面对大量枯燥的数据，我们运用统计学原理进行全面、细致、科学的归纳归纳，并综合考虑测试工况（负荷、转速等）、测试仪器误差以及操作方法等方面因素影响，剔除可疑数据、无用数据，从而计算出振动标振动标准值（取平均值法）、振动值正常范围（取最大、最小值法）和第一报准值（取平均值法）、振动值正常范围（取最大、最小值法）和第一报警限、第二报警限（报警因子法：标准值乘以报警因子；报警因子分

40、别警限、第二报警限（报警因子法：标准值乘以报警因子；报警因子分别取取“2”、“3”、“5”），形成两套新装置的振动诊断标准（暂行），同型设备采用同一标准。3纳入常规状态监测工作纳入常规状态监测工作 当新装置进入稳定生产阶段并且初始数据积累到一定程度（至少4组）后，为提高工作效率，我们根据生产实际情况确定出需要日常监测的主根据生产实际情况确定出需要日常监测的主关键设备及测点位置，开始对新装置实行定人员、定设备、定测点、定关键设备及测点位置，开始对新装置实行定人员、定设备、定测点、定周期、定标准的状态监测工作周期、定标准的状态监测工作“五定五定”管理管理。二、工厂设备振动诊断标准样本二、工厂设备振

41、动诊断标准样本 本书给出了该化纤公司某生产中心设备状态监测与故障诊断标准（试行）作为样本，见表6-6。设备名称台数测点位置测量方向大致转速正常值ALARM1ALARM2临界值备注增压泵18电机前轴承Vertical1300rpm0.802.404.00待定1-18K减速机高速部Vertical700rpm0.801.602.40待定喂入机18电机前轴承Vertical1700rpm0.601.803.00待定传动箱低速部Axial850rpm0.802.404.0012.00长边轴BG215输出端Vertical900rpm2.006.0010.0020.001-4K6-16K长边轴BG315

42、输出端Vertical1050rpm2.006.0010.0020.00二牵伸15过桥轴Axial450rpm1.002.003.006.00三牵伸15输入轴Axial700rpm1.002.003.005.00过桥轴Axial400rpm0.901.802.703.00长边轴BG23输出端Vertical650rpm1.504.507.50待定5K17-18K长边轴BG33输出端Vertical650rpm1.504.507.50待定二牵伸3过桥轴Axial300rpm0.801.602.40待定三牵伸 3输入轴Axial450rpm0.701.402.10待定过桥轴Axial250rpm0

43、.601.201.80待定大容量定型机 6电机前轴承Vertical1350rpm0.501.502.50待定21-22K外置减速箱输出端Vertical350rpm1.003.005.00待定过桥轴Axial150rpm0.601.201.80待定定型辊前轴承Horizontal100rpm0.200.400.602.00表表6-6 该化纤公司某生产中心设备状态监测与故障诊断标准（试行）该化纤公司某生产中心设备状态监测与故障诊断标准（试行）单位：mm/s峰值 设备名称台数测点位置测量方向大致转速正常值ALARM1ALARM2临界值备注大容量增压泵 2电机前轴承Vertical1200rpm0

44、.401.202.00待定21-22K 齿轮箱高速部Vertical1200rpm0.401.202.00待定大容量喂入机2 电机前轴承Vertical1550rpm0.300.901.50待定传动箱Axial0.300.901.50待定传动箱Horizontal0.401.202.00待定大容量一牵伸2电机前轴承Vertical1000rpm0.501.502.506.000过桥轴Axial250rpm0.801.602.40待定大容量二牵伸2电机前轴承Vertical1250rpm0.802.404.0010.00过桥轴Axial650rpm1.503.004.50待定大容量三牵伸2电机前

45、轴承Vertical1400rpm0.501.502.508.0过桥轴Axial850rpm1.003.005.00待定计算公式：计算公式：1.ALARM1、ALARM2采用报警因子法（正常值乘以因子）；2.当测点部位转速800rpm时，ALARM1、ALARM2因子分别取2、3；3.当测点部位转速800rpm时，ALARM1、ALARM2因子分别取3、5；4.特别地对于中空纤维生产线上的长边轴BG2、BG3及大容量定型机的外置减速箱，ALARM1、ALARM2因子分别取3、5。本诊断标准依据仪化公司短纤生产中心运行保障室（原涤纶二厂设备科）长期积累的测试数据制定（测试仪器采用IRD FAST

46、 TRACK数据采集器配970加速度传感器）。该标准有一定局限性，仅供各装置参考执行。表表6-6（续）（续）该化纤公司某生产中心设备状态监测与故障诊断标准（试行）该化纤公司某生产中心设备状态监测与故障诊断标准（试行）单位：mm/s峰值 三、设备状态识别与劣化趋势分析三、设备状态识别与劣化趋势分析 有了设备振动诊断标准后，我们就可以它作为依据来进行设备状态识别与劣化趋势分析。这里需要说明的是，在进行状态识别与劣化趋势分在进行状态识别与劣化趋势分析时，必须综合考虑实际工作转速、实际工作负析时，必须综合考虑实际工作转速、实际工作负荷以及设备历史维修档案等因素荷以及设备历史维修档案等因素。在日常工作中

47、，我们可以采取“主要转动设备运行晴雨表主要转动设备运行晴雨表”的形式进行描述和判定，并给出维修策略，如表6-7和表6-8。（编者按：“主要转动设备运行晴雨表”这一方法曾刊登在中国石化报上）小小 结（一）结（一）n通观振动诊断的全过程，诊断步骤可归纳为6个步骤：确定、了解诊断对象；确定诊断方案；进行振动测量与信号分析；实施状态判别；作出诊断决策；检查验证。其中，确定诊断方案包括选择测点、预估频率和振幅、确定测量参数、选择诊断仪器、选择与安装传感器及做好其他相关事项的准备等内容。n振动诊断状态识别的中心问题是三“”（这里指“Where”故障部位；“What”什么故障；“When”什么时候发生、发展

48、）一“H”（即“How”故障程度）。小小 结（二）结（二）n设备有无异常的识别有标准识别法、图像识别法；故障类型识别（“What”）有振动形态识别法、振动方向特征识别法、振动参数动态特征识别法、幅值比较识别法、相位比较识别法、主频率识别法、共变法、时域波形识别法；故障部位识别（“Where”）有特征频率识别法、分区搜索法、变速法和空档法、类比法、排除法；故障程度识别（“How”）有标准识别法、频率识别法、冲击脉冲法、峰值因数C法；设备状态发展趋势识别（“When”）有趋势管理图法。n趋势分析属于预测技术，其目标是从过去和现在已知情况出发，利用一定技术方法，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。趋势管理一般分为量值趋势管理和数次趋势管理两种。预测设备状态到达危险极值时间的方法有两点法和最小二乘法。n工厂设备振动诊断标准的制订过程和“主要转动设备运行晴雨表”。